دانلود مقاله تنظیم کننده های ولتاژ

مقدمه:
تنظیم کننده های ولتاژ از اجزای حیاتی در طراحی و بهره برداری مدارهای الکترونیکی و سیستم های قدرت به شمار می روند و نقش آنها در پایداری و کیفیت انرژی برق غیرقابل انکار است. در محیط های آزمایشگاهی، منابع تغذیه مستقیم (DC) با هدف تأمین انرژی برای مدارهای آنالوگ و دیجیتال به کار گرفته می شوند، اما ولتاژ خروجی این منابع بدون تنظیم، اغلب با نوسانات و افت و خیزهایی همراه است که عملکرد صحیح تجهیزات را مختل می کند. ولتاژ برق شهر از طبیعت سینوسی برخوردار است و دامنه آن در شرایط عملیاتی دستخوش تغییراتی در حدود ۱۰ تا ۲۰ درصد می شود، بنابراین استفاده از صافی ها و تنظیم کننده ها به منظور تولید ولتاژ ثابت و تقریباً صاف ضروری است.

یکسو کننده ها نخستین مرحله در کنترل ولتاژ خروجی هستند. در یکسو ساز نیم موج، جریان AC تنها در نیمه مثبت سیکل عبور می کند و با محدودیت هایی مانند بازده پایین و ناپایداری ولتاژ همراه است. یکسو کننده تمام موج با استفاده از پل دیودها جریان هر دو نیم سیکل را منتقل می کند و موجب افزایش بازده و کاهش ریپل می شود. مقادیر متوسط جریان و ولتاژ، حداکثر ولتاژ معکوس دیودها و دیگر مشخصه های الکترونیکی تعیین کننده عملکرد یکسو کننده ها هستند و باید با دقت محاسبه و انتخاب شوند.

صافی خازنی به عنوان مرحله بعدی در مسیر تبدیل و تثبیت ولتاژ عمل می کند. خازن ها با ذخیره انرژی و تخلیه آن در لحظات افت ولتاژ، باعث کاهش موجک ها یا ریپل ها می شوند و ولتاژ خروجی را به شکل تقریباً DC نزدیک می کنند. ریپل به عنوان تغییرات کوچک و متناوب در ولتاژ خروجی، معیار مهمی برای کیفیت منبع تغذیه است و اندازه گیری دقیق آن اهمیت بالایی دارد. پریود هدایت دیود و جریان قله ای دیود ها، علاوه بر مشخصه های یکسو کننده، بر عملکرد صافی ها و ولتاژ نهایی تاثیر مستقیم دارند.

تنظیم کننده های ولتاژ ساده معمولاً شامل مدارهای مقایسه کننده و مدار نمونه بردار هستند که ولتاژ خروجی را با یک مرجع ولتاژ مشخص مقایسه کرده و خطا را به وسیله یک عنصر کنترلی مانند ترانزیستور اصلاح می کنند. در نمونه های پیشرفته تر، مدار کنترل و DC تقویت کننده به کار گرفته می شوند تا خطای ولتاژ حتی در شرایط تغییر بار و نوسانات شبکه نیز محدود باقی بماند. مدار ولتاژ مرجع دقیق، جریان محدودکن و مدار رکولاسیون ولتاژ با ترانزیستورها، بخش های اصلی این تنظیم کننده ها را تشکیل می دهند و باعث افزایش پایداری و کاهش نوسانات می شوند.

تنظیم کننده های ولتاژ سری و موازی با اصول عملکرد متفاوت، برای کاربردهای متنوع بهینه شده اند. در تنظیم کننده سری، ترانزیستور به صورت سری با بار قرار می گیرد و ولتاژ خروجی را کنترل می کند، در حالی که در تنظیم کننده موازی، جریان از طریق ترانزیستور کنترل و تنظیم می شود بدون اینکه بار به صورت مستقیم از آن عبور کند. رکولاتورهای مدار مجتمع و تنظیم کننده های کلیدی، نسل جدید این تجهیزات هستند که با تکنولوژی مدرن، ابعاد کوچک، بازده بالا و قابلیت پاسخ سریع به تغییرات بار، جایگزین روش های سنتی شده اند.

کاربردهای عملی این تنظیم کننده ها در انواع تجهیزات الکترونیکی، آزمایشگاهی و صنعتی گسترده است. عملکرد دقیق و پایدار آنها، توانایی محافظت از مدارها در برابر تغییرات ناگهانی ولتاژ، کاهش ریپل و نویز و ارائه ولتاژ خروجی قابل پیش بینی را فراهم می آورد. در طراحی منابع تغذیه، ترکیب یکسو کننده ها، صافی ها و تنظیم کننده ها به گونه ای انجام می شود که ولتاژ DC خروجی با مشخصات دقیق و با حداقل انحراف از مقدار مطلوب ارائه شود، تا کارکرد مدارهای حساس الکترونیکی دچار اختلال نشود.

تنظیم کننده های ولتاژ کلیدی با سوئیچینگ سریع، بهره وری انرژی را افزایش می دهند و حرارت کمتری تولید می کنند، در حالی که تنظیم کننده های خطی همچنان به دلیل سادگی، دقت بالا و نویز کم در بسیاری از مدارهای آنالوگ مورد استفاده قرار می گیرند. طراحی این مدارها نیازمند شناخت دقیق پارامترهایی مانند جریان بار، ولتاژ ورودی و خروجی، ظرفیت خازن ها، ویژگی های دیودها و ترانزیستورها و زمان پاسخ سیستم است. ولتاژ خروجی پایدار، کاهش نویز و ریپل و قابلیت تطبیق با تغییرات بار، شاخص های اصلی کیفیت یک تنظیم کننده ولتاژ به شمار می روند.

پیشرفت فناوری نیمه هادی و طراحی مدارهای مجتمع، امکان تولید تنظیم کننده های ولتاژ کوچک، دقیق و با قابلیت های چندگانه را فراهم کرده است. این تجهیزات در سیستم های مدرن، از منابع تغذیه آزمایشگاهی گرفته تا تجهیزات صنعتی و ابزار دقیق، کاربرد گسترده دارند و کیفیت عملکرد آنها، اثر مستقیم بر دوام و کارایی کل سیستم خواهد داشت. بهره گیری از تنظیم کننده های ولتاژ با مشخصه های فنی دقیق، کاهش تلفات، کنترل حرارت و افزایش بازده را در تمامی سطوح تولید و مصرف انرژی امکان پذیر می سازد و باعث می شود ولتاژ مورد نیاز تجهیزات به شکل یکنواخت و پایدار در دسترس قرار گیرد، حتی در حضور نوسانات برق شهر یا تغییرات بار ناگهانی.

فهرست مطالب
مقدمه ۱
عوامل موثر بر تنظیم ولتاژ  ۲
قسمت های مختلف یک تنظیم کننده ۶
یکسو ساز نیم موج ۷
بازده یکسو کننده نیم موج ۹
یکسو ساز تمام موج  ۹
مقادیر متوسط جریان و ولتاژ  ۱۰
حداکثر ولتاژ معکوس   ۱۰
صافی خازنی   ۱۱
مباحث کلی درباره ی فیلتر  ۱۱
تعریف موجک یا ریپل ۱۳
پریود هدایت دیود و جریان قله دیود  ۱۴
تنظیم کننده ولتاژ ساده  ۱۷
تنظیم کننده ولتاژ پیشرفته ۱۹
مدار نمونه بردار ۱۹
مدار مقایسه کننده ۲۰
DCتقویت کننده  ۲۰
مدار کنترل ۲۰
مدار ولتاژ مرجع ۲۱
مدار محدود کننده جریان ۲۴
رکولاسیون ولتاژ با استفاده از ترانزیستور  ۲۶
تنظیم کننده ولتاژ سری  ۲۶
مدار رکولاتور سری  ۲۷
تنظیم کننده ولتاژ موازی ۳۰
اساس رکولاتور موازی ترانزیستوری  ۳۰
تنظیم کننده های ولتاژ مدار مجتمع ۳۴
تنظیم کننده های ولتاژ کلیدی ۳۸