رگولاتور ولتاژ با Op-Amp و MOSFET: یک مثال عملی
 

گاهی اوقات ولتاژ خروجی یکسوساز (مثلاً پل تمام موج) دارای ریپل است و بسیاری از قطعات الکترونیکی به ولتاژ پایدار و بدون نویز نیاز دارند. در چنین شرایطی، یک رگولاتور ولتاژ میتواند ناجی مدار باشد. در این پست، به بررسی یک مثال عملی از رگولاتور ولتاژ با استفاده از آپ-امپ و MOSFET می‌پردازیم.
 

مشکل: ولتاژ ورودی ناپایدار

فرض کنید ولتاژ ورودی که از یکسوساز پل کامل دریافت میکنیم، دارای نوساناتی (ریپل) است. این نوسانات برای بسیاری از دستگاه‌های الکترونیکی مضر است و میتواند باعث عملکرد نادرست یا حتی آسیب شود.

راهکار: رگولاتور ولتاژ با آپ-امپ و MOSFET

رگولاتور ولتاژ باید بتواند یک ولتاژ متغیر ورودی را به یک ولتاژ ثابت و کاملاً تنظیم‌شده تبدیل کند. در این مثال، از یک آپ-امپ و یک MOSFET استفاده شده است.

نحوه عملکرد مدار

1. **MOSFET در ناحیه تریود**: MOSFET در ناحیه تریود عمقی مانند یک مقاومت متغیر عمل میکند.
    
2. **اثر افزایش ولتاژ ورودی**:
    
    - اگر ولتاژ ورودی (سمت چپ) کمی افزایش یابد، ولتاژ نقطه ۱ نیز بالا میرود.
        
    - این افزایش، ولتاژ نقطه ۲ را نیز بالا میبرد.
        
3. **کنترل توسط آپ-امپ**:
    
    - نقطه ۲ به ترمینال منفی آپ-امپ متصل است.
        
        - اگر ولتاژ نقطه ۲ بخواهد از ولتاژ مرجع Vref​ بیشتر شود، آپ-امپ (که به صورت یک اینورتینگ آمپلیفایر عمل میکند) ولتاژ گیت MOSFET را کاهش میدهد.
        
4. **تنظیم مقاومت MOSFET**:
    
    - با کاهش ولتاژ گیت، مقاومت MOSFET افزایش مییابد.
        
    - این افزایش مقاومت، ولتاژ نقطه ۱ را کاهش میدهد و در نتیجه ولتاژ خروجی ثابت نگه داشته میشود.
        

 تحلیل ریاضی

با فرض بهره بسیار بالای آپ-امپ (A0​)، دو ولتاژ ورودی آن تقریباً برابر خواهند بود. بنابراین میتوان رابطه زیر را نوشت:

این رابطه نشان میدهد که ولتاژ خروجی تنها به ولتاژ مرجع و مقادیر مقاومت‌ها بستگی دارد و تحت تأثیر تغییرات ولتاژ ورودی قرار نمیگیرد.

نتیجه‌گیری

این مدار یک مثال ساده اما قدرتمند از استفاده از آپ-امپ و MOSFET برای ساخت یک **رگولاتور ولتاژ خطی** است. با بهره‌گیری از ویژگی تقویت بالا در آپ-امپ، مدار قادر است با تنظیم مقاومت MOSFET، ولتاژ خروجی را بهطور دقیق ثابت نگه دارد. این روش در بسیاری از منابع تغذیه و سیستم‌های کنترل ولتاژ مورد استفاده قرار میگیرد.