Οι ρυθμιστές τάσης λαμβάνουν μια τάση εισόδου και δημιουργούν μια ρυθμιζόμενη τάση εξόδου είτε σε σταθερό είτε σε ρυθμιζόμενο επίπεδο. Αυτή η αυτόματη ρύθμιση του επιπέδου τάσης εξόδου αντιμετωπίζεται διαφορετικά από διάφορους τύπους ρυθμιστών τάσης.
Τύποι ρυθμιστών τάσης
Οι πιο προσιτές και συχνά ο πιο εύκολος τύπος ρυθμιστών τάσης στη χρήση είναι οι γραμμικοί ρυθμιστές τάσης. Οι γραμμικοί ρυθμιστές είναι συμπαγείς και χρησιμοποιούνται συχνά σε συστήματα χαμηλής τάσης και χαμηλής ισχύος. Οι ρυθμιστές μεταγωγής είναι πιο αποτελεσματικοί από τους γραμμικούς ρυθμιστές τάσης, αλλά είναι πιο δύσκολο να εργαστούν και είναι πιο ακριβοί. Οι δίοδοι Zener είναι φθηνές και απλές στη χρήση, αλλά είναι λιγότερο αποδοτικές από τους γραμμικούς ρυθμιστές.
Γραμμικοί ρυθμιστές
Ένας από τους πιο βασικούς τρόπους παροχής σταθερής τάσης για τα ηλεκτρονικά είναι η χρήση ενός τυπικού γραμμικού ρυθμιστή τάσης 3 ακίδων, όπως ο LM7805, ο οποίος παρέχει έξοδο 5 volt, 1 amp με τάση εισόδου έως και 36 βολτ (ανάλογα με το μοντέλο).
Οι γραμμικοί ρυθμιστές λειτουργούν ρυθμίζοντας την αντίσταση ισοδύναμης σειράς (ESR) του ρυθμιστή με βάση μια τάση ανάδρασης, μετατρέποντας ουσιαστικά σε κύκλωμα διαιρέτη τάσης. Αυτό επιτρέπει στον ρυθμιστή να παράγει σταθερή τάση ανεξάρτητα από το φορτίο ρεύματος που του τοποθετείται, μέχρι την τρέχουσα χωρητικότητά του.
Ένα από τα μεγάλα μειονεκτήματα των γραμμικών ρυθμιστών τάσης είναι η μεγάλη ελάχιστη πτώση τάσης, η οποία είναι 2,0 βολτ στον τυπικό γραμμικό ρυθμιστή τάσης LM7805. Αυτό σημαίνει ότι για να έχετε σταθερή έξοδο 5 βολτ, απαιτείται τουλάχιστον είσοδος 7 βολτ. Αυτή η πτώση τάσης παίζει μεγάλο ρόλο στην ισχύ που καταναλώνεται από τον γραμμικό ρυθμιστή, ο οποίος πρέπει να διαχέει τουλάχιστον 2 watt εάν αποδίδει φορτίο 1 amp (πτώση τάσης 2 volt επί 1 amp).
Η διασπορά της ισχύος επιδεινώνεται καθώς διευρύνεται η διαφορά μεταξύ της τάσης εισόδου και εξόδου. Για παράδειγμα, ενώ μια πηγή 7 βολτ που ρυθμίζεται στα 5 βολτ που αποδίδει 1 αμπέρ διαχέει 2 βατ μέσω του γραμμικού ρυθμιστή, μια πηγή 10 βολτ που ρυθμίζεται στα 5 βολτ που αποδίδει το ίδιο ρεύμα διαχέει 5 βατ, καθιστώντας τον ρυθμιστή μόνο 50% αποδοτικό.
Ρυθμιστές μεταγωγής
Οι γραμμικοί ρυθμιστές είναι εξαιρετικές λύσεις για εφαρμογές χαμηλής ισχύος και χαμηλού κόστους όπου η διαφορά τάσης μεταξύ της εισόδου και της εξόδου είναι χαμηλή και δεν απαιτείται μεγάλη ισχύς. Το μεγαλύτερο μειονέκτημα των γραμμικών ρυθμιστών είναι ότι είναι αναποτελεσματικοί, όπου παίζει ρόλο η εναλλαγή των ρυθμιστών.
Όταν απαιτείται υψηλή απόδοση ή αναμένεται μεγάλο εύρος τάσης εισόδου, ένας ρυθμιστής μεταγωγής γίνεται η καλύτερη επιλογή. Οι ρυθμιστές τάσης μεταγωγής έχουν απόδοση ισχύος 85% ή καλύτερη σε σύγκριση με γραμμικές αποδόσεις ρυθμιστών τάσης που είναι συχνά κάτω από 50%.
Οι ρυθμιστές μεταγωγής γενικά απαιτούν επιπλέον εξαρτήματα έναντι των γραμμικών ρυθμιστών. Οι τιμές των εξαρτημάτων έχουν μεγαλύτερη επίδραση στη συνολική απόδοση των ρυθμιστών μεταγωγής παρά στους γραμμικούς ρυθμιστές. Υπάρχουν επίσης σχεδιαστικές προκλήσεις στην αποτελεσματική χρήση των ρυθμιστών μεταγωγής χωρίς να διακυβεύεται η απόδοση του κυκλώματος που προκύπτει από τον ηλεκτρονικό θόρυβο που δημιουργεί ο ρυθμιστής.
Δίοδοι Zener
Ένας από τους απλούστερους τρόπους ρύθμισης της τάσης είναι με μια δίοδο Zener. Ενώ οι γραμμικοί ρυθμιστές είναι συνήθως βασικοί στο σχεδιασμό, μια δίοδος Zener παρέχει επαρκή ρύθμιση τάσης σε ένα μόνο εξάρτημα.
Δεδομένου ότι οι δίοδοι Zener μεταφέρουν όλη την επιπλέον τάση πάνω από το όριο της τάσης διάσπασής της στη γείωση, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως απλός ρυθμιστής τάσης με την τάση εξόδου να τραβιέται στα καλώδια της διόδου Zener.
Ωστόσο, τα Zener έχουν συχνά περιορισμένη ικανότητα χειρισμού ενέργειας, γεγονός που τις περιορίζει μόνο σε εφαρμογές χαμηλής κατανάλωσης. Όταν χρησιμοποιείτε διόδους Zener με αυτόν τον τρόπο, είναι καλύτερο να περιορίσετε τη διαθέσιμη ισχύ που μπορεί να ρέει μέσω του Zener επιλέγοντας στρατηγικά μια αντίσταση κατάλληλου μεγέθους.
