Regüle Devresi

Elektronik

Regüle Devresi

Gerilimin belirli sınırlar içinde kalması istenen bütün cihazlarda voltaj yükseltici olarak gerilim regülatörleri kullanılır. Regülatör düzeni şebeke gerilimindeki veya yük empedansındaki değişmeler nedeni ile çıkış geriliminde meydana gelen dalgalanmaları, kabul edilebilir sınırlar içinde, otomatik olarak ayarlar.

Güç kaynaklarında giriş gerilimindeki veya çıkışa bağlı yükte oluşan değişimlerin çıkış gerilimini etkilememesi önemlidir. Güç kaynaklarının çıkış gerilimlerini sabit tutma işlemine regülasyon, regülasyon için kullanılan devreye de regülatör devresi denir.  Hassas yapıda olan elektronik cihazlara sabit değerde DC sağlamak için çeşitli tiplerde regüle devreleri geliştirilmiştir. Regülatör devrelerinde, transistör, zener diyot veya entegre gerilim regülatörleri kullanılır.

Zener Diyotlu Regülatör 

Zener diyot ile yapılan basit regülatörler küçük akımlarda uygundur. Fakat büyük akımlarda ise regülasyon yapamazlar. Regülatörlerden çekilebilecek akım ve regülasyon yüzdesi zener diyotlar yanında transistörler de kullanılarak iyileştirilebilir.

Zener diyotun regülatör olarak kullanılmasında, zener diyot belirli bir ters gerilimden sonra iletime geçtiği için bu özelliğinden faydalanılır. Zener diyot, yük direncine ters yönde paralel olarak bağlanır.  Yüke gelen gerilim belirli bir değeri geçtiği zaman zener diyot iletime geçer ve devreden geçen akımı arttırır.

Bu akım, devreye bağlanan seri dirençteki gerilim düşümünü arttırdığı için yüke gelen gerilim sabit kalır. Zener diyot yapısından dolayı, uçlarına uygulanan gerilim zener geriliminden fazla bile olsa zener uçlarında sabit bir gerilim oluşur. Sadece zener diyodun regülasyon yapması için uçlarına zener geriliminden daha fazla gerilim uygulanmalıdır.

Zener diyotun regülatör olarak kullanılması

Zener diyodun regülatör devresini yapmak için kullanılan malzemeler;

• 1 X 220V/12V 4W Transformatör
• 4 X 1N4001 Diyot
• 1 X 1000 µF Kondansatör
•  1 X R1 100W Direnç
•  1 X R2 1 KW Direnç
•  1 X Z 9.1V Zener diyot

Seri Regüle Devresi

Zener diyot tek başına kullanıldığı zaman regüle devresinden çekilen akım sınırlı olur. Bundan dolayı daha fazla akım ihtiyacı olduğu zaman zener diyotun bir transistorün beyzine bağlanması ile çalışan seri regüle devresi kullanılır. Seri regüle devrelerde zener diyot, transistorün beyz gerilimini sabit tutarak regülasyon yapılmasını sağlar.

Seri regüle devresi

Yük akımını sabit tutmak için seri regülatör kullanılır. Bu çeşit bir uygulama bir veya iki transistör ile gerçekleştirilir. Transistör yük hattına seri bağlandığı için, bu çeşit devreye seri regüle devresi veya seri regülatör denir.

Seri regüle devreleri yaparken kullanılan malzemeler:

• 1 X 220V/2X6V 4W Transformatör
•  4 X 1N4001 Diyot
• 1 X 1000 µF Kondansatör
•  1 X R1 330W Direnç
• 1 X R2 1 KW Direnç
• 1 X 9.1 V Zener diyot
• 1 X BD 135 Transistör

Seri regülatörler daha verimli çalıştıkları için sık kullanılırlar.

• Seri regülatörler verimleri düşük yüklerde yüksek, tam yük şartlarında ise verimleri düşüktür.
• Seri regülatörlerde aşırı yükleme koruması yoktur.
• Yük tarafındaki bir kısa devre, regülatör düzeninden büyük akımlar akmasına neden olur.
• Basit seri regülatörler gerilimdeki küçük değişimlere anında cevap veremezler.
• Küçük değişimleri sezerek kuvvetlendiren, seri regülatörün çalışmasını hızlandıran ek devreler kullanılarak şönt sezmeli seri regülatörler yapılır.
• Şönt sezmeli seri regülatörlerde çıkış gerilimi referans bir gerilimle karşılaştırılır ve değişiklik kuvvetlendirilerek seri regülatöre verilir.
• Hassasiyetin istendiği durumlarda, doğru gerilim kuvvetlendiricisi eklenerek, regülasyon oranı ve regülasyon hızı arttırılır.

Transistör ve Zener Diyotlu Seri Regülatörler

Seri regülatör devreleri NPN veye PNP transistör kullanılarak yapılabilir.

Transistör ve zener diyotlu seri regülatör

Yukarıdaki şekilde verilen NPN transistörlü devrede kullanılan ön direnç (Rö) zener diyodu ve transistörün beyzini aşırı akıma karşı korur. Girişe DC uygulanınca, zener diyot üzerinde sabit bir gerilim meydana gelir. Bu gerilim, transistörün beyz ucunu tetikler. Tetiklenen transistör, iletime geçerek çıkışa bağlı alıcıyı besler. Giriş gerilimi değişse bile zener diyot sayesinde çıkış aynı kalır. Bu tip devrelerde transistör alıcıya seri bağlıdır. Çıkış uçları eğer kısa devre edilirse devreden aşırı akım geçerek transistörün bozulmasına neden olur.

Transistörlü Şönt (Paralel ) Regülatörler

Yukarıdaki şekilde verilen devreye uygulanan giriş gerilimi yükselince çıkış da yükselir. Bu da alıcıya paralel bağlı olan transistörün beyz ucuna bağlı zener diyodu iletime sokarak transistörün iletime geçmesine neden olur. İletken olan transistör artı uçtan eksi uca doğru belli bir akım geçirir.

Transistörün şaseye doğru ek bir akım geçirmesi Rö direncinden geçen akımı artırır. Ön direnç (Rö)’ den geçen akımın artması bu elemanın üzerinde düşen gerilimi yükseltir. Rö’ nün üzerinde düşen gerilimin artması çıkışa bağlı olan alıcıda düşen gerilimin azalmasına neden olur. Bu sayede alıcıya yüksek gerilim gitmesi önlenmiş olur. Şönt regülatör devreleri çıkış gerilimini çok hassas olarak sabit tutamadığı      için uygulamada pek tercih edilmez.

Entegre (IC) Gerilim Regülatörü

Regüleli güç kaynaklarında, entegre regülatör elemanları kullanılır.

Gerilim regülatör entegreleri

En çok kullanılan gerilim regülatör entegreleri ve özellikleri tabloda gösterilmiştir.

• Pozitif Gerilim Regülatörü

Aşağıdaki şekilde 7805 entegresi ile yapılan +5 Voltluk regülatör verilmiştir. Bu entegrenin girişine regülesiz 6 Volt pozitif gerilim uygulandığı zaman, çıkışında regüleli +5 Voltluk bir gerilim elde edilir. Aynı anda bu entegrenin çıkış akımı 1 Amper olduğundan, çıkıştan en fazla 1 Amper akım çekilecek demektir.

Pozitif gerilim regülatörü devresi

Şekilde transformatörün sekonderin de 6 Voltluk AC gerilim olduğundan, köprü devrenin çıkışında 6 Voltluk dalgalı DC gerilim meydana gelir. Köprü devre çıkışına paralel bağlı C1 kondansatörü, 6 Voltluk dalgalı gerilimin tepe değerine şarj olacaktır. Bu durumda, entegrenin girişindeki DC gerilimin değeri 6 x 1,41 = 8,46 Volt olur. Regülatör entegresi bu 8,46 Voltluk gerilimi sabit 5 Volta düşürür. 7805 entegre girişine gelen dalgalı gerilim, entegre çıkışında sabit, regüleli 5 Volt olarak alınır.

Pozitif gerilim regülatör devresi yapılırken kullanılan malzemeler:

• 1 X 220V/6V 4W Transformatör
• 4 X 1N4001 Diyot
• 1 X 1000 µF Kondansatör
• 1 X 1 KW Direnç
•  1 X 7805 Regüle Entegresi

Çeşitli entegre gerilim regülatörleri

• Negatif Gerilim Regülatörü

Aşağıdaki şekilde 7909 entegresi ile yapılan -9 Voltluk bir negatif gerilim regülatör devresi verilmiştir. Bu entegrenin girişine regülesiz 12 Volt pozitif gerilim uygulandığı zaman, çıkışında regüleli -9 Voltluk bir gerilim meydana gelir. Aynı anda bu entegrenin çıkış akımı 1 Amper olduğundan, çıkıştan en fazla 1 Amper akım çekilecek demektir.

Negatif gerilim regülatörü

Şekilde negatif gerilim regülatöründe, transformatörün sekonderinde 12 Voltluk AC gerilim olduğundan, köprü devrenin çıkışında 12 Voltluk dalgalı DC gerilim meydana gelir. Köprü devre çıkışına paralel bağlı C1 kondansatörü 12 Voltluk dalgalı gerilimin tepe değerine şarj olacaktır.

Bu durum da, entegrenin girişindeki DC gerilimin değeri 12V x 1,41 = 16,92 Volt olur. Regülatör entegresi bu 16,92 Voltluk gerilimi sabit -9 Volta düşürür. 7909 entegre girişine gelen dalgalı gerilim, entegre çıkışında sabit, regüleli -9 Volt olarak alınır.

Negatif gerilim regülatörü devresi yapılırken kullanılan malzemeler:

•  1 X 220V/2X6V 4W Transformatör
• 4 X 1N4001 Diyot
•  1 X 1000 µF Kondansatör
• 1 X 1 KW Direnç
• 1 X 7909 Regüle Entegresi

Ayarlanabilir Gerilim Regülatörü

LM 317 entegresi kullanımı oldukça kolay bir ayarlı gerilim regülatörüdür.

Ayarlanabilir gerilim regülatörü

Şekil’de LM317 entegresi kullanılarak yapılan devre, kısa devre korumalı olduğu için çıkış akımı 1,5 Amper değerinde otomatik olarak sınırlanır. Çıkış gerilimi P potansiyometresi ile ayarlanır. C1 kondansatörü ön filtreleme yapar. Devredeki transformatörün gücü ve köprü diyodun akım değeri çıkıştan çekilecek akıma göre seçilir.

LM 317’li 3-30 Voltluk ayarlanabilir gerilim regülatörü devresi yapılırken kullanılan malzemeler:

• 1 X 220V/30V Transformatör (10W)
• 1 X 50V/4A Köprü diyot
• 1 X LM 317 Entegre
• 1 X C1 2200µf/50V Kondansatör
• 1 X C2 100nf/63V Kondansatör
• 1 X C3 100nf/63V Kondansatör
• 1 X R1 150W Direnç
• 1 X 5K Potansiyometre

İmalatçı regülatör firmaları tarafından yapılan regüle devrelerinin maliyeti, regülatör markaları, regülenin hassasiyeti, 1 fazlı, 3 fazlı oluşuna, regülatör çeşidine ve kullanılan malzemeye göre regülatör fiyatları belirlenir.