מעניין

מעגלי ויסות מתח

מעגלי ויסות מתח

ויסות מתח נמצאים בשימוש נרחב במעגלי אספקת חשמל אלקטרוניים. הם מספקים דרגות ויסות גבוהות מאוד ורמות אדוות נמוכות, אם כי רמות היעילות שלהם נמוכות בהרבה מצורה רגולטורית אחרת המכונה רגולטור למתג. עם זאת משתמשים עדיין בוויסות ליניאריות בכמויות גדולות בגלל הפשטות היחסית ורמת הביצועים הגבוהה שלהן.

אפשר ליצור מעגלי ווסת מתח משני הרכיבים הנפרדים, כמו גם אפשרות להשתמש בווסתים IC. הרגולטורים IC מאפשרים להשיג רמות ביצועים גבוהות מאוד, ולעתים קרובות משתמשים במרכיבים מעטים יחסית, אך לעתים קרובות עבור פרויקטים רבים ניתן להשתמש בכמה רכיבים זמינים כדי ליצור מעגל ויסות מתח הולם לחלוטין.

מושג בסיסי מאחורי מעגלי ווסת מתח

למרות שיש הרבה מעגלי ווסת מתח ומווסת מעגלים משולב, המושגים הבסיסיים של מעגלים אלה מתחלקים לאחת משתי קטגוריות בסיסיות:

  • מעגל הרגולטורים של הסדרה
  • מעגל רגולטור מקבילי או שאנט.

כל מעגלי וסת המתח מתחלקים לאחת מהקטגוריות הללו, אם כי מבין השניים, הסוג הנפוץ ביותר שנראה במעגלי ווסת מתח מלא הוא ווסת הסדרה.

בנוסף לווסתי המתח מסווגים כווסתים סדרתיים ושונים, ניתן גם לסווג אותם לשתי קטגוריות אחרות בהתאם לאופן הפעולה:

  • וסת מתח לינארי.
  • מווסת מתח מיתוג.

נעשה שימוש נרחב גם במעגלי הרגולטור הליניארי וגם במיתוג. לכל סוג יתרונות וחסרונות משלו ולכן יש לבחור בהתאם לסוג הרגולטור תלוי ביישום המתוכנן.

מעגל ויסות מתח בסדרה

מעגלי ויסות המתח הסדרתיים פועלים באמצעות אלמנט בקרה סדרתי כגון טרנזיסטור דו קוטבי או טרנזיסטור אפקט שדה. בסיס הפעולה של המעגל מסתובב סביב בקרת המוליכות של אלמנט סדרה זה על ידי מתח בקרה. אם מתח היציאה נוטה לעלות, זה יתגלה ומתח הבקרה יותאם להפחתת המוליכות של אלמנט הסדרה אשר יגרום לעליית המתח על פני אלמנט הסדרה. מכיוון שאלמנט הסדרה והעומס יוצרים מעגל מחלק פוטנציאלי, כל עליית מתח על פני אלמנט הבקרה הסדרתית תגרום ליציאת המתח על פני העומס.

באופן דומה אם המתח על פני העומס נוטה לרדת נמוך מדי, אז זה יתגלה, מתח הבקרה של אלמנט הסדרה יגרום למוליכות של אלמנט הסדרה לעלות והמתח על פני העומס יישמר.

זוהי סוג אופייני של מערכת משוב שלילית. מתח הבקרה חייב להיות בעל התייחסות נגדה ניתן להשוות את הפלט. זה מסופק לעתים קרובות על ידי מעגל התייחסות מתח המבוסס סביב דיודת זנר. מתח המוצא מהווסת נלקח, לעתים קרובות דרך מחלק פוטנציאלי, ומשווה אותו למתח הייחוס, ומתח השגיאה מוחזר כמתח הבקרה לשינוי מוליכותו של אלמנט בקרת הסדרה.

ניתן לשנות את מתח המוצא על ידי שינוי הכמות בה מחולק היציאה כלפי מטה. על ידי הצבת נגד משתנה במחלק הפוטנציאלי, ניתן לשנות את המתח המושווה למתח הייחוס. זה בתורו ישנה את מתח היציאה ממעגל ויסות המתח.

מעגל ויסות מתח Shunt

כפי שהשם מרמז, ווסת מתח שאנט פועל במקביל לעומס, במקום להיות בסדרה איתו. באמצעות צורה של התקן זרם קבוע, שיכול להיות פשוט כמו נגד, הוא פועל במקביל לעומס, מחליף או קולט את הזרם כך שהמתח על פני העומס יישאר זהה.

הצורות הפשוטות ביותר של רגולטורי שאנט משתמשים בהתקני מתח קבוע כגון דיודות זנר. מעגלים אלה משתמשים בנגד סדרתי כדי לספק פעולת הגבלת זרם, ודיודת זנר ממוקמת בין הנגד לאדמה במקביל לעומס. מכיוון שדיודת הזנר שומרת על מתח קבוע, וריאציות הזרם על ידי העומס לא יגרמו לשינויי מתח (משמעותיים) מכיוון שהדיודה תשמור על מתח קבוע ותיקח את כל וריאציות הזרם. באופן טבעי ישנן צורות אחרות ומתוחכמות יותר של ויסות שאנט, אך גרסת דיודת הזנר היא הפשוטה והפשוטה ביותר.

וסת מתח לינארי

מעגל מווסת מתח ליניארי הוא אחד שבו המוליכות של אלמנט הרגולציה הסדרתית משתנה באופן ליניארי כדי להבטיח שהמתח הנדרש יישמר ביציאה. באופן זה מתח המוצא נשמר בדיוק ככל האפשר ומתקבל המוצא הנקי ביותר.

למרות שמעגל ווסת מתח לינארי מציע רמות ביצועים גבוהות מאוד מבחינת רעש, אדווה וויסות, מעגל מסוג זה אינו יעיל. אלמנט הרגולטור הסדרה דורש להוריד מתח משמעותי על מנת שהוא יוכל לשמור על הרמות הגבוהות של רעש ודחיית אדווה הנדרשת. אלמנט ויסות הסדרה חייב להיות מסוגל להפיץ רמות משמעותיות של כוח תלוי בתפוקה הנדרשת. משמעות הדבר היא כי ספקי כוח אלה יכולים להיות גדולים וכבדים.

מווסת מתח מיתוג

בניגוד לווסתים ליניאריים כאשר אלמנט הסדרה משתנה באופן ליניארי, לאלמנט הסדרה בוויסות מיתוג יש רק שני מצבים - לסירוגין. הרגולטור עובד על ידי טעינת קבלים גדולים על הפלט. כאשר המתח נופל תוך שימוש במטען המניע את העומס, וסת הסדרה מתחיל לפעול. ברגע שהוא הגיע למתח הנדרש הוא נכבה שוב. על ידי בעל קבלת מאגר גדולה מספיק על הפלט מסירים את קוצי המיתוג בעיקר.

היתרון של מווסת הרגולטורים הוא רמת היעילות הרבה יותר הגדולה שהם יכולים להציע. אלמנט הסדרה מתפוגג מעט מאוד כוח מכיוון שהוא מופעל או כבוי. כתוצאה מכך ספקי כוח אלה לא רק יעילים מאוד, אלא שהם יכולים גם להיות קטנים יותר. הבעיה היא שתמיד יש כמה קוצים מיתוגיים בפלט, ורמת הרעש הכללי בפלט גדולה יותר מאלה שמציעים הרגולטורים הליניאריים. עם זאת הם די מתאימים עבור יישומים רבים וכתוצאה מכך הם נמצאים בשימוש נרחב מאוד.

סיכום

רגולטורי מתח לינאריים נמצאים בשימוש נרחב מאוד במעגלי אלקטרוניקה. כאשר מעגלים הפועלים במהירות גבוהה ודורשים שמירה מדויקת על מסילות האספקה, משמשים מעגלי ווסת מתח לספק את האספקה ​​לרוב המעגלים.


צפו בסרטון: הדגמות עם שנאי (דֵצֶמבֶּר 2021).