วงจรแหล่งจ่ายไฟแบบเชิงเส้น

 แหล่งจ่ายไฟแบบเชิงเส นแบบคงที่ด้านบวก 

          แหล่งจ่ายไฟแบบเชิงเสนนั้นเป็นแหล่งจ่ายที่เก่าแก่มาก ตั้งแต่ยุคแรกของวงจรอิเล็กทรอนิกส์จน มาถึงปัจจุบัน ซึ่งแหล่งจ่ายไฟแบบเชิงเส้นนั้นมีข้อดีคือ มีความทนทานสูง ราคาถูก และสามารถจ่าย กระแส และแรงดันได้สูง ไอซีรักษาระดับแรงดัน (IC Voltage regulators) คือไอซีที่ทําหนาที่รักษา ระดับแรงดันเอาต์พุตใหมีค่าคงที่ เมื่อไอซีมีแรงดันอินพุตเขามามากกว่าแรงดันเอาต์พุตที่ต้องการจ่าย ออกไป ตัวอย่างไอซีรักษาระดับแรงดัน เช่น IC 78xx IC 79xx และ ไอซีเบอร์อื่น ๆ ไอซีตระกูล 78xx คือไอซีที่ทําหนาที่รักษาระดับแรงดันไฟบวกให้คงที่ ซึ่งไอซีตระกูล 78xx จะมี 3 ขา ประกอบด้วย ขาอินพุต ขาเอาต์พุต และขากราวด์ รูปที่ 10.1 แสดงวงจรรักษาระดับแรงดัน เชิงเส้นไฟบวกที่ใชไอซี 78xx 2 ตัวเลขท้ายของไอซี 78xx จะบอกถึงคาแรงดันเอาต์พุต ตัวอยางเช้น 7805 แรงดันเอาต์พุตมีค่าเทากับ +5 V แรงดันเอาต์พุตของไอซีรักษาระดับแรงดันมีความผิดพลาด  ± 4% ของแรงดันเอาต์พุตปกติ เช่น ไอซี 7805 จะมีแรงดันเอาต์พุตตั้งแต่ 4.8 V ถึง 5.2 V แต่ยังคง รักษาระดับแรงดันให้อยู่ในย่านนั้นได้ ตารางในรูปที่ 10.1 แสดงไอซีเบอร์ต่าง ๆ และค่าแรงดันเอาต์พุต ของไอซี รูปที่ 10.1 แสดงลักษณะของไอซี ซึ่งขาที่ 1 คือขาอินพุต ขาที่ 2 คือขากราวด์และขาที่ 3 คือ ขาเอาต์พุต รูปที่ 10.1 แสดงวงจรรักษาระดับแรงดันประกอบดวยไอซีรักษาระดับแรงดันไฟบวกคงที่แบบ 3 ขา เบอร์ 78xx และตัวเก็บประจุ ซึ่งตัวเก็บประจุภาคอินพุตและเอาต์พุตมีความจําเป็นอยางมาก เนื่องจากตัวเก็บประจุทําหน้าที่กรองสัญญาณเอซีแบบเต็มคลื่นหรือครึ่งคลื่นให็เป็นแรงดันดีซี และกรอง สัญญาณรบกวนที่ไมต้องการ 

รูปที่ 10.1 ไอซีรักษาระดับแรงดันไฟบวกคงที่แบบ 3 ขา เบอร์ 78xx (Thomas L. Floyd)

          ไอซีตระกูล 78xx สามารถจายกระแสได้ 1 A ซึ่งการใช้งานไอซีต้องติดตั้งแผ่นระบายความร้อน เพื่อให้

วงจรสามารถรักษาระดับแรงดันได้ แรงดันอินพุตจะต้องมากกว่าแรงดันเอาต์พุตประมาณ 2.5 V วงจรภายในไอซีจะต้องมีการป้องกันเมื่ออุณหภูมิสูงเกิน และจํากัดกระแสลัดวงจร การที่อุณหภูมิสูงมาก ขึ้นได้ก็ตอเมื่อกําลังสูญเสียภายในมีมากขึ้นเกินกว่าที่ออกแบบไว้ และอุณหภูมิของอุปกรณ์เกินกว่าค่าที่ ออกแบบไว้ การประยุกต์ใช้งานไอซีรักษาระดับแรงดันส่วนมากแล้วจะต้องติดแผนระบายความร้อนเพื่อ ป้องกันไม่ให้อุณหภูมิเกิน 

 แหล่งจ่ายไฟแบบเชิงเส้นแบบคงที่ด้านลบ (Thomas L. Floyd) 

           ไอซีตระกูล 79xx คือไอซีรักษาระดับแรงดันแบบ 3 ขา ซึ่งทําหนาที่รักษาระดับแรงดันเอาต์พุต ไฟลบคงที่ ไอซีตระกูลนี้จะกลับดานกับไอซีตระกูล 78xx และลักษณะการวางขาของอุปกรณ์จะแตกต่าง จากไอซีรักษาระดับแรงดันไฟบวก รูปที่ 10.2 แสดงคุณลักษณะมาตรฐานและหมายเลขอุปกรณ์ที่ สัมพันธ์กับแรงดันเอาต์พุตแต่ละค่า

รูปที่ 10.2 ไอซีรักษาระดับแรงดันไฟลบคงที่แบบ 3 ขา เบอร- 79xx (Thomas L. Floyd) 

ตัวอย่างที่ 10.1 ถ้าต้องการให้แห่ลงจ่ายไฟเลี้ยงมีแรงดันเอาต์พุตเท่ากับ -15 V ต้องใช้ไอซีเบอร์อะไร     ตอบ ใชไอซีเบอร- 7915

ตัวอย่างที่ 10.2 รูปที่ 10.3 แสดงวงจรแหล่งจ่ายไฟเลี้ยง แรงดันเอาต์พุตเท่ากับเท่าไร
ตอบ แรงดัน VOUT1 = 12 V และ แรงดัน VOUT2 = -9 V

ตัวอย่างที่ 10.3 รูปที่ 10.4 แสดงวงจรแหล่งจ่ายไฟเลี้ยง แรงดัน V1 และ V2 มีเท่ากับกี่ Vp และ วงจร ต้องใช้ไอซีเบอร์อะไร

วิธีทํา แรงดัน V1 และ V2 มีค่าเท่ากับ

                                             Vp1 = Vp2 = 1.414 x V1,2              (10.1) 

                                                                              = 1.414 x 12 Vrms                    (10.2)

                                                                              = 16.968 Vp

รูปที่ 10.3 วงจรแหล่งจ่ายไฟเลี้ยงบวก และลบ 

รูปที่ 10.4 วงจรแหล่งจ่ายไฟเลี้ยงบวก และลบ 

แหล่งจ่ายไฟบวกเชิงเส้นแบบปรับค่าได้  (Thomas L. Floyd) 

          ไอซี LM317 คือไอซีรักษาระดับแรงดันไฟบวกที่สามารถปรับแรงดันเอาต์พุตได้ ไอซี LM317 มี  3 ขา ประกอบด้วย ขาอินพุต ขาเอาต์พุต และขาปรับแรงดัน รูปที่ 10.5 แสดงวงจรรักษาระดับ แรงดันไฟบวกที่สามารถปรับแรงดันเอาต์พุตได้ ประกอบด้วย ไอซี LM317 ตัวเก็บประจุอินพุต เอาต์พุต และต่อระหว่างขาปรับแรงดันกับกราวด์ และตัวต้านทานมีค่าคงที่ต่ออนุกรมกับตัวต้านทานแบบปรับค่า ไดซึ่งทําหน้าที่ปรับแรงดันเอาต์พุตของวงจร ซึ่งไอซี LM317 จะมีขาปรับแรงดันซึ่งไม่ได้ต่อลงกราวด์  ขาปรับแรงดันจะถูกต่อกับตัวตานทานแบบปรับค่าได้ R2 เอาต์พุตของวงจรสามารถถูกปรับให้มีค่า แรงดัน 1.2 V ถึง 37 V ซึ่งขึ้นอยูกับตัวต้านทานปรับค่าได้ ไอซี LM317 สามารถจายกระแสใหกับโหลด ได้สูงสุดเท่ากับ 1.5 A 

รูปที่ 10.5 วงจรแหล่งจ่ายไฟที่สามารถปรับแรงดันไฟบวกได้ด้วยไอซีเบอร์ LM317 (Thomas L. Floyd)

          การทํางานของวงจรแหล่งจ่ายไฟที่สามารถปรับแรงดันได้ด้วยไอซีเบอร์ LM317 อธิบายได้ดังนี้ แรงดันที่ตกคร่อม R1 คือแรงดันอ้างอิง VREF มีค่าเท่ากับ 1.25 V ซึ่งเป็นแรงดันผลต่างคงที่ระหว่าง แรงดันเอาต์พุตกับแรงดันที่ขาปรับค่า กระแส IREF ไหลผ่าน R1 และ R2 ซึ่งมีค่าเท่ากับ

          กระแส IADJ ที่ไหลไอซี LM317 มีค่าประมาณ 50 µA ซึ่งไหลผ่าน R2 สมการความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันเอาต์พุตกับคาความต้านทาน R1 และ R2 สามารถเขียนไดดังนี้ 

          เนื่องจากแรงดันเอาต์พุตเป็นฟังก์ชั่นกับ R1 และ R2 ดังนั้น เราสามารถกําหนดค่า R1 ให้คงที่ และปรับค้า R2  

ตัวอย่างที่ 10.4  ทําการหาคาแรงดันเอาต์พุตสูงสุด และต่ํ่าสุดของวงจรในรูปที่ 10.6 กําหนดให้           IADJ =  50 µA  

 รูปที่ 10.6 วงจรแหล่งจ่ายไฟที่สามารถปรับแรงดันไฟบวกได้ดวยไอซีเบอร์ LM317 (Thomas L. Floyd)

วิธีทํา แรงดันอ้างอิง VREF เท่ากับ  

       

10.4 แหล่งจ่ายไฟลบเชิงเส้นแบบปรับค่าได้  

          ไอซี LM337 คือไอซีรักษาระดับแรงดันไฟลบที่สามารถปรับแรงดันเอาต์พุตได้ ซึ่งสามารถ นําไปใช้รวมกับไอซี LM317 และหลักการทํางานของวงจรเหมือนกับไอซี LM317 รูปที่ 10.7 แสดงวงจร รักษาระดับแรงดันไฟลบที่สามารถปรับแรงดันเอาต์พุตได้ ประกอบด้วย ไอซี LM337 ตัวเก็บประจุ อินพุต เอาต์พุต และตอระหวางขาปรับแรงดันกับกราวด์ และตัวต้านทานมีค่าคงที่ต่ออนุกรมกับตัว ต้านทานแบบปรับค่าไดซึ่งทําหนาที่ปรับแรงดันเอาต์พุตของวงจร ซึ่งไอซี LM317 จะมีขาปรับแรงดันซึ่ง ไม่ได้ต่อลงกราวด์ ขาปรับแรงดันจะถูกต่อกับตัวต้านทานแบบปรับค่าได้ R2 แรงดันเอาต์พุตของวงจร สามารถถูกปรับให้มีค่าแรงดัน -1.2 V ถึง -37 V ซึ่งขึ้นอยู่กับตัวต้านทานปรับค่าได้ ตัวเก็บประจุที่ต่อ เพิ่มเข้าไปจะไม่มีผลต่อการทํางานของไอซี

รูปที่ 10.7 วงจรแหล่งจ่ายไฟที่สามารถปรับแรงดันไฟลบได้ด้วยไอซีเบอร์ LM337 (Thomas L. Floyd) 

10.5 การเพิ่มกระแสเอาต์พุตด้วยการต่อทรานซิสเตอร์ภายนอก 

          เนื่องจากไอซีรักษาระดับแรงดันมีข้อจํากัดเรื่องความสามารถในการจ่ายกระแสให้กับโหลด เช่น ไอซีรักษาระดับแรงดัน 78xx ที่สามารถจ่ายกระแสได้สูงสุดเท่ากับ 1.3 A ถ้าโหลดต้องการกระแสที่มาก ขึ้น ไอซีจะเกิดความร้อนเนื่องจากจ่ายกระแสเกิน และไอซีจะหยุดทํางาน  จากปัญหาดังกล่าว การนําวงจรแหล่งจ่ายไฟเลี้ยงด้วยไอซีรักษาระดับแรงดันตระกูล 78xx ต่อ ประยุกต์ใช้งานให้มีกระแสเอาต์พุตไหลมากกว่าที่ไอซี 78xx จะจ่ายให้กับโหลดได้ สามารถทําได้ด้วย วิธีการต่อทรานซิสเตอร์ภายนอกเพื่อเพิ่มกระแสเอาต์พุตที่ต้องการจะจ่ายให้กับโหลด รูปที่ 10.8 แสดง ไอซีรักษาระดับแรงดันคงที่เบอร์ 78xx ซึ่งต่อทรานซิสเตอร์ภายนอกเพื่อเพิ่มกําลังสูญเสียให้กับวงจร

รูปที่ 10.8 ไอซีรักษาระดับแรงดันคงที่เบอร์ 78xx ซึ่งต่อทรานซิสเตอร์ภายนอกเพื่อเพิ่มกําลังสูญเสีย ให้กับวงจร (Thomas L. Floyd) 

          รูปที่ 10.9 แสดงลักษณะการทํางานของวงจรแหล่งจ่ายไฟเลี้ยงที่ใชไอซีรักษาระดับแรงดันคงที่ เบอร์ 78xx ซึ่งต่อทรานซิสเตอร์ภายนอกเพื่อเพิ่มกําลังสูญเสียใหกับวงจรแหล่งจ่ายไฟเลี้ยง รูปที่  10.9 (ก) แสดงลักษณะการทํางานของวงจรขณะทรานซิสเตอร์ Qext ไม่ทํางาน กระแสภายนอกจะไหล ซึ่งไหลผ่านทรานซิสเตอร์ Qext ก็ด้วยการตรวจจับด้วยกระแสที่ไหลผ่านตัวต้านทาน Rext กล่าวคือ เมื่อมี กระแสที่ไหลผ่าน Rext จะเกิดแรงดันตกคร่อมระหว่างขาเบสกับอีมิเตอร์หรือแรงดัน VBE ส่งผลให้ ทรานซิสเตอร์ Qext เริ่มนํากระแส ถ้ากระแสที่ไหลผ่าน Rext มีค่าน้อย กล่าวคือ เมื่อกระแสที่ไหลผ่าน Rext มีค่าน้อย ส่งผลใหแรงดัน VBE มีค่าน้อยกว่า 0.7 V ทําให้ทรานซิสเตอร์ Qext จะไม่ทํางาน และวงจร รักษาระดับแรงดันทํางานตามปกติ ถ้ากําหนดให้ Imax คือกระแสที่ไหลผ่านไอซี 78xx สูงสุด ค่าความ ต้านทาน Rext มีค่าเท่ากับ  

          รูปที่ 10.9 (ข) แสดงลักษณะการทํางานของวงจรขณะทรานซิสเตอร์ Qext ทํางาน เมื่อกระแสที่ ไหลทําใหเกิดแรงดันอย่างน้อย 0.7 V ตกคร่อม Rext ส่งผลให้ทรานซิสเตอร์ Qext ทํางานและกระแส จํานวนมาก Imax ไหลผ่านทรานซิสเตอร์ ทรานซิสเตอร์จะนํากระแสมากหรือน้อยขึ้นอยูกับความต้องการ กระแสของโหลด เช่น ถ้าโหลดต้องการกระแส 3 A และ Imax ถูกออกแบบให้มีค่าเท่ากับ 1 A กระแส จะไหลผ่านทรานซิสเตอร์ภายนอกเท่ากับ 2 A ซึ่งมีค่ามากกว่ากระแสที่ไอซี 78xx สามารถจ่ายได้

รูปที่ 10.9 ลักษณะการไหลของกระแส (ก) กระแสอินพุตไหลเข้า และ (ข) กระแสอินพุตไหลออก (Thomas L. Floyd) 

ตัวอยางที่ 10.5 ถ้ากระแสสูงสุดที่ไหลผ่านไอซีรักษาระดับแรงดันเท่ากับ 700 mA ค่าความต้านทาน Rext มีค่าเท่าไร 

วิธีทํา  

          ทรานซิสเตอร์กําลังจําเป็นต้องติดฮีตซิงก์เพื่อระบายความร้อน ค่ากําลังสูงสุดที่เกิดขึ้นที่ตัว ทรานซิสเตอร์มีค่าเท่ากับ 

ตัวอย่างที่ 10.6 จากวงจรในรูปที่ 10.9 อัตรากําลังสูงสุดของทรานซิสเตอร์ที่ต่อกับไอซีรักษาระดับ แรงดัน 7824 มีค่าเท่ากับเท่าไร กําหนดใหแรงดันอินพุตเท่ากับ 30 V ค่าความต้านทานโหลดเท่ากับ  10 Ω กระแสที่ไหลผ่านทรานซิสเตอร์สูงสุดเท่ากับ 700 mA  

วิธีทํา กระแสที่ไหลผ่านโหลดเท่ากับ 

ที่มา

http://pws.npru.ac.th/thawatchait/data/files/%E0%B8%9A%E0%B8%97%E0%B8%97%E0%B8%B5%E0%B9%88%2010%20%E0%B8%81%E0%B8%B2%E0%B8%A3%E0%B8%97%E0%B8%94%E0%B8%A5%E0%B8%AD%E0%B8%87%E0%B8%A7%E0%B8%87%E0%B8%88%E0%B8%A3%E0%B9%81%E0%B8%AB%E0%B8%A5%E0%B9%88%E0%B8%87%E0%B8%88%E0%B9%88%E0%B8%B2%E0%B8%A2%E0%B9%84%E0%B8%9F%E0%B9%81%E0%B8%9A%E0%B8%9A%E0%B9%80%E0%B8%8A%E0%B8%B4%E0%B8%87%E0%B9%80%E0%B8%AA%E0%B9%89%E0%B8%99%202.pdf