Voltaj regülasyonlu , Tek transistörlü sabit akım sürücü devresi

[divider]

Daha önceki devre zaten güzel çalışıyordu. Fakat ciddi bir dezavantajı vardır: Kaynak gerilimindeki ufak değişimler, led akımını ciddi olarak değiştiriyordu. Bunun sebebi ise beyz geriliminin kaynak gerilimini takip etmesiydi.

Ufak bir değişimle daha stabil bir sürücü devresi yapılabilir. En basit ve en mantıklı yol beyz gerilimini sabitlemek için bir zener diyot kullanmak. Devre aşağıdaki gibi:

 

Burada değişen tek şey tetikleme yöntemi. Çalışması şu şekilde: Zener diyot, transistörün beyzinde güç kaynağına bağlı olmaksızın sabit bir gerilim meydana getiriyor.  Tabii ki kaynak gerilimi zener geriliminden daha fazla olmalıdır. (+ RB üzerindeki gerilim düşümü) Sonuç olarak emiter gerilimi de sabit kalacak. Böylece emiter akımı RE değişmediği sürece sabit kalacaktır.

Emiter gerilimi aşağıdaki gibi hesaplanabilir:

V_E = V_Z – V_BE

V_BE genellikle silikon transistör için 0.7 ve germanyum transistörler için ise  0.3 olarak alınır.  Emiter akımı (dolayısıyla kollektör akımı) RE tarafından belirlenir. Ohm kanunu kullanarak RE;

R_E = V_E / I_E

En kötü senaryoda (en düşük hfe ve en yüksek kollektör akımı ) beyz akımını aşağıdaki gibi hesaplayabiliriz:

I_B = I_C / h_{fe_min}

Zener diyotta düzgün regülasyon için  1-2 mA eklemeyi unutmayalım. Genellikle  1 mA yeterli olur. Ohm kanunu ile RB için yaklaşık bir değeri hesaplayalım:
R_B = (V_DD-V_Z) / (I_B + 1mA)

Şimdi tek yapacağımız güç sarfiyatının limitler içinde olup olmadığına bakmak. Öncelikle transistörün kaybı. Bunu hesaplamak için LED in forward gerilimini bilmeliyiz. DİKKAT!!! LED 3,2V luk ve 30 mA lik ise daha az akımda bu kadar gerilim düşümü olmayacaktır. Örneğin 20mA de.. Transistörün kaybını bulalım. Öncelikle V_CE gerilimini bulmalıyız:

V_CE = V_DD – V_{f_LED} – V_E

Transistör üzerindeki kayıp:

P_T = V_CE x I_C

RE direnci için formüle basit bir ekleme yapalım:

P_RE = I²_C x R_E

Şimdi güç kaybı için beyz direncini hesaplayalım. Dirnçten geçen max. akımı bulmak için OHM kanunu kullanacağız:

I_{RB_MAX} = (V_{DD_MAX} – V_Z) / R_B

Olabilecek max. kaynak gerilimi:  V_{DD_MAX}  

Şimdi I²R formülünü direncin güç kaybını bulmak için kullanabiliriz. Akademik olarak düzgün bir hesap istiyorsanız,   I_{RB_MAX} beyz akımını eklemelisiniz.  Fakat genelde küçük bir değer çıkar:

P_RB = I²_{RB_MAX} x R_B

Zener diyot üzerindeki kayıp gücü hesaplamak için aşağıdaki formülü kullanırız:

P_Z = V_Z x I_{RB_MAX}

 

ÖRNEK BİR UYGULAMA YAPALIM:

Bu sefer 2 ledi seri bağlayarak bir test yapalım. Ledlerden geçecek akım 20 mA.. Ledler tamamen farklı. Aynı akım değeri için farklı forward gerilimleri görmeyi umuyorum. Gerilim bölücü kullanmak yerine 5,1 V luk zener diyot kullandım. 2N2222 transistörü kullandım ve hfe = 100 …  Besleme gerilimi ise 12V..

Zener beyz gerilimini 5,1Volt da regüle ettiği sürece, emiter gerilimi 5.1-0,7 = 4.4 Volt olacaktır. Led akımını  20mA (20 mA = 0.02 A) de regüle etmek için, RE direncini hesaplamalıyız.

R_E = V_E / I_E => R_E = 4.4 / 0.02 => R_E = 220 Ohm

Beyz direncini bulmak için, beyz akımını hesaplamalıyız. Benim kullandığım  2N2222’nin hfe  değeri 100 dür. O zaman beyz akımı: 20/100 = 0.2mA olur. Ben zener diyot için 2mA daha ekliyorum.

R_B = (12 – 5.1) / 2.2 = 3.1 KOhm

Ben güvenli olması için 2.2 Kohm’luk direnç kullandım. Sonuçlar aşağıdaki gibi:

Transistör üzerinden geçen akım 20.4mA. Dikkat edin lütfen, beyaz ledin üzerine düşen gerilim 3.08 Volt iken yeşil lede  2.27 Volt düşüyor.

Şimdi transistörün güç kaybını bulalım.

V_CE = V_DD – V_{f_LED1} – V_{f_LED2} – V_E = 12 – 3.08 – 2.27 – 4.4 = 2.25 Volt

P_T = V_CE x I_C = 2.25 x 0.02 = 45 mW

Önceki devre ile kıyaslarsak,  bu devrede 3.5 kat daha az güç kaybı olduğunu görürüz. Bunun sebebi devrenin kendisi değildir. Sebep 2. leddir. Bu led, ek bir gerilim düşümü oluşturur. Bu yüzden transistörde düşen gerilim (V_CE) azalır. Şimdi RE ‘nin güç kaybını bulalım:

P_RE = I²_C x R_E = 0.02₂ x 220 = 88mW

Açıkça görünüyor ki, emiter direnci üzerindeki güç kaybı çok artmış. Bu daha yüksek beyz gerilimine neden olur. Böyle bir problemden kaçınmak için, mümkün olduğunca düşük zener gerilimli zener  diyot kullanmalıyız.

Konuyu fazla uzatmamak adına kısa tutmak için fazla ayrıntıya girmemeliyim. Birileri zener diyot yerine şöyle bir devre kullanmış. Sonuçlar çok etkileyici. Analizine girmeden devreyi paylaşayım:

 

Devre gayet iyi çalışıyor.

 

Transistörlü sürücü ile değişik güçlerde ledleri test ettim. Hepsi problemsiz çalışıyor:

 

Led gücü: 1 Watt LED
V_DD: 7 Volt
Beyz gerilimi: 2.1 Volt (3 diyot seri bağlı)
Emiter gerilimi: 0.7 Volt
Sense resistor: 2 Ohm
Ölçülen led akımı: 270mA

Led gücü: 3 Watts LED
V_DD: 7 Volt
Beyz gerilimi: 2.1 Volt (3 diyot seri bağlı)
Emiter gerilimi: 0.7 Volt

Sense resistor: 0.7 Ohms (ohmmetre ile ölçülen değer)
Ölçülen led akımı: 950mA

 

 

 

24 saatlik test sonucunda gayet düzgün çalışıyor.

AVANTAJLARI:

• Basit bir öndirenç devresinden daha yüksek güçlerde kullanılabilir. Katalog değerleri ve soğutma şartları önemli.
• Kaynak gerilimine bakılmaksızın akım stabil.

DEZAVANTAJLARI:

• Transistördeki kayıplar yüzünden yüksek verimli değil.
• Transistör sıcaklığındaki değişim, çıkış akımını değiştirecektir.

[box type=”warning” align=”aligncenter” width=”640″ ]SONRAKİ SAYFAYA AŞAĞIDAN GEÇEBİLİRSİNİZ.[/box]