منظمات الفولتية

2014-05-11

تمهيد

في المرات الماضية شرحنا طريقة عمل أردوينو على لوح التجارب ولم نوضح طريقة تزويده بالطاقة (كنا نزوده من الطاقة في أردوينو أو USB). في هذه المقالة سنوضح كيف نزود لوحاتنا بالطاقة.

المحول (داخل الشاحن مثلا) الذي يحول من 220 فولت إلى 5 فولت مثلا ومن تيار متناوب إلى تيار مستمر عليه أيضا أن ينظم الفولتية فالمحولات تحول الفولتية بنسبة عدد لفات الأسلاك داخله (مثلا 1 إلى 44 لفة في حالتنا) فإن تغير الفولتية الداخلة تتغير معها الفولتية الناتجة ومن المعروف أن الفولتية في المنازل عندنا تتراوح بين 200 إلى 250 فولت وليست ثابت على 220 فكيف تعمل؟ بل وكيف تعمل بعض الأجهزة سواء ربطناها على 220 فولت أو 110 فولت؟

تزودنا البطاريات بتيار مستمر ذي فولتية ثابتة (حتى عندما تكاد تفرغ البطارية) ولا نحتاج لتنظيمه عندما يكون ضمن الحد المطلوب مثلا المتحكم الدقيق Atmega328p يعمل بين 1.8 فولت إلى 5.5 فولت مما يعني أنه يمكنك وصله مع بطارية ساعة (على شكل قرص) 3 فولت أو بطاريتين AA. لكن إن كان عندك مكون ما (رقاقاة أو محرك أو مرحل relay) يحتاج 5 فولت على الأقل وآخر (حساس مثلا) يحتاج 3.3 فماذا تفعل؟ يمكنك أن تحضر 3 بطاريات AA على التوالي تصل دارات 3 فولت على طرفي أول ثنتين وتحصل على 4.5 فولت من طرفي المجموعة ككل. لكن ماذا لو كنت تريد 5 بالضبط؟ ماذا لو كانت بطاريتك بطارية واحدة 9 أو 12 فولت؟

المحول (داخل الشاحن مثلا) الذي يحول من 220 فولت إلى 5 فولت مثلا ومن تيار متناوب إلى تيار مستمر عليه أيضا أن ينظم الفولتية فالمحولات تحول الفولتية بنسبة عدد لفات الأسلاك داخله (مثلا 1 إلى 44 لفة في حالتنا) فإن تغير الفولتية الداخلة تتغير معها الفولتية الناتجة ومن المعروف أن الفولتية في المنازل عندنا تتراوح بين 200 إلى 250 فولت وليست ثابت على 220 فكيف تعمل؟ بل وكيف تعمل بعض الأجهزة سواء ربطناها على 220 فولت أو 110 فولت؟

تزودنا البطاريات بتيار مستمر ذي فولتية ثابتة (حتى عندما تكاد تفرغ البطارية) ولا نحتاج لتنظيمه عندما يكون ضمن الحد المطلوب مثلا المتحكم الدقيق Atmega328p يعمل بين 1.8 فولت إلى 5.5 فولت مما يعني أنه يمكنك وصله مع بطارية ساعة (على شكل قرص) 3 فولت أو بطاريتين AA. لكن إن كان عندك مكون ما (رقاقاة أو محرك أو مرحل relay) يحتاج 5 فولت على الأقل وآخر (حساس مثلا) يحتاج 3.3 فماذا تفعل؟ يمكنك أن تحضر 3 بطاريات AA على التوالي تصل دارات 3 فولت على طرفي أول ثنتين وتحصل على 4.5 فولت من طرفي المجموعة ككل. لكن ماذا لو كنت تريد 5 بالضبط؟

لا نستطيع استخدام مقاومات فصل الفولتية لأننا لا نتعامل مع حمل ثابت. منظم الفولتية يعمل على قطع التيار إن كانت الفولتية دون المقدار المطلوب أما إن كانت أعلى من الحد المطلوب فإنه يعمل على استهلاك الفائض منها وتبديده على شكل حرارة . غالبا تتطلب منظمات الفولتية تزويدها بحد أدنى من الفائض يسمى هذا الفارق الضائع في الفولتية الفاقد drop out. كذلك ولكل منظم فولتية حد من شدة التيار الذي يمكنها تحمله.

وحدات تزويد الطاقة

هناك وحدات (لوحات صغيرة) جاهزة مصممة خصيصا لألواح التجارب حيث أرجلها تناسب فتحات الموجب والسالب في طرفي لوح التجارب. يمكن وصله بالحاسوب أو مع شاحن USB لجوال أو ما شابه. ويمكن أيضا وصلح ببطارية فوق 7 فولت.

وحدة لتنظيم الطاقة

وحدة الطاقة موصولة على لوح التجارب

.تحتوي هذه الوحدات على منظمات فولتية تماما كما يحتوي أردوينو على منظم فولتية.

مكونات لتنظيم الطاقة

أردوينو لوح مفتوح المصدر يمكنك العودة إلى مخطط تصميم لوح أونو أو ملفات التصميم EAGLE files

وستجد أن منظم الفولتية الرئيسية ذي 5.0 فولت هو NCP1117 (تحديدا NCP1117ST50T3G وتقول وثيقته بأنه الفاقد فيه لا يزيد عن 1.2) ويحتوي أيضا على آخر ذي 3 فولت هو lp2985. ولأنه يحتوي أكثر من مصدر (USB أو Vin أو المدخل الدائري المخصص) فهو يحتاج إلى انتقاء المصدر المناسب تلقائيا وذلك من خلال ترانزيستور FDN340P و مضخم تشغيلي op-amp من نوع LMV358. حتى يعمل أردوينو بطاقة من مصدر خارجي عليك تزويده بفولتية بين 7 - 12 فولت.

أغلب لوحات أردوينو المصنعة محليا والعديد من المشاريع تستخدم منظم فولتية من عائلة LM فهي تحتوي على سلسلة مشهورة من منظمات الفولتية اسمها 7800 أو 78xx (حيث xx هي الفولتية) أو 7900، مثلا L7805 (التي تعطي 5.0 فولت) وتكتب أيضا LM7805 و MC7805 أو LM78M05 (الذي يتحمل 0.5 أمبير) تتميز هذه السلسلة بأنها محمية وتتحمل الكثير ولا تحتاج مكونات أخرى كي تعمل (المكثفات اختيارية) لكن يجب أن تغذيها ب 2.5 فولت أعلى من الفولتية المطلوبة (الفقد عالي ويتسبب في استهلاك سريع للبطارية).

تصريف الحرارة بوصل مصرف الحرارة ببرغي في جسم معدني

وهناك أيضا منظمات فولتية عامة يمكن ضبط الفولتية الناتجة منها من خلال تعديل النسبة بين المقاومات كما في LM317

أما التطبيقات التي تحتاج تيار قليل (حتى 250 ميلي-أمبير) والتي تتطلب فاقد قليل أي لا تريدها أن تستهلك الكثير من الطاقة (حفاظا على البطارية) هناك L4931 و mcp1702 حيث تتوفر منهما 5.0 و 3.3 فولت إلى جانب قياسات أخرى كثيرة لكنها تحتاج عدد من المكونات الخارجية (مواسعين إلزاميين وليسا مجرد تثبيت أو مصفاة)

أردوينو على لوح التجارب مستخدما mcp1702 لتنظيم الفولتية

عند استعمال مكونات تولد حرارة مثل منظمات الفولتية قد تفضل وصل مصرف الحرارة (قطعة معدنية بها مكان لبرغي) بجسم معدني لتصريف أكبر قد من الحرارة.

تنظيم الفولتية عبر ثنائي زنر

لابد أنك تعرف الثنائية diode التي تمرر التيار باتجاه واحد. هناك نوع خاص منها يسمى ثنائي زنر zener diode لكل نوع منها فولتية محددة مثلا 3.3 فولت أو 3.6 أو 5.0 وتكتب بحرف V مكان الفاصلة العشرية (هكذا zener diode 3v3). يمكن استعماله كمنظم فولتية للأحمال الصغيرة حيث أنه يمنع مرور التيار باتجاه عكسي (يسمى الانحياز العكسي) طلما كان تحت حد معين من الفولتية لكن إن زادت الفولتية عن ذلك الحد فإنه يسمح لكل التيار بالمرور ويثبت الفولتية بين طرفيه. لعمل منظم فولتية يمكن وصله (بانحياز عكسي) بالتسلسل (على التوالي) مع مقاومة صغير تستهلك الفائض من الفولتية وويوصل الحمل مع ثنائي زنر على التوازي لأنه يثبت الفولتية بين طرفيه. تمتاز هذه الطريقة بأنخفاظ الفولتية المفقودة (يمكن إخراج 3.3 فولت من 3.4 فولت). يمكن توصيل أكثر من زنر على التوالي للحصول على سلم من الفولتية مثلا ثلاث ثنائيات 1.2 تعمل سلم الفرق بين فولتية أبعد نقطتين فيه هو 3.6 فولت. في الصورة أدناه منظم فولتية يستعمل ثنائي 3.3 و 2.7 لنحصل على 3.3 و 5 (بين أقصى طرفين).

منظم فولتية 5 و 3.3 فولت بواسطة ثنائي زنر

  • الفولتية المدخلة الموجبة على اللون الكموني
  • الأسود أرضية مشتركة
  • بين الأسود والأبيض زنر 3.3 وهي الفولتية الأولى
  • بين الأسود والأحمر 5 فولت (مجموع 3.3 + 2.7)
  • المقاومات موصولة معا على التوازي للحصول على مقاومة مكافئة أصغر كي نتمكن من توصيل تيار أكبر.
2


AABBOD
AABBODمنذ سنتين

لدي مشكلة في منظم من 12 فولت الى 5 فولت المنظم يسخن بشكل ملاحظ جداً وقد ركبته الى موزع حراري او كما يسمى مبرِد لكن لا يوجد تحسن

0

Rosulle
Rosulle منذ 10 شهور

ما هو الفرق بين منظم توازي ومنظم التوالي

0

murtaza
murtazaمنذ 7 شهور

السلام عليكم ممكن شرح بسيط مع رسم الدائرة عن منظمات الجهد التوالي والتوازي

0

Test User