تعریف رگولاتور شنت ساده

تعریف رگولاتور شنت ساده:
همان طور که بیان کردیم، در رگولاتور ولتاژ سری المان کنترلی از یک ترانزیستور تشکیل می شود.

یک شماتیک ساده و اجزای اساسی از رگولاتور خطی شنت یا موازی (Shunt Linear Regulator) نشان داده شده است.

شماتیک رگولاتور خطی شنت یا موازی

اجزای اساسی رگولاتور خطی شنت یا موازی

در تصویر زیر مدار ساده رگولاتور شنت با استفاده از اپ امپ دیده می شود.

بر اساس شکل بالا، در رگولاتور شنت ساده، المان کنترلی یک ترانزیستور (Q1) است که به صورت موازی با بار قرار گرفته است. یک مقاومت سریR1 نیز در مدار وجود دارد که با بار سری است.

عملکرد مدار بسیار شبیه به عملکرد مدار رگولاتور سری است و تفاوت آن ها در این است که در رگولاتور شنت جریان از طریق ترانزیستور موازیQ1 کنترل می شود.

زمانی که ولتاژ خروجی به دلیل تغییر در ولتاژ ورودی و یا جریان بار، در آستانه کاهش قرار می گیرد، مقاومت هایR3و R4 این تغییر را اندازه می گیرند و به ورودی های غیر معکوس کننده اپ امپ اعمال می کنند.

اختلاف به وجود آمده در ولتاژ، خروجیVB اپ امپ را کاهش می دهد و در نتیجه مقدار کمتری بهترانزیستور Q1 وارد شده و جریان کلکتور آن کاهش می یابد و مقاومت داخلی کلکتور به امیتر آن یعنی r′CE افزایش می یابد.

چون مقاومتr′CE با مقاومتR1 مانند یک مقسم ولتاژ عمل می کند، در نتیجه از کاهش ولتاژ خروجیVOUT جلوگیری می کند و آن را در یک سطح ثابت نگه می دارد.

عکس این عملیات زمانی اتفاق می افتد که ولتاژ خروجی در آستانه افزایش باشد. نمایی از عملکرد مدار رگولاتور ولتاژ شنت در مود افزایش و کاهش ولتاژ ورودی و مقاومت بار در تصویر زیر نشان داده شده است.

عملکرد مدار رگولاتور ولتاژ شنت در مود کاهش ولتاژ ورودی و مقاومت بار

عملکرد مدار رگولاتور ولتاژ شنت در مود افزایش ولتاژ ورودی و مقاومت بار
زمانی که جریان بار و ولتاژ خروجی ثابت باشند، تغییر در ولتاژ ورودی باعث تغییر در جریان شنت (IS) می شود. مقدار این تغییر بر اساس رابطه زیر به دست می آید:

اگر مقدار ولتاژ ورودی و ولتاژ خروجی در این مدار ثابت باشد، آن گاه تغییر در جریان بار با عث ایجاد تغییری مخالف در جریان شنت می شود. مقدار این تغییر به صورت زیر محاسبه می شود:

مفهوم فرمول بالا به این صورت است که اگر جریان بار افزایش یابد، مقدار جریان شنت کاهش می یابد و اگر جریان بار کاهش یابد، جریان شنت افزایش می یابد.

مدار رگولاتور شنت نسبت به مدار رگولاتور سری دارای راندمان کمتری است، اما مزیتی که رگولاتور شنت دارد در این است که به صورت خودکار می تواند در برابر اتصال کوتاه از مدار محافظت کند.

اگر خروجی اتصال کوتاه شود (VOUT=0)، آن گاه جریان بار توسط مقاومت سریR1به بیشینه خود (IS=0) محدود می شود.

مثال:
در مدار شکل زیر، اگر بیشینه ولتاژ ورودی برابر با 12٫5 ولت باشد، مقاومتR1 چه مقدار توان باید داشته باشد.

راه حل:

بیشترین مقدار اتلاف توان در مقاومتR1 زمانی به وجود می آید که خروجی اتصال کوتاه شود وVOUT برابر با صفر شود. زمانی کهVIN برابر با 12٫5 ولت باشد، مقدار افت ولتاژ در طول مقاومتR1 برابر است با:

VIN-VOUT=12.5V

اتلاف توان در مقاومتR1 به صورت زیر به دست می آید:

بنابراین یک مقاومت با حداقل توان 10 وات باید مورد استفاده قرار گیرد.