LM78XX ve LM3XX Entegreleri Nasıl Kullanılmalıdır?

Doğrusal regülatör entegreleri, birçok elektronik projede tasarımcıyı önemli sorunlardan kurtarmaktadır. Bu sorunların en başında yer sıkıntısı gelmektedir. Örneğin bir yardımcı devre için (preamplifikatör, mikro-işlemci vb.) ayrı güç hattı gerektiğinde zaten var olan karmaşa yetmiyormuş gibi, önemli unsurlara ve hesaplamalara dikkat ederek karmaşık güç devreleri tasarlamak, projeyi hem daha zor kılar, hem de bitiş süresini uzatır. Sadece bu kadar da değil, ayrık elemanlardan oluşan basit bir güç devresi bile hem çok yer kaplar, hem de üretim maliyetini parça adedinden dolayı arttırır.

Doğrusal regülatör entegreleri ise bu sorunu küçücük bir entegre içine gerekli gücü sağlayacak tüm devreleri sıkıştırarak çözüm sunmaktadır. Öyle ki piyasada TO-92 kılıfta bile güç entegresi vardır. Ancak kullanıcıların birçoğu bu entegreleri yanlış kullanabiliyor. İnternet ortamlarındaki birçok görsel şemada, entegrelerin bağlantı şekillerinde önemli bir ayrıntının atlandığını görüyorum.

İşte bu yazımda sizlere, doğrusal regülatör entegrelerinden en yaygın kullanılan iki seriyi; 7805, 7812 gibi serilerle 317, 338 gibi serilerin hem doğru kullanımını gösterecek; hem de bu entegreleri kullanırken daha pratik bir bağlantı şeklini de PCB üzerinde göstererek sizlere yardımcı olmaya çalışacağım.

Yukarıdaki resimdeki devre, bir LM78XX üreticisinin datasheet pdf'sinden alıntıdır. Kırmızı okları ben çizdim. Devrede entegrenin giriş pini ile şase (REF/2 nolu pin) pini; ayrıca çıkış pini ile şase pini birer kondansatör ile kuple edilmiştir. Bu, entegreye girişim yapabilecek parazitikler ve ripıllar için bir önlemdir. Bu önemli ayrıntı, az evvel bahsettiğim gibi çoğu elektronikçi tarafından görmezden gelinmektedir, halbuki çok önemlidir. Bu kondansatörlerin değerleri, girişteki için 330nF, çıkıştaki için ise 100nF olarak belirtilmiştir. Kondansatörler seramik (mercimek tip) olabileceği gibi kaliteli düşük ESR değerine sahip tiplerden de olabilir. Dikkatinizi çekmem gereken bir diğer nokta, kondansatörlerin şase bacaklarının nereye bağlandığıdır. Şase bacakları direkt olarak eksi hattına değil, Ref bacağına bağlanmıştır. Buradaki şema size şunu söylüyor: "Bu kondansatörleri mümkün mertebe entegrenin bacaklarına en yakın yerden şaseye ilişkilendirin. Yolu gereksiz yere uzatmayın!" 

Ripıl diye yazdığım şeyin aslı "ripple"dır. Bir güç hattındaki ani dalgalılık, cızırtı, parazit demektir. Ripıllar belli bir şiddeti aştıklarında hassas elektronik devrelere zarar verebilirler. Yukarıdaki devrede giriş ve çıkışta kondansatör kullanılmasının nedeni, hem entegreyi ripıllardan korumak, hem de temiz ve "beyaz gürültüden" arındırılmış bir çıkış sağlamaktır. Şimdi bir başka örnek 78XX uygulamasına bakalım:

Resim yine aynı pdf'den alıntıdır ve üzerinde tarafımdan işaretlemeler yapılmıştır. Bu kez biraz daha gelişmiş bir besleme devresi kurulmuştur. Devrede giriş ve çıkış kondansatörü yine aynı şekilde, eksi hattına (COMMON) değil de, en yakın yerden entegrenin REF bacağına bağlanmış. Halbu ki entegrenin bu bacağı zaten COMMON'a (eksi/sıfır hattı) gidiyor. İşte bu yöntem, entegrenin daha stabil çalışmasını sağlayacaktır. Zararı yok, faydası var diyelim kısaca.

Şimdi de LM317 ve LM338 gibi entegrelerden bahsedeyim. Bu entegre tipleri de 78XX'ler gibi doğrusal voltaj regülatörleridir. Bacak sıraları farklıdır. Bu entegrelerde en önemli sorun, giriş ya da çıkışta soğuk lehim, hafif bir temassızlık, bir anlık kısadevre vb gibi dalgalanmalarda, çıkışı kesip kendisini kilitleyerek bozulana kadar ısınma durumuna geçmesidir. 78XX'lerde bu sorun yoktur; ancak LM3XX serilerinde vardır. Bu nedenle aynen yukarıdaki gibi giriş ve çıkışta kondansatör kullanılması büyük önem arzetmektedir.

Aşadıdaki videoda Usta TV kanalı, bu olayı deney ile son derece anlaşılır şekilde göstermiş, izlemenizi şiddetle öneririm. 12:36'dan itibaren kısaca görebilirsiniz:

Yukarıdaki devrede görülen entegrenin LM317 olduğunu varsayalım. LM317 entegresi, ayarlı ya da sabit-regüle güç kaynağı yapmaya elverişli bir entegredir ve resimdeki devrede nasıl ayarlı güç kaynağı olarak kullanılabileceği gösterilmiştir. Entegre girişinden şaseye, çıkıştan da şaseye kondansatör uygulandığına dikkat ediniz. Lakin bu defa kondansatörler doğrudan entegrenin şase (ADJ) bacağına değil, şase (eksi) hattına bağlanmıştır. Bu entegrede olması gereken bağlantı tipi budur. Girişteki kondansatör 100nF ve çıkıştaki de 1uF elektrolitik olacak şekilde belirlenmiştir. Bu kondansatörlere yardımcı olarak paralel elektrolitik kondansatörler ilave edilebilir. Böylelikle sorun çözülmüş olunur. Eklenecek ilave kondansatörlerin değerleri, devrenin hangi şartlarda kullanılacağına göre seçilir.

LM78XX ve LM3XX ENTEGRELERİNDE BACAK YAPILARI

Her iki serinin de bacak sırası farklıdır. Bu nedenle PCB tasarımları da ona göre yapılır.

İki entegrenin bağlantı şeklini birbirine karıştırmayın.

7805 ENTEGRESİ İÇİN KOLAYLAŞTIRICI DEVRE

78XX entegrelerinde kondansatör kullanmak zorunluluğu yüzünden PCB tasarlamak zorlaşabilir ve bazen yer sorunu ortaya çıkabilir. Bu nedenle ucuz birkaç parça ile işi kolaylaştırabilirsiniz.

Resmini gördüğünüz PCB şeması size bu kolaylığı sağlayabileceğinizi göstermektedir. Entegre, küçük bir PCB'ye lehimlenmiştir. Kondansatörler bu PCB üzerinden REF bacağına, en kısa yoldan bağlanmıştır. Kartın alt kısmında erkek pin header dediğimiz bir tür konnektör bulunmaktadır; böylelikle aparat, rahatlıkla PCB'ye lehimlenebilecektir. Dolayısıyla kart üzerinde daha az yer kaplanarak sorun çözülmüş olunur.

NOT: Resimde gördüğünüz elektrolitik kondansatörler aslında entegreye bu şekilde bağlanmazlar ve genellikle gerek yoktur. Ancak genel uygulamalarda çoğu kez bu şekilde de destekleme yapılabilmektedir. Dolayısıyla resimlerde gördüğünüz şekilde değil de, sadece mercimek tip küçük kapasitelerle de sorunu çözebilirsiniz. Resimler sadece varsayımsaldır.

BİR NOT DAHA: Bir entegrenin bacaklarına yakın yerden kondansatör ile filtre yapmak, sadece bu konu için geçerli değildir. Özellikle PIC uygulamalarında, entegrenin parazitiklerden etkilenmeyip stabil çalışmasını sağlayabilmek için de besleme bacaklarına en yakın yerden 10-100uF elektrolitik ve küçük kapasiteli kondansatör uygulaması yaygındır.

LM317 İLE AZ YER KAPLAYAN REGÜLE BESLEME YAPIN

Yazımın başlarında doğrusal voltaj regülatörü entegrelerinin getirdiği kolaylıklardan bahsetmiştim. Bu kolaylıklara ilaveten, kendi elimizden geldiğince daha fazla geliştirme yaparak, ana proje üzerinde daha da az yer kaplamasını sağlayabiliyoruz. Örneğin entegreyi ayrık bir PCB'ye yerleştirip, yukarıdaki örnekte olduğu gibi erkek pin soketi ile karta tutturabiliyoruz. 

Aşağıdaki resimde, entegreyi, hiç ana proje PCB'si üzerinde uğraşmadan nasıl direkt olarak sabit voltaj entegresine dönüştüreceğinizi gösteriyorum:

Devrenin bağlantı şemasında gördüğünüz gibi birden fazla parçayı küçük bir PCB üzerine dizerek ana projedeki karışıklıktan önemli ölçüde kazandık. R1 ve R2 dirençleri ile sabit bir voltaj regülasyonu sağlarken, C1 ve C2 kapasitörleri ile de filtre devresinin en azından bir kısmını entegre içerisine alarak büyük kolaylık sağlamış olduk.

PCB'de entegre diğer taraftadır. Ön tarafta ise kondansatörler ve dirençler görünmektedir.

Böylelikle entegre soğutucuya kolaylıkla tutturulabilecek, Biraz yüksek kalsa da, yer sorununu önemli ölçüde çözecektir. İsterseniz header pinlerini resimdeki gibi yatık şekilde değil de dikey olarak takıp, ana proje PCB'sine paralel şekilde de monte edebilirsiniz.

Tüm güç regülatör entegreleri, iyi bir soğutucu heatsink'e vidalanmalı, gerekirse fan ile ventilasyon sağlanmalıdır. Çünkü bu tür entegrelerin içerisindeki tümleşik devreler, son derece minimize ve sıkışık haldedirler. Dolayısıyla entegrenin, giriş ve çıkış gerilimi arasındaki fark büyüdüğünde ve ayrıca kendisinen çekilecek akım şiddeti arttığında aşırı ısı açığa çıkaracağını unutmayın ve önlem alın.

ŞU LM337'NİN BACAK SORUNUNU ÇÖZELİM

LM337 ve serisi entegrelerin bacak sıralaması, PCB oluşturuken çok sorun oluşturuyor. Aynen 78XX'lerdeki gibi giriş-gelişme-sonuç şeklinde olsa bir sıkıntı çıkmayacak. Ancak şemada düzgün çizilebilmesine rağmen uygulamada bacak sıralamasının farklı olması çok can sıkıcı. İdeal tasarım yapmaya mani oluyor. O halde gelin, basit bir erkek pin konnektörü ve küçük bir kart kullanarak sorunu çözelim:

Plaket şemasında gördüğünüz gibi artık entegrenin Giriş, ADJ ve Çıkış pinleri aynen 78XX'lerdeki gibi oldu. Daha rahat kullanılabilir ve PCB'nize lehimleyerek işinize devam edebilirsiniz.

Aynen yukarıda gösterdiğim gibi entegrenin soğutma bölgesi kartın arkasından dışa bakmaktadır ve soğurucu heatsink monte edilmesine engel oluşturmamaktadır. Pinler de yine dikey olacak şekilde bağlanarak yerden tasarruf edilebilir. Güncelleme: Son resimde yanlışlık olmuş, ADJ yazısını görmezden gelin.

ENTEGRELERDE BESLEME VE AKIM

Doğrusal regülatör entegrelerinin belirli maksimum voltaj değerleri vardır bu değerler aşılırsa entegre hasar görür, bozulur. Dolayısıyla kullanacağınız entegrenin özelliklerini datasheet verilerini kontrol ederek kullanmalısınız. Örneğin 7805 entegresinin doruk giriş gerilimi 25Volttur. Bu, 25Volt ile çalıştırabileceğiniz anlamına gelmiyor; bu değer, entegrenin kaldırabileceği en yüksek değerdir. 18Voltlar seviyesinde kullanmak daha doğru olur.

Bir diğer husus, regülatör entegrelerini kullanırken giriş gerilimi ile çıkıştan elde edilen gerilim farkı büyüdükçe aradaki fark ısıya dönüşmektedir. Bu nedenle örnek 5V çıkış elde etmek için 18V vermek yerine, 9V giriş uygulamanız daha iyi olur. 

Entegrenin ısınmasında rol oynayan bir diğer etken, yük akımıdır. Çıkışa bağladığınız yükün akımı arttıkça entegre daha fazla ısınacaktır. Dolayısıyla hem entegrenin doruk akım sınırına dikkat etmeli hem de mutlaka soğutucu heatsink kullanmalısınız. Gerek besleme gerekse akım gibi önemli unsurlar o entegrenin datasheet verilerinde belirtilir.

BACAK YAPILARI VE ÇALIŞMA ŞARTLARI

Az evvel de söyledim, datasheet bilgilerine dikkat ederken tüm etkenleri göz önünde bulundurmalısınız. Kullanacağınız her besleme entegresinin bacakları aynı değil, yukarıda resimle göstermiştim. Bunun yanında aynı seri entegre grubunun, negatif voltaj üreteninin bacak yapısı farklı olabilir. 78XX entegreleri ile 79XX entegreler buna örnektir datasheetlerden bakarak bunu anlayabilirsiniz. 

Entegrelerin datasheetlerini değerlendirirken çalışma şartlarına da bakın. Ne kadar ısıda ne yapıyor, bozulma şartları neler, ortam değişkenlerine karşı nasıl tepkiler veriyor bunlar bazı projelerde çok önemli olabiliyor. Bu nedenle dikkatli olmanız gerekebilir.

SAHTE ENTEGRELER

Birçok entegrenin sahtesi ya da düşük kalitelisi üretilmektedir. Elektronikçiler arasında bu tür ürünlere "patates" şeklinde espirili bir deyim kullanılmaktadır. Az evvel yukarıda örneğini verdiğim 78XX entegrelerinin şu anda piyasada orjinalini bulmak çok zordur. Hatta bazı merdivenaltı firmalar o kadar ileriye gidiyor ki, aynı kılıfta bir transistörün üzerindeki yazıyı değiştirerek size entegre diye satabiliyor. Dolayısıyla alışveriş yaparken de dikkatli olmak gerekiyor.

UZAKDOĞU PAZARI YERİNE YURTİÇİ PAZAR

Ne kadar alırsanız alın, önce yurtiçi pazarı seçeneklerini değerlendirin. Alacağınız şey muhtemelen yurtiçi pazarında da bulunabiliyor. Özellikle besleme entegreleri yurtiçi satış sitelerinde de var. 3-4 günde elinize geçecek bir parça için 30 günlük yoldan, Çin'den ürün getirtmeye gerek yok. Yurtiçi pazarından alırken biraz pahalıya gelmesi çok önemli değil. Çünkü adet artışıyla beraber fiyatının düşmesi bir yana, zamandan kazanıyorsunuz. 

* * *

Bu içerikte anlatılanlar, elektronik çalışırken oldukça işinize yarayacaktır, umarım size yardımcı olur. Bu defalık bu kadar. Çalışmalarınızda kolaylıklar dilerim, hoşçakalın.

seron

basitelektronikprojeler.blogspot.com