วงจรรักษาแรงดันให้คงที่โดยใช้ไอซี

ชุดการสอนหน่วยที่ 6 วงจรรกั ษาแรงดนั ให้คงท่ี โดยใชไ้ อซี วชิ า อุปกรณ์อิเล็กทรอนกิ สแ์ ละวงจร รหสั 2104-2102 หนว่ ยท่ี 6 เรอ่ื งวงจรรักษาแรงดนั ให้คงทโี่ ดยใชไ้ อซี นายสมพร บุญริน สาขาวิชาช่างไฟฟ้ากาลัง วิทยาลัยเทคนคิ ชลบรุ ี สานักงานคณะกรรมการการอาชวี ศกึ ษา กระทรวงศกึ ษาธิการ

ใบความรู้ท่ี 6 1 ชอ่ื วิชา อปุ กรณ์อิเล็กทรอนิกส์และวงจร รหสั วิชา 2104-2102 หนว่ ยท่ี 6 ชือ่ หนว่ ย วงจรรักษาระดับแรงดนั ใหค้ งที่โดยใช้ไอซี สอนครัง้ ท่ี 7 ช่ือเร่ือง วงจรรกั ษาระดบั แรงดันให้คงที่โดยใชไ้ อซี รวม 4 ชั่วโมง จานวน 1 ชั่วโมง สาระสาคัญ วงจรแหล่งจ่ายไฟที่นิยมกันมากคือ วงจรรักษาแรงดันให้คงท่ีโดยใช้ไอซีเพราะการออกแบบ วงจรง่าย มีขนาดเล็กและมีคุณภาพสูง ซึ่งในหน่วยน้ีจะกล่าวถึงแนวทางการออกแบบวงจรโดยได้แบ่ง ออกเป็น 2 ลักษณะคือวงจรไอซี 3 ขาชนิดแรงดันเอาต์พุตคงที่ และ วงจรไอซี 3 ขาชนิดปรับแรงดัน เอาต์พุตได้ โดยด้านอินพุตจะต่อกับเอาต์พุตของวงจรแหล่งจา่ ยไฟฟ้ากระแสตรงเบื้องต้น มีหน้าท่ีรกั ษา แรงดันทีจ่ า่ ยใหโ้ หลดมีค่าคงที่ สาระการเรยี นรู้ 1. ความหมายของวงจรรกั ษาแรงดนั ให้คงที่ 2. วงจรรักษาแรงดนั ใหค้ งทโ่ี ดยใช้ไอซี 3 ขาชนดิ แรงดนั เอาตพ์ ตุ คงท่ี 2.1 ตาแหนง่ ขาของไอซีเบอร์78XX, 79XX 2.2 ลกั ษณะสมบัติของไอซเี บอร์78XX, 79XX 2.3 วงจรใช้งานไอซี 3 ขาชนดิ แรงดนั เอาตพ์ ตุ บวก 2.4 วงจรใช้งานไอซี 3 ขาชนิดแรงดนั เอาต์พตุ ลบ 3. วงจรรักษาแรงดันใหค้ งที่โดยใชไ้ อซี 3 ขาชนดิ ปรับแรงดันเอาตพ์ ุตได้ 3.1 ตาแหนง่ ขาของไอซีเบอร์ LM317 3.2 ลกั ษณะสมบัติของไอซเี บอร์ LM317 3.3 วงจรใช้ไอซี 3 ขาชนิดปรบั แรงดนั เอาต์พตุ ได้ จุดประสงค์การเรยี นรู้ เมอ่ื ผู้เรียน ศกึ ษาหน่วยการเรยี นน้แี ล้วมคี วามสามารถดังตอ่ ไปนี้ คือ 1. อธบิ ายความหมายของวงจรรกั ษาแรงดนั ใหค้ งที่ได้ถกู ต้อง 2. บอกตาแหนง่ ขาของไอซเี บอร์78XX, 79XX ได้ถูกตอ้ ง 3. อธิบายลักษณะสมบัติของไอซเี บอร์78XX, 79XXได้ถกู ต้อง 4. อธิบายการต่อวงจรใชง้ านไอซี 3 ขาชนิดแรงดนั เอาต์พุตบวกได้ถกู ตอ้ ง 5. อธบิ ายการต่อวงจรใชง้ านไอซี 3 ขาชนดิ แรงดนั เอาต์พตุ ลบได้ถูกตอ้ ง 6. บอกตาแหน่งขาของไอซเี บอร์ LM317 ได้ถูกตอ้ ง 7. อธิบายลกั ษณะสมบัติของไอซเี บอร์ LM317ไดถ้ ูกต้อง 8. อธบิ ายการตอ่ วงจรใชง้ านไอซี 3 ขาชนดิ ปรับแรงดันเอาตพ์ ตุ ได้ถกู ตอ้ ง

2 1. ความหมายของวงจรรกั ษาระดับแรงดันให้คงท่ี วงจรรักษาระดบั แรงดันใหค้ งที่ หรือเร็กกูเลเตอร์ (Voltage Regulated Circuit) คือวงจรทที่ า หน้าที่รักษาแรงดันท่ีจ่ายให้กับโหลดมีค่าคงที่ ถึงแม้ว่าแรงดันที่ป้อนให้วงจรจะมีค่าเปลี่ยนแปลง หรือ กระแสของโหลดมคี ่าเปล่ยี นแปลงก็ตาม Rectifier circuit Filter circuit Voltage Regulated Circuit รูปที่ 6.1 แหล่งจ่ายไฟฟา้ กระแสตรงแบบรกั ษาระรับแรงดันคงท่ี แหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงแบบไม่รักษาระรับแรงดันคงที่ เป็นวงจรท่ีมีเสถียรภาพไม่ดีเพราะ จะเกิดแรงดันตกมากเมื่อต้องการจ่ายกระแสจานวนมากให้กับโหลด เนื่องจากไม่มีวงจรรักษาระดับ แรงดันใหค้ งท่ี (Voltage Regulated Circuit) วงจรแหล่งจา่ ยไฟฟา้ กระแสตรงที่มเี สถียรภาพทีด่ ี คอื วงจรทสี่ ามารถรักษาระดบั แรงดนั ขาออก ให้คงที่แม้ว่าแหล่งจ่ายไฟฟ้าจะต้องจ่ายกระแสให้แก่โหลดเพิ่มมากขึ้น ลักษณะของวงจรแบบรักษาระ รบั แรงดันคงท่ีนยิ มใช้ IC เรก็ กูเลเตอร์ ที่ออกแบบใหส้ ามารถใช้ตอ่ ใช้งานได้สะดวก 2. วงจรรกั ษาแรงดันใหค้ งทโ่ี ดยใช้ไอซี 3 ขาชนิดแรงดันเอาต์พุตคงที่ ไอซีเร็กกูเลเตอร์ภายในประกอบด้วยวงจรเร็กกูเลเตอรแ์ บบอนุกรม มีขาต่อใช้งาน 3 ขา ซ่ึงจะ จ่ายแรงดันคา่ คงท่ีใดคา่ หน่ึงโดยเฉพาะ จดุ เด่นของไอซีเรก็ กูเลเตอร์ค่าคงท่ีนีค้ อื สามารถตอ่ วงจรได้งา่ ย ไม่ต้องต่ออุปกรณ์ภายนอกเพิ่มเตมิ มากนัก มีเบอร์ที่ให้เลือกแรงดันเอาต์พุตไดค้ งท่ีหลายเบอร์ และมีให้ เลอื กทัง้ ชนิดเร็กกูเลเตอร์ไฟบวกและ เรก็ กูเลเตอรไ์ ฟลบ 2.1 ตาแหนง่ ขาของไอซเี บอร์78XX, 79XX ไอซีเร็กกูเลเตอร์ มีขาต่อใช้งาน 3 ขาประกอบด้วย ขาอินพุต (VIN) เอาต์พุต (VOUT) และ กราวด์ (GND) เบอร์79XX ,78XX เบอร์78LXX ,79LXX รูปที่ 6.2 ตาแหน่งขาของ I.C Regulator เบอร์78XX และเบอร์ 79XX

3 2.2 ลกั ษณะสมบตั ิของไอซเี บอร์78XX, 79XX ไอซี 3 ขาชนิดแรงดนั เอาตพ์ ตุ คงท่ี จะมอี ยู่ 2 ตระกูลคือ ไอซีตระกูล 78XX และ 79XX ถา้ เป็น ไอซีตระกูลที่ขึ้นต้นด้วย 78XX จะเป็นแรงดันไฟบวก ถ้าไอซีตระกูลท่ีขึ้นต้นด้วย 79XX จะเป็น แรงดันไฟลบ ในส่วนของ XX จะเป็นตัวบอกแรงเอาต์พุตของไอซีเบอร์นั้น เช่นเบอร์ 7805 หมายถึง รักษาระดับแรงดันให้คงท่ี +5V มีเบอร์ท่ีให้เลือกแรงดันเอาต์พุตได้หลายเบอร์เช่น เช่น 5V, 6V, 8V, 10V, 12V, 15V, 18V และ 24V ส่วนเบอร์ 7905 หมายถึงรักษาระดับแรงดันให้คงท่ี -5V มีเบอร์ท่ีให้ เลือกแรงดันเอาต์พุตได้หลายเบอร์เช่น เช่น -5V, -6V, -8V, -10V, -12V, -15V, -18V และ -24V กระแสเอาต์พุตต้ังแต่ 100 mA ถึง 3 A ข้อสาคัญในการใช้งานคือต้องป้อนแรงดันอินพุตให้มากกว่า แรงดันเอาทพ์ ตุ 2-3 V ตารางสรุปรวมเบอรไ์ อซีเร็กกเู ลเตอร์ 78XX กระแส 1A Part number Output voltage (V) 7805 +5 7806 +6 7808 +8 7809 +9 7812 +12 7815 +15 7818 +18 7824 +24 ตารางสรปุ รวมเบอรไ์ อซเี รก็ กเู ลเตอร์ 78LXX กระแส 100mA Part number Output voltage (V) 78L05 +5 78L06 +6 78L08 +8 78L09 +9 78L12 +12 78L15 +15 78L18 +18 78L24 +24

4 ลักษณะสมบัติของไอซีเรก็ กเู ลเตอร์ 78XX กระแส 1A ลักษณะสมบตั ิของไอซีเรก็ กูเลเตอร์ 78LXX กระแส 100 mA รปู ที่ 6.3 ลักษณะสมบตั ิของไอซเี บอร์78XX/78LXX ทม่ี า: http://pdf1.alldatasheet.com/

2.3 วงจรใชง้ านไอซี 3 ขาชนิดแรงดันเอาตพ์ ตุ บวก 5 (VIN) (VOUT) C1 C2 รูปที่ 6.4 แสดงการตอ่ ไอซเี ร็กกเู ลเตอร์ วงจรการใช้งาน ดังแสดงในรูปท่ี 6.4 ในการต่อวงจรควรใส่ตัวเก็บประจุ ขนาดประมาณ 0.33 µF ไว้ด้านอนิ พตุ เพื่อลดคา่ ความเหนี่ยวนาภายในไอซี และใส่ตัวเก็บประจทุ ม่ี ีคา่ ประมาณ 0.1 µF ด้าน เอาท์พุต เพอื่ ปอ้ งกันสญั ญาณรบกวน ในการต่อวงจรใช้งานจรงิ อาจใช้ C1,C2 คา่ 0.1 µF 220/12V D1 D2 VAC IN IN 7805 OUT + D3 C1D24200uF G C3 0.1uF VDC OUT 25V C2 0.33uF - รปู ที่ 6.5 การตอ่ วงจรใชง้ านไอซเี บอร์ 7805 การตอ่ วงจรใชง้ านเราสามารถตอ่ ได้ดงั รปู ท่ี 6.5 ในวงจรจากรูปจะเหน็ วา่ แรงดันเอาท์พุตออกมา 5 โวลต์เม่ือใช้ไอซีเบอร์ 7805 ในวงจรประกอบด้วยวงจรเรียงกระแสและกรองกระแสด้วยตัวเก็บประจุ 2,200µF/25V ส่วนตัวเก็บประจุ C1,C2 น้ันทาหน้าที่ป้องกันความเสียหายให้กับไอซี และถ้าใช้กระแส มากควรติดแผ่นระบายความร้อนให้กับไอซีด้วย แต่ถ้าต้องการที่จะให้มีกระแสมากขึ้นต้องใช้ ทรานซสิ เตอรแ์ บ่งกระแสให้กับไอซีดงั รปู ที่ 6.6 VIN+ MJ2955 3.3 1W IN 7805 OUT + V OUT C1 0.33uF G - C2 0.1uF - รูปท่ี 6.6 การตอ่ ทรานซิสเตอรแ์ บง่ กระแสใหก้ บั ไอซี

6 2.4 วงจรใชง้ านไอซี 3 ขาชนิดแรงดันเอาต์พตุ ลบ 220/12V D1 D2 VAC IN D3 + C2 0.33uF C3 0.1uF VDC OUT D4 C1 2200uF G - 25V 7905 OUT IN รปู ที่ 6.7 การตอ่ วงจรใชง้ านไอซเี บอร์ 7905 การตอ่ วงจรใช้งานไอซี 3 ขา ชนิดแรงดนั เอาต์พตุ ลบเราสามารถตอ่ เช่นเดยี วกับชนิดแรงดนั บวก ดังรูปที่ 6.7 วงจรจากรปู จะเหน็ วา่ แรงดันเอาทพ์ ตุ ออกมา -5 โวลทเ์ มือ่ ใช้ไอซเี บอร์ 7905 220/15-0-15 V IN 7815 OUT +5 V D1 D2 C1 2200uF G C3 0.1uF G VAC IN D4 25V -5 V D3 C2 0.33uF C4 2200uF C5 0.33uF C6 0.1uF 25V G OUT IN 7915 รูปที่ 6.8 วงจรจา่ ยไฟตรงชนิดแรงดันเอาตพ์ ตุ คงท่ี แบบจ่ายไฟ บวก ลบ กราวด์ รูปท่ี 6.8 วงจรจ่ายไฟตรงชนิดแรงดันเอาตพ์ ุตคงที่ แบบจ่ายไฟ บวก ลบ กราวด์ โดยใช้ ไอซี ตระกลู 78XX และ 79XX จากรปู จะเหน็ ว่าแรงดนั เอาท์พุตออกมาเปน็ 15 0 -15 V

7 รูปท่ี 6.9 ตวั อย่างวงจรจา่ ยไฟตรงชนดิ แรงดนั เอาต์พุตคงที่ ท่ีมา: http://www.ebay.com/ https://starkassault.files.wordpress.com/ 3. วงจรรกั ษาแรงดันใหค้ งที่โดยใช้ไอซี 3 ขาชนิดปรบั แรงดนั เอาตพ์ ตุ ได้ LM317 เป็นไอซีเร็กกูเลเตอรร์ กั ษาระดับแรงดนั ตามท่ีตอ้ งการ เหมาะกบั การสรา้ งแหลง่ จ่ายไฟ แรงดัน 1.25-37V กระแสไม่เกิน 1.5A วงจรงา่ ยๆ ไม่ยุ่งยาก 3.1 ตาแหนง่ ขาของไอซเี บอร์ LM317 LM317 เป็นไอซีเร็กกูเลเตอร์รักษาระดับแรงดันตามที่ต้องการ มีขาใช้งาน 3 ขา คือ ขาอินพตุ (VIN) เอาตพ์ ตุ (VOUT) และควบคมุ แรงดัน (Adj) LM317 Adj VOUT VIN รูปท่ี 6.10 ตาแหนง่ ขาของไอซเี บอร์ LM317T (TO-220) รปู ท่ี 6.11 ไอซเี บอร์ LM317T และ LM317K ทม่ี า: http://320volt.com/wp-content/uploads/2008/12/lm317_lm317k_pozitif_regulator.jpg

8 3.2 ลักษณะสมบัติของไอซเี บอร์ LM317 LM317 เป็นไอซีเร็กกูเลเตอร์ ใช้สาหรับควบคุมแรงดันให้คงท่ี โดยคุณสมบัติของไอซีตัวนี้คือ สามารถปรับค่าแรงดันเอาต์พุตได้ตั้งแต่ 1.25-37V โดยใช้ตัวต้านทาน 2 ตัว และทนกระแสได้สูงสุด 1.5A สามารถรับแรงดันอนิ พุตได้สงู สุด 40V มีกระแสไหลขา Adj สูงสุดเพียง 100µA ตัวถัง TO-220 มี ขาตอ่ ใชง้ าน 3 ขา รปู ท่ี 6.11 ลกั ษณะสมบัติของไอซเี บอร์ LM317 ท่ีมา: http://pdf1.alldatasheet.com/ 3.3 วงจรใชไ้ อซี 3 ขาชนิดปรบั แรงดันเอาตพ์ ุตได้ การต่อวงจรใชง้ านเราสามารถตอ่ ไดด้ งั รปู ที่ 6.12 ในวงจรจากรูปจะมีแรงดันเอาท์พุต1.2-37 V ตวั เกบ็ ประจุ C1, C2 ออกแบบไดเ้ ชน่ เดยี วกับ ไอซีเบอร์ 78XX การปรับแรงดันเอาทพ์ ตุ จะถูกควบคุม ด้วย ตัวตา้ นทาน 2 ตวั คือ R1,R2 และควรตดิ แผน่ ระบายความร้อนใหก้ ับไอซีด้วย สามารถหาคา่ แรงดันเอาท์พุตได้จากสูตร VOUT =1.25V 1+ R2  +IAdjR 2 R1 

9 VIN LM317 VOUT + Adj R1 C2 VDC OUT VDC IN C1 - R2 220/24V รูปท่ี 6.12 วงจรไอซเี บอร์ LM317 VAC IN D1 D1 D2 D3 VIN LM317 VOUT VDC OUT + D4 C2 Adj R1 220 D2 1.25-30V O.1µF C1 C2 0.1µF 2,200µF R2 5K C3 50V 10µF รูปท่ี 6.13 วงจรไอซเี บอร์ LM317 รปู ท่ี 6.13 วงจรจา่ ยไฟตรงชนิดแรงดนั เอาตพ์ ตุ คงที่ แบบปรับคา่ ได้ โดยใช้ ไอซีตระกูล LM317 จากวงจรตามรปู จะได้แรงดนั เอาทพ์ ตุ 1.25 -30 V โดยมกี ารเพม่ิ ไดโอด D1 และ D2 ป้องกนั กระแสและแรงดนั สงู เกนิ ขณะใช้งาน สว่ น C3 มีไวเ้ พือ่ กาจดั รปิ เบิล

10 สรุป - ความหมายของวงจรรกั ษาแรงดนั ใหค้ งที่ คือวงจรที่ทาหน้าท่ีรักษาแรงดันท่ีจ่ายให้กับโหลดมีค่าคงที่ ถึงแม้ว่าแรงดันที่ป้อนให้วงจรจะมี คา่ เปลย่ี นแปลง หรอื กระแสของโหลดมีค่าเปลีย่ นแปลงกต็ าม - วงจรรกั ษาแรงดันใหค้ งทโี่ ดยใช้ไอซี 3 ขาชนดิ แรงดนั เอาตพ์ ุตคงท่ี ตาแหนง่ ขาของไอซเี บอร์78XX, 79XX รปู ที่ 6.14 ตาแหน่งขาของไอซเี บอร์78XX, 79XX ลกั ษณะสมบัติของไอซเี บอร์78XX, 79XX ถ้าเป็นไอซีตระกูลที่ขึ้นต้นด้วย 78XX จะเป็นแรงดันไฟบวก ถ้าไอซีตระกูลท่ีข้ึนต้นด้วย 79XX จะเป็นแรงดันไฟลบ ในส่วนของ XX จะเป็นตัวบอกแรงเอาต์พุตของไอซีเบอร์น้ัน กระแสเอาต์พุต ต้ังแต่ 100 mA ถงึ 3 A วงจรใชง้ านไอซีรกั ษาแรงดนั ใหค้ งท่ี (VIN) (VOUT) C1 C2 รปู ท่ี 6.15 วงจรใช้งานไอซเี บอร์78XX - วงจรรกั ษาแรงดันใหค้ งทโ่ี ดยใชไ้ อซี 3 ขาชนิดปรับแรงดนั เอาตพ์ ตุ ได้ LM317 เป็นไอซีเร็กกเู ลเตอรร์ กั ษาระดบั แรงดันตามทตี่ อ้ งการ เหมาะกบั การสรา้ งแหล่งจ่ายไฟ แรงดัน 1.25-37V กระแสไม่เกนิ 1.5A

11 LM317 Adj VOUT VIN รปู ท่ี 6.16 ตาแหน่งขาของไอซเี บอร์ LM317T และ LM317K VIN LM317 VOUT + Adj R1 C2 VDC OUT VDC IN C1 R2 - รูปท่ี 6.17 วงจรใชไ้ อซี 3 ขาชนิดปรับแรงดันเอาตพ์ ุตได้

12 อ้างอิง ฉัตรธิวัฒน์ ธรรมานุยตุ 2558. วงจรอิเล็กทรอนกิ ส์. กรงุ เทพมหานคร: ซีเอด็ ยเู คช่ัน. ชิงชยั ศรีสรุ ัตน์ และ วรี ศกั ด์ิ สวุ รรณเพชร 2556. อปุ กรณ์อเิ ล็กทรอนกิ ส์และวงจร. นนทบรุ ี: สานกั พมิ พศ์ ูนยห์ นังสือ เมอื งไทย. ไวพจน์ ศรธี ัญ. 2558. อุปกรณอ์ ิเลก็ ทรอนกิ สแ์ ละวงจร. กรุงเทพมหานคร: สานกั พมิ พ์วังอกั ษร. สายณั ต์ ช่นื อารมย.์ 2558. อุปกรณ์อเิ ล็กทรอนกิ สแ์ ละวงจร. กรุงเทพมหานคร: สานกั พมิ พว์ ัง อกั ษร. อดลุ ย์ กลั ยาแก้ว. 2554. อุปกรณ์อิเลก็ ทรอนกิ สแ์ ละวงจร. กรงุ เทพมหานคร: สานกั พมิ พ์ศนู ย์ สง่ เสรมิ อาชวี ะ.