अपने इलेक्ट्रॉनिक सर्किट डिज़ाइन के लिए उपयुक्त रैखिक नियामक का चयन करना एक महत्वपूर्ण निर्णय है जो सीधे तौर पर प्रणाली के प्रदर्शन, दक्षता और विश्वसनीयता को प्रभावित करता है। रैखिक नियामक बिजली प्रबंधन प्रणालियों में आवश्यक घटक के रूप में कार्य करते हैं, जो उच्च इनपुट वोल्टेज से स्थिर वोल्टेज आउटपुट प्रदान करते हैं और साथ ही सरलता और कम शोर विशेषताओं को बनाए रखते हैं। प्रमुख विशिष्टताओं और अनुप्रयोग आवश्यकताओं को समझने से आपको एक सूचित चयन करने में मदद मिलेगी जो आपके सर्किट की कार्यक्षमता को अनुकूलित करे और आपके प्रोजेक्ट की विशिष्ट आवश्यकताओं को पूरा करे।
एक लीनियर रेगुलेटर अपने आंतरिक प्रतिरोध को निरंतर समायोजित करके संचालित होता है ताकि इनपुट वोल्टेज या लोड धारा में भिन्नता के बावजूद एक स्थिर आउटपुट वोल्टेज बनाए रखा जा सके। यह विनियमन एक फीडबैक नियंत्रण प्रणाली के माध्यम से प्राप्त किया जाता है जो आउटपुट वोल्टेज की तुलना एक आंतरिक संदर्भ के साथ करती है और उसी के अनुसार पास एलिमेंट को समायोजित करती है। इस दृष्टिकोण की सरलता लीनियर रेगुलेटर को अत्यधिक विश्वसनीय बनाती है और स्विचन रेगुलेटर की तुलना में न्यूनतम विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप उत्पन्न करती है।
लीनियर विनियमन प्रक्रिया अंतर्निहित रूप से अतिरिक्त ऊर्जा को ऊष्मा के रूप में बिखेरती है, जिसकी गणना इनपुट और आउटपुट वोल्टेज के अंतर को लोड धारा से गुणा करके की जाती है। यह विशेषता लीनियर रेगुलेटर को निम्न-शक्ति अनुप्रयोगों के लिए आदर्श बनाती है जहाँ डिज़ाइन सरलता और शोर प्रदर्शन के मुकाबले दक्षता द्वितीयक होती है। आधुनिक लीनियर रेगुलेटर डिज़ाइन जटिल नियंत्रण सर्किट शामिल करते हैं जो संक्रमणकालीन प्रतिक्रिया में सुधार करते हैं और भिन्न परिचालन स्थितियों में समग्र स्थिरता में सुधार करते हैं।
विभिन्न अनुप्रयोग आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए कई विन्यासों में रैखिक नियामक उपलब्ध हैं। निश्चित आउटपुट नियामक पूर्वनिर्धारित वोल्टेज स्तर प्रदान करते हैं और न्यूनतम बाह्य घटकों के साथ सरलतम कार्यान्वयन प्रदान करते हैं। बाह्य प्रतिरोधक नेटवर्क के माध्यम से आउटपुट वोल्टेज अनुकूलन की अनुमति देने वाले एडजस्टेबल नियामक विभिन्न प्रणाली आवश्यकताओं के लिए लचीलापन प्रदान करते हैं, जबकि रैखिक नियमन के अंतर्निहित लाभों को बनाए रखते हैं।
कम-ड्रॉपआउट नियामक एक उन्नत श्रेणी का प्रतिनिधित्व करते हैं जो तब भी नियमन बनाए रखते हैं जब इनपुट-आउटपुट वोल्टेज अंतर न्यूनतम होता है। ये उपकरण बैटरी से संचालित अनुप्रयोगों में विशेष रूप से मूल्यवान हैं जहां उपयोग करने योग्य बैटरी क्षमता को अधिकतम करना आवश्यक होता है। इसके अतिरिक्त, विशिष्ट प्रकारों में उन्नत शुद्धता विनिर्देशों के साथ सटीक नियामक और संवेदनशील एनालॉग अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन किए गए अत्यंत कम शोर वाले उपकरण शामिल हैं।
उचित वोल्टेज विनिर्देशों को निर्धारित करने के लिए आपकी प्रणाली की शक्ति आवश्यकताओं और संचालन स्थितियों का सावधानीपूर्वक विश्लेषण आवश्यक है। आउटपुट वोल्टेज को सही ढंग से आपके भार की आवश्यकताओं के मेल खाना चाहिए, जबकि इनपुट वोल्टेज सीमा में लहर और अस्थायी स्थितियों سمेत सभी अपेक्षित आपूर्ति भिन्नताओं को समायोजित करने की क्षमता होनी चाहिए। इसके अतिरिक्त, ड्रॉपआउट वोल्टेज विनिर्देश पर विचार करें, जो उचित विनियमन के लिए आवश्यक न्यूनतम इनपुट-आउटपुट अंतर को परिभाषित करता है।
धारा क्षमता चयन में स्थिर-अवस्था और अस्थायी भार आवश्यकताओं दोनों के विश्लेषण की आवश्यकता होती है। लीनियर रेगुलेटर तापीय विचारों के लिए उचित करंट क्षमता प्रदान करनी चाहिए। आवेग भार वाले अनुप्रयोगों या प्रणाली स्टार्टअप की स्थिति के दौरान, जब संधारित्र भार अस्थायी धारा सर्ज पैदा कर सकते हैं, तो शिखर धारा संभालने की क्षमता उतनी ही महत्वपूर्ण है।
लाइन विनियमन मापता है कि इनपुट वोल्टेज में भिन्नता के बावजूद आउटपुट वोल्टेज कितनी अच्छी तरह स्थिर रहता है, जबकि लोड विनियमन बदलती वर्तमान मांगों के तहत आउटपुट स्थिरता को इंगित करता है। गतिशील परिचालन वातावरण में सिस्टम प्रदर्शन बनाए रखने के लिए ये मापदंड महत्वपूर्ण हैं। आधुनिक रैखिक नियामक आमतौर पर उत्कृष्ट विनियमन विनिर्देश प्राप्त करते हैं, अक्सर लाइन और भार दोनों परिवर्तनों के लिए मिलीवोल्ट सीमा में।
क्षणिक प्रतिक्रिया की विशेषताएं निर्धारित करती हैं कि नियामक अचानक लोड परिवर्तनों से कितनी जल्दी ठीक हो जाता है। डिजिटल प्रणालियों में तेजी से क्षणिक प्रतिक्रिया आवश्यक है जहां स्विचिंग भार तेजी से वर्तमान भिन्नताएं पैदा कर सकता है। आउटपुट क्षमता और नियामक बैंडविड्थ का संयोजन समग्र क्षणिक प्रदर्शन को निर्धारित करता है, विशेष अनुप्रयोगों के लिए सावधानीपूर्वक अनुकूलन की आवश्यकता होती है।
थर्मल विश्लेषण रैखिक नियामक के चयन के लिए मौलिक है क्योंकि ये उपकरण ऊष्मा के रूप में महत्वपूर्ण शक्ति का अपव्यय करते हैं। उपकरण में वोल्टेज ड्रॉप और लोड धारा के गुणनफल से शक्ति अपव्यय निर्धारित होती है, जिससे इनपुट-आउटपुट अंतर बढ़ने के साथ थर्मल प्रबंधन का महत्व बढ़ जाता है। सटीक थर्मल गणना घटक विफलता को रोकती है और दीर्घकालिक संचालन की विश्वसनीयता सुनिश्चित करती है।
सभी संचालन स्थितियों के तहत जंक्शन तापमान निर्दिष्ट सीमा के भीतर रहना चाहिए, जिसके लिए परिवेश तापमान, थर्मल प्रतिरोध और शक्ति अपव्यय पर विचार आवश्यक है। थर्मल प्रतिरोध में उपकरण पैकेज का जंक्शन-से-केस प्रतिरोध और माउंटिंग प्रणाली का केस-से-परिवेश प्रतिरोध शामिल है। उचित थर्मल विश्लेषण अक्सर स्वीकार्य संचालन तापमान बनाए रखने के लिए हीट सिंक या बोर्ड के थर्मल डिज़ाइन में सुधार की आवश्यकता को उजागर करता है।
पैकेज का चयन थर्मल प्रदर्शन और समग्र सिस्टम एकीकरण को काफी प्रभावित करता है। सतह-माउंट पैकेज मुद्रित सर्किट बोर्ड तांबे के क्षेत्रों के साथ उत्कृष्ट थर्मल युग्मन प्रदान करते हैं, जबकि थ्रू-होल पैकेज उच्च-शक्ति अनुप्रयोगों के लिए बेहतर हीट सिंक माउंटिंग विकल्प प्रदान कर सकते हैं। उन्नत पैकेजों में थर्मल पैड या अनावृत्त डाई अटैच क्षेत्र शामिल होते हैं जो ऊष्मा स्थानांतरण क्षमता में सुधार करते हैं।
माउंटिंग पर विचार विद्युत संयोजनों से आगे बढ़कर थर्मल इंटरफ़ेस सामग्री और हीट सिंक चयन तक जाते हैं। उचित माउंटिंग तकनीकें ऊष्मा स्थानांतरण को अनुकूल बनाए रखते हुए यांत्रिक विश्वसनीयता बनाए रखना सुनिश्चित करती हैं। थर्मल वाया और तांबे के प्रवाह के साथ बोर्ड लेआउट का अनुकूलन उन सतह-माउंट अनुप्रयोगों में ऊष्मा अपव्यय में काफी सुधार कर सकता है जहां बाह्य हीट सिंक व्यावहारिक नहीं होते।
संवेदनशील एनालॉग सर्किट को बिजली प्रदान करने के लिए कम शोर और उत्कृष्ट रिपल अस्वीकृति की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों में रैखिक नियामक उत्कृष्ट होते हैं। आउटपुट शोर विनिर्देशों में आमतौर पर चौड़े बैंड शोर और अस्तबल आवृत्ति घटक शामिल होते हैं जो सर्किट संचालन में हस्तक्षेप कर सकते हैं। सटीक माप प्रणालियों और उच्च-रिज़ॉल्यूशन डेटा अधिग्रहण जैसे सबसे मांग वाले अनुप्रयोगों के लिए अत्यंत कम शोर वाले रैखिक नियामक उपलब्ध हैं।
पावर सप्लाई अस्वीकृति अनुपात इनपुट वोल्टेज परिवर्तनों को कम करने की नियामक की क्षमता को मापता है, जिससे संवेदनशील भारों को प्रभावित करने वाली अपस्ट्रीम स्विचिंग शोर से बचा जा सके। जब रैखिक नियामक स्विचन पावर सप्लाई के बाद पोस्ट-नियामक के रूप में उपयोग किए जाते हैं, तो यह विशेषता विशेष रूप से महत्वपूर्ण होती है। PSRR की आवृत्ति प्रतिक्रिया विभिन्न शोर आवृत्तियों में प्रभावशीलता निर्धारित करती है, जिसमें कई अनुप्रयोगों को निम्न और उच्च दोनों आवृत्तियों पर अच्छी अस्वीकृति की आवश्यकता होती है।
जबकि रैखिक नियामक स्वभाव से स्विचिंग विकल्पों की तुलना में कम कुशल होते हैं, विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए प्रदर्शन को अनुकूलित करने के लिए सावधानीपूर्वक चयन किया जा सकता है। दक्षता निर्गत शक्ति को निविष्ट शक्ति से विभाजित करने के बराबर होती है, जहाँ अंतर को ऊष्मा के रूप में बिखेर दिया जाता है। बैटरी से संचालित प्रणालियों के लिए, दक्षता सीधे रूप से संचालन समय और तापीय प्रबंधन आवश्यकताओं को प्रभावित करती है।
कम-ड्रॉपआउट नियामक न्यूनतम वोल्टेज अतिरिक्त लोड के साथ विनियमन बनाए रखकर बैटरी अनुप्रयोगों में दक्षता को अधिकतम करते हैं। कुछ उन्नत रैखिक नियामक शटडाउन मोड को शामिल करते हैं जो स्टैंडबाय स्थितियों में बैटरी जीवन को बढ़ाने के लिए निष्क्रिय धारा को माइक्रोएम्पियर स्तर तक कम कर देते हैं। ग्राउंड धारा, जो नियामक की स्वयं की शक्ति खपत का प्रतिनिधित्व करती है, कम शक्ति वाले अनुप्रयोगों में महत्वपूर्ण हो जाती है और तदनुसार न्यूनतम होनी चाहिए।
इनपुट और आउटपुट संधारित्र स्थिर लीनियर रेगुलेटर संचालन के लिए आवश्यक हैं, जो ऊर्जा भंडारण और फ़िल्टरिंग क्षमता प्रदान करते हैं। इनपुट संधारित्र रेगुलेटर द्वारा देखी गई प्रतिबाधा को कम करते हैं और संक्रमणकालीन स्थितियों के दौरान तात्कालिक धारा प्रदान करते हैं। संधारित्र का मान और प्रकार रेगुलेटर की आवश्यकताओं और इनपुट बिजली स्रोत के गुणों के आधार पर चुना जाना चाहिए।
आउटपुट संधारित्र संक्रमणकालीन प्रतिक्रिया और स्थिरता गुणों को निर्धारित करते हैं, जिसमें संधारित्र मान और तुल्य श्रृंखला प्रतिरोध दोनों प्रदर्शन को प्रभावित करते हैं। सिरेमिक संधारित्र कम ESR प्रदान करते हैं लेकिन कुछ रेगुलेटर में स्थिरता समस्याएं पैदा कर सकते हैं, जबकि टेंटलम या एल्यूमीनियम इलेक्ट्रोलाइटिक संधारित्र नियंत्रित ESR गुणों के साथ उच्च संधारित्र प्रदान करते हैं। रेगुलेटर टर्मिनल्स के निकट उचित स्थान अधिकतम उच्च-आवृत्ति प्रदर्शन के लिए प्रेरकत्व को कम करता है।
कई आधुनिक रैखिक नियामकों में अंतर्निहित सुरक्षा सुविधाएँ होती हैं जो प्रणाली की विश्वसनीयता में वृद्धि करती हैं। तापीय शटडाउन सुरक्षा अत्यधिक तापमान की स्थिति में उपकरण की विफलता को रोकती है, जबकि धारा सीमित करना लघु परिपथ और अतिभार की स्थिति के खिलाफ सुरक्षा प्रदान करता है। ये सुविधाएँ बाह्य सुरक्षा परिपथों की आवश्यकता को कम करती हैं और समग्र प्रणाली की मजबूती में सुधार करती हैं।
अतिरिक्त सुविधाओं में बिजली क्रमांकन के लिए सक्षम/अक्षम नियंत्रण, प्रणाली निगरानी के लिए पावर-गुड संकेतक और इनरश धारा को नियंत्रित करने के लिए सॉफ्ट-स्टार्ट क्षमताएँ शामिल हो सकती हैं। दूरस्थ सेंसिंग इनपुट भार स्थान पर सटीक वोल्टेज नियमन की अनुमति देते हैं, जो वितरण वायरिंग में वोल्टेज ड्रॉप की भरपाई करते हैं। चुनौतीपूर्ण अनुप्रयोगों में अधिक परिष्कृत रैखिक नियामक उपकरणों के उपयोग को उचित ठहराने के लिए अक्सर इन बढ़ी हुई सुविधाओं को ध्यान में रखा जाता है।
व्यापक परीक्षण सुनिश्चित करता है कि चयनित रैखिक नियामक वास्तविक संचालन स्थितियों के तहत सभी अनुप्रयोग आवश्यकताओं को पूरा करता है। भार विनियमन परीक्षण में पूरी धारा सीमा में आउटपुट वोल्टेज को मापा जाता है, जबकि लाइन विनियमन परीक्षण निर्दिष्ट इनपुट वोल्टेज सीमा में प्रदर्शन का मूल्यांकन करता है। ये परीक्षण सत्यापित करते हैं कि नियामक अपेक्षित सभी संचालन स्थितियों के तहत विनिर्देशों को बनाए रखता है।
संक्रमणकालीन प्रतिक्रिया परीक्षण तीव्र भार परिवर्तन के दौरान आउटपुट वोल्टेज बनाए रखने की नियामक की क्षमता का मूल्यांकन करता है। उचित उदय समय के साथ चरण भार परीक्षण अतिशीर्षण, अवशीर्षण और स्थायी होने के समय की विशेषताओं को उजागर करता है। अधिकतम शक्ति अपव्यय स्थितियों के तहत तापीय परीक्षण यह पुष्टि करता है कि संधि तापमान स्वीकार्य सीमा के भीतर बने रहते हैं और जब सीमा पार हो जाती है तो तापीय बंद सुचारु रूप से कार्य करता है।
विश्वसनीयता मूल्यांकन प्रारंभिक प्रदर्शन सत्यापन से आगे बढ़कर दीर्घकालिक स्थिरता और उम्र बढ़ने की विशेषताओं को शामिल करता है। उच्च तापमान और वोल्टेज पर त्वरित जीवन परीक्षण सामान्य संचालन स्थितियों के तहत घटक के जीवनकाल की भविष्यवाणी कर सकता है। समय और तापमान के साथ निर्गत वोल्टेज में अंतर दीर्घकालिक सटीकता आवश्यकताओं और कैलिब्रेशन आवश्यकताओं के बारे में जानकारी प्रदान करता है।
पर्यावरणीय तनाव परीक्षण विनियामक प्रदर्शन का मूल्यांकन कंपन, झटका और तापीय चक्रण जैसी स्थितियों के तहत करता है जो वास्तविक अनुप्रयोगों में आ सकते हैं। ये परीक्षण विशेष रूप से महत्वपूर्ण हैं ऑटोमोटिव, एयरोस्पेस और औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए जहां पर्यावरणीय स्थितियां कठोर होती हैं। उचित योग्यता परीक्षण इच्छित उत्पाद जीवनकाल भर विश्वसनीय संचालन सुनिश्चित करता है।
लीनियर रेगुलेटर निरंतर वोल्टेज ड्रॉप के माध्यम से अतिरिक्त शक्ति को ऊष्मा के रूप में बिखेरते हैं, जबकि स्विचिंग रेगुलेटर उच्च दक्षता प्राप्त करने के लिए उच्च-आवृत्ति स्विचिंग का उपयोग करते हैं। लीनियर रेगुलेटर उत्कृष्ट शोर प्रदर्शन और सरल डिज़ाइन प्रदान करते हैं, जिससे वे शोर-संवेदनशील अनुप्रयोगों के लिए आदर्श बन जाते हैं। स्विचिंग रेगुलेटर बेहतर दक्षता प्रदान करते हैं लेकिन स्विचिंग शोर उत्पन्न करते हैं और अधिक जटिल नियंत्रण परिपथों और फ़िल्टरिंग घटकों की आवश्यकता होती है।
एक लीनियर रेगुलेटर में पावर डिसीपेशन इनपुट और आउटपुट के बीच वोल्टेज अंतर के लोड धारा से गुणा के बराबर होता है, जिसमें रेगुलेटर की स्वयं की निष्क्रिय धारा खपत भी जोड़ी जाती है। उदाहरण के लिए, यदि इनपुट वोल्टेज 12V है, आउटपुट वोल्टेज 5V है, और लोड धारा 1A है, तो पावर डिसीपेशन लगभग 7W निष्क्रिय शक्ति के साथ होगा। इस ऊष्मा का उचित तापीय डिज़ाइन और हीट सिंक के माध्यम से उचित प्रबंधन किया जाना चाहिए।
कम-ड्रॉपआउट नियामकों को तब प्राथमिकता दी जाती है जब इनपुट-आउटपुट वोल्टेज अंतर कम हो, विशेष रूप से बैटरी से चलने वाले अनुप्रयोगों में जहां उपयोग की जा सकने वाली बैटरी क्षमता को अधिकतम करना महत्वपूर्ण होता है। मानक रैखिक नियामकों को आमतौर पर 2-3V ड्रॉपआउट की आवश्यकता होती है, जबकि LDO नियामक 100-300mV जितनी कम ड्रॉपआउट वोल्टेज के साथ काम कर सकते हैं। इस क्षमता के कारण बैटरी जीवन बढ़ जाता है और बैटरी डिस्चार्ज वक्र के अंत तक नियमन की अनुमति मिलती है।
स्थिरता कई कारकों पर निर्भर करती है, जिनमें आउटपुट संधारित्र के गुण, लोड प्रतिबाधा और आंतरिक क्षतिपूर्ति डिज़ाइन शामिल हैं। आउटपुट संधारित्र के ESR और धारिता मान विनियामक की स्थिरता आवश्यकताओं के अनुरूप होने चाहिए, कुछ उपकरणों को स्थिर संचालन के लिए न्यूनतम ESR की आवश्यकता होती है। संधारित्र या गतिशील प्रतिबाधा जैसी लोड विशेषताएँ भी स्थिरता को प्रभावित कर सकती हैं, विशेष रूप से तेज़ ट्रांज़िएंट प्रतिक्रिया विनिर्देशों वाले विनियामकों में।