دانلود مقاله تنظیم کننده های ولتاژ

مقدمه :

در اکثر آزمایشگاه های برق از منابع تغذیه برای تغذیه مدار های مختلف الکترونیکی آنالوگ و دیجیتال استفاده می شود .

تنظیم کننده های ولتاژ در این سیستم ها نقش مهمی را برعهده دارند زیرا مقدار ولتاژ مورد نیاز برای مدارها را بدون افت و خیز و تقریباً صاف فراهم می کنند .

منابع تغذیه DC ، ولتاژ AC را ابتدا یکسو و سپس آن را از صافی می گذرانند و از طرفی دامنه ولتاژ سینوسی برق شهر نیز کاملاً صاف نبوده و با افت و خیزهایی در حدود 10 تا 20 درصد باعث تغییر ولتاژ خروجی صافی
می شود.

از قطعات مورد استفاده برای رگولاتورهای ولتاژ می توان قطعاتی از قبیل ، ترانسفورماتور ، ترانزیستور ، دیود ، دیودهای زنر ، تریستور ، یا تریاک و یا آپ امپ (op Amp) و سلف (L) و خازن (C) و یا مقاومت (R) و یا ICهای خاص را نام برد .

* عوامل موثر بر تنظیم ولتاژ :

عوامل مختلفی وجود دارند که در تنظیم ولتاژ در یک تنظیم کننده موثرند از جمله این عوامل را می توان ، تغییرات سطح ولتاژ برق ، ریپل خروجی صافیها، تغییرات دما و نیز تغییرات جریان بار را نام برد .

الف)* تغییرات ولتاژ ورودی :

در تمامی وسایل الکترونیکی و یا سیستم های الکترونیکی و مکانیکی و غیره و در تمامی شاخه های علمی طراحان برای اینکه یک وسیله یا سیستم را با سیستم های مشابه مقایسه کنند معیاری را در نظر می گیرند که این معیار در همه جا ثابت است .

در یک تنظیم کننده معیاری به نام تنظیم خط وجود دارد که میزان موفقیت یک تنظیم کننده ولتاژ در کاهش تغییرات ولتاژ ورودی را با این معیار می سنجند و به صورت زیر تعریف می کنیم :

فرمول (12)   (فرمول ها در فایل اصلی موجود است.)                                                       

که در آن  ، تغییرات ولتاژ ورودی ،  تغییرات ولتاژ خروجی ،  ولتاژ خروجی متوسط (DC) می باشد .

ب)تغییرات ناشی از تغییر دما :

یکی دیگر از عاملهای تعیین کننده در یک تنظیم کننده ولتاژ خوب تغییرات ناشی از دماست .

معیاری که تغییرات نسبی ولتاژ را برحسب دما بیان می کند ضریب دمای تنظیم کننده نام دارد که آن را با T.C نشان می دهیم و بصورت زیر تعریف می شود :

(فرمول 2-2)       (فرمول ها در فایل اصلی موجود است.)                                                      

T.C = Temperature coefficient

در رابطه فوق  ، تغییرات ولتاژ خروجی در اثر تغییرات دمای  و   مقدار متوسط (DC) ولتاژ خروجی است .

معمولاً TC برحسب  (Parts - per - million) بیان می شود و به صورت زیر تعریف می شود .

(فرمول 3-2)      (فرمول ها در فایل اصلی موجود است.)                                                         

در زیر چند نمونه از مقادیر  ،  ،  و ...  برای بعضی از سری
IC های رگولاتور ولتاژ آورده شده است .

 ج)تغییرات ناشی از تغییر بار :

اکثر دانشجویان در آزمایشگاه با این مسئله روبرو شده اند که وقتی ما ولتاژی را از یک منبع می گیریم و با مالتی متر اندازه گیری می کنیم ( چه در حالت DC و چه در حالت ac ) وقتیکه به مدار وصل می کنیم مقدار آن با حالت بدون بار کمی اختلاف دارد ، دلیل آن تغییر بار است ، چون وقتی به مدار وصل نیست  (بار) و وقتی به مدار وصل می شود بار تا مقدار خیلی زیادی کم می شود در حقیقت مقاومت بار تنظیم کننده ولتاژ ، مقاومت ورودی مداری است که از بیرون به آن متصل می شود و بنابراین می تواند تغییرات نسبتاً وسیعی داشته باشد .

در یک تنظیم کننده ولتاژ ایده آل مقاومت داخلی صفر است تا تغییر مقاومت بار تأثیری در ولتاژ خروجی آن نداشته باشد .

در عمل تنظیم کننده ها دارای مقاومت داخلی کمی هستند و به همین دلیل کمی ولتاژ خروجی را تحت تأثیر قرار می دهند .

میزان این تأثیرپذیری را با معیاری به نام تنظیم بار یا  ، نشان می دهیم که بصورت زیر تعریف می شود .

فرمول (4-2)               (فرمول ها در فایل اصلی موجود است.)                                             

 : ولتاژ در بار کامل (حداکثر بار ) .

 : ولتاژ در بی باری .

* قسمتهای مختلف یک تنظیم کننده

الف)ترانسفورماتور:

جریان متناوب با دامنه و بسامد ثابت ، منبع اولیه انرژی الکتریکی است ( در بسیاری از کشورها و از جمله ایران و اروپا منبع سینوسی با ولتاژ موثر 220 ولت و فرکانس 50 هرتز به کار می رود و در ایالات متحده این منبع سینوسی با ولتاژ موثر 110 تا 220 ولت وفرکانس 60 هرتز می باشد ) تقریباً همه مدارهای الکترونیکی برای تضمین کارکرد مناسب به ولتاژهای ثابت نیاز دارند.

برای مثال ، بیشتر ریزکامپیوتر ها به منبع های 5 ولتی قادر به تأمین جریان A 100 نیاز دارند .

دیگر سیستمهای سیگنال پرداز اغلب به منبع های 12 و 15 ولتی نیاز دارند که در آنها جریان حاصل با شرایط بار تغییر می کند به علاوه بیشتر محرکهای موتور و سیستمهای کنترل به منبع های dcیی نیاز دارند که سطوح ولتاژ آنها را می توان برای برآوردن شرایط کار مطلوب تنظیم کرد .

وظیفه ترانسفورماتور ، تنظیم سطح ac به گونه ای است که دامنه dc مناسب بدست آید که ترانسفورمر می تواند از نوع افزاینده یا کاهنده باشد و ظرفیت توانی که می تواند جابجا کند باید برای تغذیه بار کافی باشد و اتلافهای یکسوساز ، پالایه و تنظیم کننده را   تأمین کند .

نسبت دورها ، از دامنه خروجی لازم نسبت به دامنه ورودی ac بدست می آید .

ب)یکسوساز ها

بعد از ترانسفورماتور ، در یک منبع تغذیه ، یکسو کننده وجود دارد .

وظیفه یکسوکننده تبدیل ولتاژ سینوسی به سیگنال dc پالسی است .

* یکسوساز نیم موج :

با استفاده از یکسوکننده های نیم موج می توان نیم سیکلهای مثبت یا منفی یک ولتاژ متناوب را حذف نمود .

ولتاژ ورودی VI معمولاً توسط یک ترانسفورماتور ورودی تأمین می شود .

چنانچه از ولتاژ آستانه هدایت  دیود صرفنظر کنیم در نیم سیکلهای مثبت ولتاژ ورودی ، دیود هدایت نموده و می توان آن را بصورت یک مقاومت کوچک  درنظر گرفت بنابراین جریان (i) در این نیم سیکلها از تقسیم  VIبر مجموع مقاومت های  و  بدست می آید .

اگر ولتاژ ورودی دارای شکل موج سینوسی با دامنه  باشد دامنه جریان  از تقسیم  بر مجموع مقاومتهای  و  بدست می آید .

اگر در مدار یک آمپرمتر DC به صورت سری قرار گیرد این آمپرمتر مقدار متوسط جریان را نشان   خواهد داد .

با توجه به تعریف مقدار متوسط یک تابع متناوب داریم

با توجه به تعریف مقدار متوسط یک تابع متناوب داریم : فرمول (5-2) در انتگرال فوق به جای متغیر (t) از متغیر استفاده شده است .

ولتاژ DC دوسر مقاومت ، از ضرب مقاومت در جریان بدست می آید ، که جریان نیز از تقسیم بر عدد همانطور که در رابطه (1) بدست آمد ، بدست می آید .

در مورد ولتاژ دوسر دیود دو حالت وجود دارد ، اولاً هنگامیکه دیود قطع است ، تمام ولتاژ ورودی در دوسر دیود ظاهر می شود و ثانیاً ، اگر دیود هدایت کند ولتاژ لحظه ای دوسر دیود ، بوده بنابراین ولتاژ دوسر دیود عبارت است از : فرمول (6-2) مقادیر موثر جریان و ولتاژ نیز از روابط زیر بدست می آید: فرمول (7-2) فرمول (8-2) * بازده یکسوکننده نیم موج : نسبت توان DC تحویلی به مقاومت بار به توان متوسط ورودی را می توان به عنوان بازده یکسوکننده تعریف نمود که برابر است با : فرمول (9-2) * یکسوساز تمام موج : مدار یکسوساز تمام موج در حقیقت از 2 مدار نیم موج تشکیل شده که هرکدام در یکی از نیم سیکلهای ولتاژ سینوسی ورودی هدایت می کند ، در نیم سیکل مثبت ولتاژ ورودی ، فقط دیود هدایت نموده و جریان را از مقاومت بار عبور می دهد و در نیم سیکل منفی ولتاژ ورودی ، دیود هدایت نموده و جریان به مقاومت بار می رسد .

* مقادیر متوسط جریان و ولتاژ : اگر مدار یکسوساز تمام موج را با یکسوساز نیم موج مقایسه کنیم متوجه می شویم که جریان در مدار تمام موج 2 برابر حالت نیم موج است .

و ولتاژ DC نیز از ضرب جریان بدست آمده بالا در مقاومت بدست می آید .

* حداکثر ولتاژ معکوس : در یکسوکننده نیم موج دیدیم که وقتی دیود D در حالت قطع قرار می گرفت تمامی ولتاژ ورودی بر روی آن ظاهر می شد و بنابراین حداکثر ولتاژ معکوس دیود برابر بود .

در یکسوکننده تمام موج وقتی دیود قطع است دیود در حالت هدایت بوده و تقریباً اتصال کوتاه است و ولتاژ دوسر دیود برابر می باشد و برای دیود نیز وقتی که دیود وصل است ، دیود قطع و اوج ولتاژ معکوس برابر می‌باشد .

بنابراین باید بدانیم که در انتخاب دیودها برای مدار یکسوکننده تمام موج ، اندازه ولتاژ شکست دیود از بیشتر باشد تا دیود وارد ناحیه شکست نشود .

* صافی خازنی : در شکلهای مدارهای یکسوکننده که شکل موج ولتاژ خروجی در این مدارها با شکل موج ولتاژ ورودی تفاوتی اساسی پیدا نموده و در واقع این مدارهای یکسوکننده از یک ولتاژی که شامل هیچ گونه مؤلفه DC نیست یک ولتاژ DC توأم با ریپل (ripple) یا به عبارتی ناصاف بوجود می آورد .

برای حذف ریپل موجود در خروجی یکسوکننده می توان از صافی خازنی استفاده کرد اینکار بوسیله موازی کردن یک خازن با مقاومت در مدار مثلاً یکسوکننده نیم موج بدست می آید .

این صافی در حقیقت مانع رسیدن فرکانسهای بالای موجود در شکل موج ورودی ، به مقاومت بار گردیده و با این عمل به صاف تر شدن ولتاژ خروجی کمک می کند (صافی پایین گذر) .

مباحث کلی درباره فیلتر یک مدار یکسوساز برای تبدیل سیگنالی با مقدار متوسط صفر به مقدار متوسط غیرصفر مورد نیاز است .

البته ، ولتاژ dc ضربان دار بدست آمده ، کاملاً dc نیست و حتی نمونه قابل قبولی از آن نمی باشد .

اگرچه در مداری نظیر یک شارژ باطری ، ضربان دار بودن مشکل بزرگی نیست ، با این وجود ، برای مدارات منبع تغذیه یک رادیو ، ضبط صوت ، کامپیوتر و دیگر دستگاههای الکترونیک ضربان با فرکانس 50 سیکل روی ولتاژ dc خروجی ظاهر می شود و در اثر آن کار کلیه مدارت نادرست انجام می گیرد .

در چنین موردی و موارد گوناگون دیگر dc بدست آمده بایستی صاف تر از ولتاژی باشد که مستقیماً از یکسوساز نیم موج یا تمام موج بدست می آید .

فیلتر رگولاسیون ولتاژ و ولتاژ موجک قبل از ورود به جزئیات مدار فیلتر ، بایستی روش متداول ارزیابی مداری که اثر آن را به عنوان یک فیلتر مورد مقایسه قرار می دهیم بدقت ملاحظه شود .

اگرچه باطری علی الاصول دارای ولتاژ خروجی dc یا پیوسته است ، ولتاژ بدست آمده از منبع ac با یکسوسازی و فیلتر کردن ، دارای مقداری ریپل یا موجک خواهد شد .هر اندازه تغییرات ac نسبت به سطح dc کمتر باشد ، عمل فیلتر بهتر صورت گرفته است .

فرض کنید ولتاژ مدار فیلتر را با یک ولتمتر dc و یک ولتمتر ac اندازه گیری کنیم .

در آن صورت ولتمتر dc تنها مقدار متوسط یا سطح dc ولتاژ خروجی را نشان خواهد داد و ولتمتر ac فقط مولفه rms ولتاژ ac را اندازه گیری خواهد کرد (با فرض اینکه سیگنال از طریق یک خازن به ولتمتر اخیرالذکر منتقل شود) .

تعریف : موجک یا ریپل مثال : برای اندازه گیری سیگنال خروجی یک مدار فیلتر ، با استفاده از یک ولتمتر dc و ac ، ولتاژ dc برابر 25V و ولتاژ موجک (1.5 V) ولت (مؤثر) بدست آمده است .

موجک خروجی فیلتر را حساب کنید .

اگر اندازه ولتاژ در بار کامل درست به اندازه ولتاژ در بی باری باشد ، رگولاسیون ولتاژ یا تنظیم بار محاسبه شده 0% است که بهترین صورت ممکن می باشد .

این به آن معنی است که منبع ولتاژ مستقل از جریان کشیده شده عمل می کند و دارای ولتاژ ثابتی است .

ولتاژ خروجی اغلب منابع تغذیه با کشیده شدن جریان کاهش می یابد .

کاهش کمتر ولتاژ به معنی کار بهتر مدار منبع تغذیه است .

ضریب موجک سیگنال یکسوشده ولتاژ یکسوشده یک ولتاژ صاف نیست و بنابراین خروجی دارای مؤلفه dc و نیز موجک است .

ملاحظه خواهید کرد که سیگنال یکسوساز تمام موج نسبت به یکسوساز نیم موج دارای مؤلفه dc بیشتر و موجک (ریپل) کمتری است .

زمان ، زمانی است که در آن دیودهای یکسوساز تمام موج هدایت می کنند و خازن فیلتر را تا مقدار قله (نوک) ولتاژ ورودی ، شارژ می کند .

زمانی است که در طول آن ولتاژ یکسو شده تا پایین تر از ولتاژ نوک افت می کند و خازن در بار تخلیه می گردد .

چون سیکل شارژ ـ دشارژ در هر نیم سیکل یک یکسوکننده تمام موج اتفاق می افتد ، بنابراین زمان تناوب شکل موج یکسو شده ، یعنی نصف فرکانس سیگنال ورودی است .

که در آن ، جریان به میلی آمپر ، C ظرفیت به میکروفاراد ، و به کیلواهم است .

مثال : ولتاژ موجک یک یکسوساز تمام موج را بدست آورید که ظرفیت خازن فیلتر آن و جریانی که بار می کشد ، 80 m A باشد .

که در آن ولتاژ نوک یکسوساز ، جریان بار بر حسب میلی آمپر ، و C ظرفیت خازن به میکروفاراد است .

پریود هدایت دیود و جریان قله دیود از مباحث قبل روشن می شود که ظرفیت بالاتر خازن بدلیل فیلتر بهتر ، موجک کمتر و ولتاژهای متوسط زیادتری را سبب می شود .

از این گفته ممکن است چنین نتیجه گیری شود که برای بهبود کار یک خازن فیلتر ، لازم است اندازه خازن را بزرگ انتخاب کنیم .

البته خازن بر جریان نوک که از دیود یکسوساز می گذرد نیز اثر می گذارد و چنانکه خواهیم دید ، از ظرفیت بزرگتر خازن برای بالا بردن جریان نوک که از دیود یکسوکننده عبور می کند ، نیز استفاده می شود .

دیودها در این پریود ، متوسط جریان مورد نیاز شارژ خازن را بدست می‌دهند .

هرچه این زمان کوتاهتر باشد ، مقدار جریان شارژ بیشتر می شود .

توجه کنید که مقادیر کوچکتر خازن ، با بزرگتر ، جریان نوک دیود کمتر از جریان نوک دیود در خازن با ظرفیت بیشتر است .

از آنجا که جریان متوسط دریافتی از منبع تغذیه بایستی معادل متوسط جریانی باشد که از دیود در پریود شارژ می گذرد .

موجک دوسر یک خازن فیلتر را با استفاده از یک فیلتر RC می توان کاهش داد .

علت استفاده از شبکه اضافی RC ، عبور هرچه بیشتر مؤلفه dc ولتاژی است که در دوسر خازن فیلتر بدست آمده است و ضعیف کردن مؤلفه ac موجکی است که ممکن است در دوسر خازن فیلتر وجود داشته باشد .

مدار یکسوکننده تمام موج ، به همراه خازن فیلتر و مدار فیلتر RC را نشان می دهد .

کار مدار فیلتر با استفاده از قانون بر هم نهش (superposition) قابل محاسبه است .

* تنظیم کننده های ولتاژ ساده : تنظیم کننده های ولتاژ ساده تنظیم کننده هایی هستند که از یک دیود زنر برای ثابت نگه داشتن ولتاژ استفاده می شود یعنی عنصر تنظیم کننده ولتاژ همان دیود زنر است .

در طراحی مدار یک تنظیم کننده ساده برحسب وضعیت ولتاژ و جریان مورد نظر تنظیم کننده را بصورت موازی و یا سری با مقاومت بار (خروجی) قرار می دهند .

حالت اول را تنظیم کننده موازی و حالت دوم را تنظیم کننده سری می نامند .

در مدار سری جریان خروجی تنظیم کننده از مقاومت بار می گذرد در حالی که در وضعیت موازی تنظیم کننده موازی با بار قرار دارد و فقط بخشی از جریان ورودی از آن عبور می کند .

معمولاً از تنظیم کننده موازی در مواردی که با ولتاژهای متوسط و یا کم و نیز جریان های زیاد و بار نسبتاً ثابت سروکار داریم استفاده می شود زیرا در این صورت نیاز به دیود زنر با ولتاژ و جریان خیلی زیاد نخواهیم داشت .

در مواردی که ولتاژ مورد نظر زیاد است و جریان بار کم و یا متوسط بوده و یا به علت تغییر مقاومت بار متغیر است تنظیم کننده سری مناسب تر است .

الف ) تنظیم کننده موازی ب ) تنظیم کننده سری ج ) یک تنظیم کننده ساده با دیود زنر قسمت سمت چپ مقاومت Rl را با مدار معادل تونن جایگزین می نماییم .

توجه کنیم که با دیود زنر بصورت یک منبع ولتاژ که با مقاومت rz سری است برخورد می نماییم .

محدودیت تنظیم کننده ساده : در یک تنظیم کننده ولتاژ است اگر چه تغییرات ولتاژ ورودی ناچیز است ولی جریان بار ثابت نمی باشد .

تغییرات جریان بار باید همگی توسط دیود زنر تحمل شود لذا در مواردی که تغییرات جریان بار زیاد باشد استفاده از یک دیود زنری با بزرگ و در نتیجه Pz ,max بزرگ ضرورت دارد و استفاده از یک دیود زنر با Iz , max بزرگ موجب می شود که هنگام بی باری تمامی جریان از دیود زنر عبور کرده و تلفات حرارتی آن زیاد شود .

این امر باعث کاهش عمر دیود زنر و همچنین کاهش بازده تنظیم کننده می شود برای رفع این اشکال می توان با اضافه نمودن یک طبقه امیتو فالوئر در خروجی مدار تغییرات جریان را تقویت نمود همان طور که می بینیم در این حالت ولتاژ خروجی به اندازه VBE( oN) تراتوسیتور از کمترخواهد بود .

تنظیم کننده های ولتاژ پیشرفته : اگر چه استفاده از تنظیم کننده های ولتاژ ساده در بسیاری از سیستمهای الکترونیکی ارزان قیمت متداول است ، ولی در منابع تغذیه تجارتی که تنظیم ولتاژ بهتر و دقیقتر و نیز ولتاژ خروجی قابل تغییر مورد نیاز است ، از تنظیم کننده های پیشرفته تری استفاده شود .

در این مدار از فیدبک منفی ولتاژ – سری استفاده شده است .

تقویت کننده دارای بهره ولتاژ و امپرانس ورودی بزرگ می باشد .

در صورتیکه دقیق و پایدار بوده و مقاومتهای دقیق و با تغییرات حرارتی کم باشند ، ولتاژ خروجی از پایداری و ثبات مطلوبی برخوردار خواهد بود ، با تغییر مناویب B می توان به ولتاژ خروجی مورد نظر دست یافت .

مدار نمونه بردار : این مدار می تواند به سادگی از یک تقسیم کننده ولتاژ تشکیل شده باشد که در دو سر آن ولتاژ خروجی را ببیند و سر وسط جریانی نکشد .

ولتاژ نمونه برداری شده از سر وسط به یک مدار با امپرانس ورودی بزرگ داده می شود تا جریان این سو قابل صرف نظر باشد .

مدار مقایسه کننده : مدار مقایسه کننده می تواند یک تقویت کننده تفاضلی و یا یک تقویت کننده عملیاتی باشد .

انتخاب دوم به دلیل امپرانس ورودی زیاد آن از نظر عملکرد بهتر مدار نمونه بردار و ولتاژ مرجع برتری دارد .

تقویت کننده DC : اگر در بخش مقایسه کننده از یک تقویت کننده عملیاتی استفاده شود ، سیگنال تفاضل به اندازه کافی تقویت می شود و تقویت کیتره اضافی ضرورت ندارد چنانچه مقایسه کننده یک تقویت کننده تفاضلی باشد ، استفاده از یک مدار مناسب ( معمولاْ یک تراترسیتور در حالت امیتر مشترک ) در بسیاری از موارد الزامی است .

مدار کنترل : مدارکنترل بوسیله ولتاژ خروجی تقویت کننده ، جریان خروجی را کنترل می‌کند .

که این بخش در مدارهای تنظیم ولتاژ از یک تراترسیتور و یا یک زوج دار لینگتون تشکیل می شود .

عنصر خروجی می تواند بصورت موازی یا سری با خروجی قرار گیرد .

در حالت اول تنظیم کننده را تنظیم کننده ولتاژ موازی می نماند از این نوع تنظیم کننده معمولاْ در جریانهای زیاد و ولتاژهای خروجی کم و متوسط استفاده می شود .

در ولتاژهای خروجی زیاد و جریانهای کم و متوسط تنظیم کننده های سری را به کار می برند در این تنظیم کننده ها عنصر کنترل به صورت سری با خروجی قرار می گیرد .

مدار ولتاژ مرجع : ساده ترین مدار ولتاژ مرجع از یک دیود زنر تشکیل می شود این عنصر با تغییر جریان خود ولتاژ دو سرش را تقریباْ ثابت نگه می دارد .

ولتاژ شکست دیود زنر ، علاوه بر تغییر با جریان تابع دما نیز می باشد تغییرات ضریب دمای ( T C ) بر حسب ولتاژ شکست و جریان دیود زنر نشان داده شده است .

بر اساس بررسیهای انجام شده ، پایدارترین دیود زنرها دارای ولتاژ شکست حدود 6 ولت می باشند در صورتی که دستیابی به یک ولتاژ مرجع پایدار مورد نظر بوده و ولتاژ آن چندان مهم نباشد ، بهتر است از یک دیود زنر 6/5 ولت سری شده با یک دیود سیلیکن معمولی در بایاس مستقیم استفاده شود .

در این ولتاژ ضریب دمای ثبت دیود زنر ضریب دمای دیود معمولی را خنثی می کند .

با تغییر جریان دیود زنر می توان تا اندازه ای ضریب دمای دیود را تنظیم نمود بعضی دیود زنرها بطور داخلی با یک دیود معمولی سری نشده و در واقع تغییرات حرارتی آنها جبران شده است .

از زمره این دیود زنرهای سری21 Nn 1 را می توان نام بردکه با ولتاژ شکست 2/6 ولت دارای ضریب دمایی بین ppm /c 5 دیود (21 Nn 1 ) تا ppm /c 100 ( 29 Nn 1 ) می باشند .

دیودهای 940 N 1 و 946 N 1 با ولتاژهای 9 و 7 /11 ولت دارای ضریب دمای ppm /c 2 می باشند که به راحتی با سری شدن با یک دیود معمولی قابل جبران هستند .

دیود زنرهای موجود در بازار عموماْ ولتاژهای شکستی بین 5/2 تا 200 ولت دارند با توان نامی چند دهم تا 50 وات در مواردی که به ولتاژهای مرجع کوچکتر نیاز است از سری کردن دیودهای معمولی و یا از دیودهایLED با رنگهای مختلف استفاده می شود .

برای بهبود عملکرد مدار ولتاژ مرجع می توان از 2 دیود زنر استفاده نمود .

در این مدار از میزان اثر تغییرات ورودی در جریان دیود زنر دوم تا حد زیادی کاسته شده است .

یک راه اساس تر این است که دیود زنر توسط یک منبع جریان ثابت تغذیه شود .

دیود زنر ولتاژ بیش 1Q ثابت نگه داشته و در نتیجه باعث ماندن جریان عبوری از دیود زنر مرجع یعنی 2D می شود .

برای بهبود بیشتر عملکرد این مدار سعی می شود که از طریق یک تراترسیتور دیگر ( 2Q) جریان 1D نیز ثابت نگه داشته شود .

جریان مقاومت 2R توسط 2D تثبیت شده و این جریان که تقریباْ همان جریان دیود 1D است باعث تثبیت ولتاژ آن می شود .

این کار به نوبه خود جریان تراترسیتور 1Q و در نتیجه جریان دیود مرجع 2Q را ثابت نگه می دارد و از این طریق یک ولتاژ مرجع قابل اطمینان حاصل می‌شود .

در طراحی مدارهای ولتاژ مرجع می توان از تقویت کننده عملیاتی نیز کمک گرفت .

در شروع کار مدار ، دیود زنر قطع و فیدبک مثبت غالب است و باعث افزایش ولتاژ دو سر دیود می شود .

پس از اینکه این ولتاژ به مقدار رسید ، فیدبک منفی کنترل مدار را در دست می گیرد .

در این مدار می توان از یک دیود زنر با ولتاژ شکست پایدار مثلاْ با استفاده نمود و با انتخاب مقادیر مناسب برای مقاومتهای 1R و 2R به ولتاژ مرجع مورد نظر دست یافت .

مقاومتهای به کار رفته و زین مدار باید حتی الامکان از میان مقاومتهای دقیق انتخاب شوند در این مدار جریان دیود زنر از طریق مقاومت 3 R تأمین می‌شود و دارای مقدار ثابتی می باشد زیرا ولتاژهای دو سر این مقاومت یعنی و ثابت می باشند .

می توان دیود زنر را درحلقه فیدبک منفی نفر قرار داد مثلاْ در این مدار نیز جریان دیود زنر که همان جریان مقاومت R است همواره ثابت باقی می ماند زیرا ولتاژ دو سر ورودی تقویت کننده عملیاتی با یکدیگر مساوی ویوایو می باشد .

بنابراین انتخاب مقاومتهای دقیق و یک دیود زنر با ولتاژ شکست پایدار و ضریب دمای جبران شده تأمین یک ولتاژ مرجع باید در و مطلوب را تضمین می کند .

مدار محدود کننده جریان : هر مدار تنظیم کننده ولتاژ فقط قادر است تا حد جریان حداکثر مجاز تراترسیتور کنترل خود ، جریان بار در خروجی تأمین نماید تحمیل اضافه جریان در مدار باعث سوختن تراترسیتور مزبور و در نتیجه از کار افتادن مدار خواهد شد از آنجا که حفاظت این تراترسیتور از طریق استفاده از فیوز مسیر نمی باشد ، باید چاره دیگری اندیشید .

یک راه حل ساده که البته خالی از اشکال هم نیست استفاده از مدار محدود کننده نشان داده شده است .

در این مدار تراترسیتور 2Q و مقاومت Rs نقش محدود کننده جریان را به عهده دارند .

در صورتی که جریان Io به حداکثر مجاز خود برسد افت ولتاژ دو سر Rs تراترسیتور 3Q را روشن کرده و در نتیجه با افزایش جریان کلکتور این تراترسیتور ، جریان بیس 1Q کاهش یافته و بدین ترتیب جریان خروجی محدود می شود .

در این محدود کننده با کاهش مقاومت Rl تا قبل از رسیدن جریان خروجی به ولتاژ خروجی ثابت می ماند و به محض اینکه جریان به این مقدار رسید کاهش بیشتر مقاومت Rl موجب کاهش ولتاژ خروجی می شود .

اشکال عمده این محدود کننده آن است که در حالت اتصال کوتاه خروجی که تقریباْ ولتاژ ورودی ( VI ) در روی کلکتور – امیتو تراترسیتور 1Q می افتد و جریان Io , max از آن عبور می کند ، توان تلف شده در آن ممکن است از حد مجاز بالاتر رفته و موجب سوختن آن شود .

در این صورت مشخص به ظاهراْ بخشی از مشخصه به طرف عقب خمیده شده و یا تا شده است .

در این مدار ولتاژ بیس – امیتر تراترسیتور Ql توسط بخشی از ولتاژ دو سر مقاومت R کترل می شود مقدار مقاومت R بسیار کوچک و معمولاْ حدود یک دهم انتخاب می شود به ازای جریان Io , max تراتوسیتور Ql هدایت نموده جریان بیس تراتوسیتور های کنترل و نهایتاْ جریان خروجی را کاهش می دهد .

همان طور که از مشخصه هم پیداست از این پس جریان خروجی تابع ولتاژ خروجی شده و با کاهش مقاومت بار مقدار آن نیز کم می شود .

در این مدار داریم .

در نوشتن روابط فوق فرض شده است که جریان مقاومت بسیار کوچکتر از جریان خروجی بوده و جریان بیس Ql نیز در مقایسه با جریان مقاومت قابل صرفنظر باشد .

در وضعیت Io= Io , max داریم .

بنابراین کاهش Vo را در اثر کاهش Rl پس از شروع هدایت تراترسیتور Ql کم شدن جریان Io را به دنبال خواهد داشت به طوری که در حالت اتصال کوتاه خروجی ( Vo = o ) جریان اتصال کوتاه از Io , max کمتر دیوایو ، خواهد شد .

در این وضعیت به دلیل فیدبک منفی ، تقویت کننده عملیاتی سعی خواهد کرد ولتاژ خروجی را از طریق تأمین جریان بیش از حد بالا ببرد که این عمل منجر به سوختن آن خواهد شد .

رگولاسیون ولتاژ با استفاده از ترانزیستور دو نوع رگولاتور تزانزیستوری وجود دارند : رگولاتور سری و رگولاتور موازی .

هر دو نوع یاد شده می توانند یک ولتاژdc خروجی ثابت بدست دهند حتی اگر ولتاژ ورودی و یا بار متصل به خروجی تغییر کند .

تنظیم کننده ( رگولاتور ) ولتاژ سری : عنصر کنترل کننده که به طور سری قرار گرفته ولتاژ ورودی را کنترل می‌کند.

ولتاژ خروجی نمونه برداری می شود تا بوسیله یک مدار برگشت دهنده ( فیدبک ) برای مقایسه به ورودی برگردانده شود و با ولتاژ مرجع مقایسه گردد .

1 – چنانچه ولتاژ خروجی افزایش یابد ، مدار مقایسه گر یک سیگنال کنترل تهیه می کند تا عنصر کنترل سری مقدار ولتاژ خروجی را کاهش دهد ، و در نتیجه آن ولتاژ خروجی ثابت بماند .

2 – چنانچه ولتاژ خروجی کاهش یابد ، مدار مقایسه گر یک سیگنال کنترل تهیه می کند تا عنصر کنترل سری مقدار ولتاژ خروجی را افزایش دهد .

مدار رگولاتور سری ترانزیستور Q1 عنصر کنترل سری و دیود زنر Dz تهیه کننده ولتاژ مرجع هستند .

1 – چنانچه ولتاژ خروجی کاهش یابد ، افزایش ولتاژ بیس- امیتر موجب هدایت بیشتر Q1 می شود .

در نتیجه ولتاژ خروجی افزایش می باید و ولتاژ خروجی ثابت می ماند .

2 – چنانچه ولتاژ خروجی افزایش یابد ، کاهش ولتاژ بیس – امیتر سبب کاهش هدایت Q1 می شود و در نتیجه ولتاژ خروجی کاهش می یابد و ولتاژ خروجی ثابت می ماند .

رگولاتور سری کاملتر مقاومتهای R1 و R2 به عنوان یک مدار نمونه گیر کار می کنند .

دیود زنر Dz تعیین کننده ولتاژ مرجع است ، و ترانزیستور Q2 جریان بیس ترانزیستور Q1 را کنترل می کند تا جریانی که از ترانزیستور Q1 می گذرد تغییر کند و ولتاژ خروجی ثابت بماند .

چنانچه ولتاژ خروجی رو به افزایش باشد ، افزایش ولتاژ توسط R1 و R2 نمونه گیری می شود ، افزایش ولتاژ V2 سبب بالا رفتن ولتاژ بیس – امیتر ترانزیستور می گردد در حالیکه ثابت می ماند .

اگر جریان بیشتری هدایت کند کاهش ولتاژ بیس موجب عبور جریان کمتر از بار می شود و ولتاژ خروجی کاهش می یابد .

به این ترتیب ولتاژ خروجی ثابت می ماند .

برعکس ، چنانچه ولتاژ خروجی کاهش یابد ، کاهش جریانی که به بیس می رسد از کاهش ولتاژ جلوگیری می نماید .

ولتاژ V2 که بوسیله R1 و R2 احساس می گردد بایستی برابر با مجموع ولتاژ بیس امیتر Q2 و دیود زنر باشد یعنی از حل معادله قبل برای ولتاژ تثبیت شده خروجی ، V0 .

تنظیم کننده ( رگولاسیون ) ولتاژ موازی رگولاتور ولتاژ موازی با استفاده از یک جریان موازی جریان بار ولتاژ تثبیت شده ای در خروجی بدست می دهد .

ولتاژ تثبیت نشده ورودی جریان بار را ایجاد می کند .

مقداری از جریان بوسیله عنصر کنترل کننده کشیده می شود تا ولتاژ خروجی دو سر بار ثابت نگهداشته شود .

چنانچه ولتاژ بار به علت تغییر مقاومت بار تغییر کند ، مدار نمونه گیر متناسب با آن یک سیگنال فیدبک برای مقایسه کننده تهیه می کند .

سپس مقایسه کننده یک سیگنال کنترل بدست می دهد که مقدار جریان موازی بار را تغییر می دهد ، بطور مثال ، اگر ولتاژ خروجی بیشتر شود ، مدار نمونه گیر یک سیگنال فیدبک به مدار مقایسه کننده می فرستد که به دنبال آن یک سیگنال کنترل عنصر کنترل کننده را وا می دارد تا جریان موازی بیشتری کشیده شود و جریان بار کمتری در خروجی بدست آید .

در نتیجه این عمل ولتاژ خروجی کاهش می یابد .

اساس رگولاتور موازی ترانزیستوری