شرح دارة منظم الجهد الخطي LM7805
ما هي دارة منظم الجهد LM7805؟
تعريف
دارة منظم الجهد، هي عبارة عن دارة متكاملة ذات ثلاثة أرجل، تستخدم لتوفير وتنظيم
جهداً كهربائياً ثابت نسبيا بمقدار 5 فولت من أي مصدر لفرق جهد آخر ابتداءً من 7
وحتى 18 فولت بحسب دليل المستخدم علماً أن التيار الكهربائي المار فيها والخارج
منها هو تيار مستمر DC ومقوم تماما.
شكل دارة منظم الجهد ورمزه في الدارات الكهربائية
ما هي أجزاء دارة منظم الجهد LM7805؟
يتكون
منظم الجهد بشكل أساسي من ثلاث أرجل وهم الدخل In والخرج Out والأرضي GND والتي يمكن تحديدها بالنظر
الى المنظم من الجهة المكتوب عليها، فيكون الطرف الأيسر هو الدخل Vin والطرف
الوسط هو الأرضي GND أو ما يسمى بال Common والطرف الأيمن هو الخرج الفولتي Vout. والشكل
التالي يوضح المقصود:
كيف يتم قراءة الكتابة الموجودة على منظم الجهد؟ وماذا تعني؟
بالنظر الى القسم الأمامي للمنظم (الجهة السوداء) نجد بعض
من الكتابات والأرقام التي تشير الى تسمية ووظيفة ذلك المنظم الكهربائي للجهد. لكن
كل ما يهمنا هنا هو الرقم المبدوء بالعدد 78 ثم الذي يليه. فمثلاً، المنظمات
الكهربائية التالية والمكتوب عليها LM7805، L7805، MC7805، TS7805 جميعها منظمات جهد، تخرج جهداً ثابتا بمقدار
خمسة فولت.
طريقة ربط منظم الجهد في الدارات الكهربائية
نوضح الشرح بواسطة الدارة التالية محددا عليها الأجزاء
الالكترونية بالأرقام والهدف من كل قطعة الكترونية فيها:
1- فرق للجهد الكهربائي بمقدار 9
فولت، يمكن أن يكون بطارية أو محول كهربائي يخرج تيارا مستمرا DC.
2- منظم
جهد 7805 وهو الذى يحافظ على جهد الخرج عند قيمة موجب 5 فولت .
3- مكثفين
والهدف منهما هو تنعيم وتنقية موجة الدخل من أي تشوهات موجية أو ذبذبات أخرى قد
تكون ضمنها، خاصة عند التحويل من الجهد المتردد الى الجهد المستمر.
4- ثنائي
باعث للضوء أو "ليد" (LED) والهدف منه الإشارة إلى والتأكد من عمل
الدائرة الكهربائية.
5- مقاومة مربوطة على التوالي لحماية الليد (الثنائي
الباعث للضوء) من التلف عند مرور تيار كهربائي عالي.
مما يتركب منظم الجهد LM7805 من الداخل؟
يتكون منظم الجهد 7805 من دارة
كهربائية تشمل على مقاومات، ترانزستورات، ثنائي عادي، مواسعات، وحتى ثنائيات زينر ليتم
توصيلها معاً لتوليد جهد منظم بمقدار 5 فولت كما في الشكل التالي والذي يوضح تركيب منظم الجهد من الداخل:
لماذا يتم توصيل وربط مواسعين (مكثفين) على مدخل ومخرج منظم الجهد؟
من دون تلك المواسعات لن يعطي المنظم خرجاً فولتياً ثابتاً. فالمواسع
عن الدخل الفولتي يقوم بفصل المنظم عن مصدر التغذية الأساسية التي يمكن أن تتغير
وبشكل مفاجئ وتنقية جهد الداخل وتنعيمه (Smoothing). أما المواسع الموصول على الخرج الفولتي Vout فيقوم بتثبيت مقدار الجهد الخارج من المنظم
بحسب القيمة المطلوبة.
كيف يتم تحديد مقدار المواسعين اللازم ربطهما مع دارة منظم فرق الجهد؟
بحسب دليل المستخدم (داتاشيت) Data Sheet. فمثلا، منظم الجهد LM7805 لا يتطلب مكثفات ذات قيم عالية، فدليل
المستخدم الخاص به يشير الى ربط مواسع بمقدار 300 نانو فاراد عند الدخل Vin ومواسع آخر عند الخرج الفولتي للمنظم Vout بمقدار 100 نانو فاراد.
مميزات ومواصفات وخصائص وتطبيقات منظم الجهد 7805
1- تنظيم وتوفير فرق جهد بمقدار 5 فولت.
2- يحتمل تمرير تيار كهربائي تصل قيمته حتى 1.5 أمبير.
3- يعمل منظم الجهد عندما يكون Vin > Vout وفي معظم الحالات يجب أن يكون Vin أكبر من Vout على الأقل بمقدار 2 فولت. ويسمى ذلك المقدار
من فرق الجهد بين Vin وVout بفرق جهد المنظم Drop
Out Voltage
وهو فرق الجهد اللازم لجعل المنظم LM7805
يعمل بكفاءة ويمكن معرفتها من دليل المستخدم.
4- له القدرة على استقبال جهد من 7
حتى 25 فولت كحد اقصى بحسب نوعه وهنا اعتمدنا المواصفات العامة.
كما ويستطيع في بعض الأحيان يصل الى 38 فولت كما هو الحال في منظم الجهد µA7824C
مع الحاجة إلى نظام تبريد Cooling System أو ناثر للحرارة Heat Sinker يلائم الحرارة الخارجة من ذلك المنظم
لتبديدها.
5- الحماية من الجهد الزائد Internal Thermal-Overload Protect
وذلك بفصل التيار المار بداخله والناتجة عن طبيعة الحمل أو بسبب
قصر الدائرة Shortage.
6- فصل للجهد الكهربائي في حال ارتفاع درجة حرارته Thermal Shutdowns Protection.
7- متوفر في جميع أسواق الالكترونيات،
كما ويمتاز بسهولة التعامل والتركيب.
8- ويستخدم في العديد من الأجهزة الكهربائية بهدف الحفاظ على جهد ثابت
ذات قيم محددة، ويعتبر قطعة أساسية في دوائر أخرى لتنظيم التيار كدوائر تنظيم
الجهد المفتاحية مثل مزودات الطاقة (بور سبلاي) Power Supply، الطابعات Printers
والشواحن الخطية Linear Chargers.
9- بساطة في التصميم وسهولة الاستخدام بوجود ثلاثة نقاط توصيل فقط.
عيوب منظم الجهد 7805
1- يجب أن
يزيد جهد الدخل عن جهد الخرج بفولتين اثنين على الأقل كما ذكرنا سابقاً، وإلا
سينخفض جهد الخرج ولا لن يعطي القيم المطلوبة.
2- يجب
تثبيت منظم الجهد في معظم الحالات مع قطعة حديدية تسمى المُبَرِّد HeatSink لضمان كفاءته في العمل وعدم تعطله.
3- ارتفاع
درجة الحرارة في منظم الجهد بسبب استهلاكه للجهد الكهربائي الزائد وإخراج جهد
كهربائي منظم.
4- يجب ألا
يزيد جهد الدخل عن القيمة المحددة في دليل المستخدم الخاص بمنظم الجهد، لكي لا
ترتفع حرارة منظم الجهد.
5- قيمة
التيار الذي يمدها للدارة المربوطة به لا تتعدى 2 أمبير.
دليل المستخدم (داتاشيت) Datasheet للمنظم 7805
يختلف دليل المستخدم أو ما يسمى داتاشيت من منظم الى آخر بحسب الشركة
المصنعة له. فدليل المستخدم يعرض لك جميع بيانات منظم الجهد التي قد تحتاجها في
تصميمك لأي دائرة، من حيث جهد الدخل، جهد الخرج، والحمل وأقصى قيمة للتيار الذي
يخرجه بالأمبير وأدنى تيار، إضافة الى قوانين الدائرة التي يعمل بها من حيث قيمة
المواسعات الواجب ربطها عند الدخل Input والخرج Output
وغيرها.
دائرة تحويل 220 فولت الى 5 فولت عن طريق منظم الجهد LM7805
دائرة لتحويل جهد 220 فولت الى 5 فولت عن طريق المنظم 7805 وإخراج
تيار كهربائي حده الأقصى 1 أمبير.
مكونات دارة تحويل 220 فولت الى 5 فولت:
شكل العنصر الالكتروني
|
اسم العنصر في الدارة
|
 |
IC 7805
منظم جهد بخرج فولتي بمقدار 5 فولت |
 |
C1: 470uf / 50v
مواسع (مكثف) لتنعيم وتقويم الموجة المعدلة من التيار المتردد الى التيار المستمر |
 |
C2 & C3: 0.01uf
مواسعان لتنظيم استمرارية فرق الجهد الداخل والخارج من منظم الجهد |
 |
Bridge 2A (4 Diodes)
أربعة ثنائيات لعمل جسر لتقويم التيار من متردد الى مستمر |
 |
Transformer 9v 2A
محول جهد من 230 فولت الى 9 فولت بتيار متردد بمقدار 2 أمبير |
 |
Heatsink
مشتت للحرارة |
والشكل التالي يوضح مبدأ عمل دائرة منظم جهد 7805 لتنظيم جهد 5 فولت من
محول كهربائي يعطي فرق جهد متردد بمقدار 9 فولت:
دائرة تحويل فرق جهد 9 فولت الى 5 فولت
ما الهدف من المبرد أو ناثر الحرارة ( heatsink ) في الدارات التي يوجد فيها منظم
الجهد 7805؟
عند مرور تيار كهربائي في منظم الجهد 7805 ينتج عن ذلك ارتفاع درجة
حرارة ذلك المنظم الى حد كبير حتى يتوقف عن العمل والتلف في بعض الأحيان.
كيف يتم حساب كمية الحرارة المنبعثة من منظم الحرارة 7805؟
طريقة حساب كمية الحرارة الصادرة عن مرور تيار كهربائي في المنظم 7805
يتم حسابه عن طريق المعادلة التالية:
فرق الجهد المستهلك من قبل المنظم (جهد
المنظم) Vreg
فرق الجهد الداخل الى المنظم Vin
فرق الجهد الخارج من المنظم Vout
|
Vreg = Vin – Vout
|
كمية التيار الداخلة الى المنظم = كمية
التيار الخارجة منه
|
Current
in = Current out
|
كمية الطاقة
المستهلكة في المنظم = جهد المنظم X كمية التيار الداخلة أو الخارجة منه
|
Power = Vreg X Current out
|
طريقة حساب كمية الطاقة التي يستهلكها منظم الجهد LM7805
مثال: على فرض أن الجهد الداخل للمنظم LM7805 هو 12 فولت ومقدار التيار الكهربائي المار فيه هو
1 أمبير، فإن مقدار الطاقة المستهلكة في المنظم LM7805 تكون:
P7805 = ( 12 V ـــ 5 V ) X 1 A
P7805 = 7 Watts
طريقة حساب كمية الحرارة التي تصدر من منظم الجهد LM7805
قد يبدو المقدار 7 واط مقداراً صغيراً نسبة الى ما نختبره من قراءات
استهلاكات القدرة الكهربائية اليومية، لكن بالنظر إلى جدول المواصفات Date Sheet الخاص بالمنظم LM7805 من النوع To220، نجد أنه يبدي مقاومة حرارية بمقدار 65
سلسيوس لكل واط أي أن معامل المقاومة الحرارية RJA
لديه هو (65C/W) وعليه فإن مقدار الحرارة
المنبعثة من منظم الجهد تكون:
Treg = RJA X Power
Treg = 65C/W X 7 Watts = 455 Celsius
أي أن مقدار الحرارة regT الخارجة من منظم يستهلك 7 واط هي 455 درجة سليويسة. ومن هنا يأتي
دور وضع المبرد (Heatsink) المناسب لنثر الحرارة الزائدة في المنظم
وتبديدها.
ما هي أشهر منظمات فرق الجهد؟
أنواع منظم الجهد الخطي
هنالك نوعان رئيسيان لمنظم الجهد
الخطي:
الأول: منظم جهد خطى موجب ويبدأ
بالرمز 78XX
حيث يشير الرقمين الأخيرين XX
الى مقدار الفولت الخارج من المنظم.
الثاني: منظم جهد خطي سالب ويبدأ
بالرمز 79XX.
كيف تتحدد كمية الفولت الخارجة من منظم الجهد الخطي؟
يتحدد فولت الخرج للمنظم بالرقمين
الاخيرين الوقعين بعد
الرقمين 78 أو 79 فمثلاً:
منظم الجهد 7803 يخرج 3 فولت
منظم الجهد 7805 يخرج 5 فولت
منظم الجهد 7806 يخرج 6 فولت
منظم الجهد 7809 يخرج 9 فولت
منظم الجهد 7812 يخرج 12 فولت
وهكذا.
أسئلة شائعة على المنظم 7805
هل من الممكن لمنظم الجهد أن يشتعل ويحدث حريق إذا ارتفعت درجة حرارته؟
لا، وذلك بسبب ميزة التوقف عن العمل
التلقائي عند ارتفاع درجة حرارته الى حد معين. وتسمى تلك الميزة بـ Internal
Thermal-Overload Protect؟
ما المقصود بالميزة Internal Thermal-Overload Protect؟
يقصد بها حماية منظم الجهد من التلف عند ارتفاع درجة حرارته بسبب
استهلاكه للطاقة الكهربائية، حيث يقوم هذا المنظم بالتوقف عن العمل بدلا من تلفه
وتسمى تلك الميزة أيضا بـ Thermal Shutdowns Protection.
ماذا يحدث إذا كان مقدار جهد المنظم Drop Out Voltage أقل من الجهد
المطلوب لتشغيله؟
في هذه الحالة، لن تكون كفاءة
المنظم عالية ولن يعمل منظم الجهد بالشكل الصحيح.