ORTA 9 dk okuma CANLI SİMÜLATÖR Güncelleme: 1 Kas 2026

Zener Regülatör, 7805 ve LDO: Doğrusal Gerilim Regülatörü Hesabı, Dropout ve Isı

Doğrusal gerilim regülatörleri: zener şönt regülatör hesabı (RS seçimi, zener gücü), zener + transistör, 7805 ve LDO çalışma prensibi, dropout gerilimi, PSRR, ısı ve verim hesabı, çıkış kondansatörü ve kararlılık; canlı simülatörle.

BU YAZIDAN SONRA ŞUNU BİLECEKSİN

  • Zener şönt regülatörde RS'yi en kötü duruma göre seçmeyi
  • 7805 ile LDO arasındaki farkı (dropout)
  • Doğrusal regülatörün ısısını ve verimini tek satırda hesaplamayı
  • Ne zaman LDO yerine anahtarlamalı (buck) regülatör gerektiğini

Neden regülatör?#

Doğrultucu yazısındaki güç kaynağı, şebekeyle birlikte ±%10 oynayan ve her 10 ms'de bir dalgalanan bir DC verir. Bir pil boşaldıkça 4,2 V'tan 3,0 V'a iner. Mikrodenetleyici ise 3,3 V ± %5 ister ve ADC referansı daha da hassastır. Regülatör, oynak bir girişten sabit bir çıkış üretir. Bu yazıdaki hepsi doğrusaldır: fazla gerilimi bir eleman üzerinde ısıya çevirerek atar.

Zener şöntVINRSVZRLVOIRS = IZ + ILLDOVINVOP-MOSR1R2−+VREF
Solda zener şönt: zener yükle paraleldir, fazla akımı yutar. Sağda LDO: bir hata yükselteci çıkışın bölünmüş hâlini referansla karşılaştırır ve seri geçiş transistörünü ayarlar.

Zener şönt regülatör#

Zener diyot ters yönde kırılma geriliminde, akımı geniş bir aralıkta değişse de gerilimini neredeyse sabit tutar. RS beslemeden bir akım çeker; yük ne kadar alırsa alsın, kalanı zener yutar. Çalışması için iki şart var: zener akımı diz akımının (IZK ≈ 1–5 mA) altına düşmemeli ve zener gücünü aşmamalı.

ZENER ŞÖNT TASARIMI RS ≤ VIN,min − VZIL,max + IZK (en kötü: en düşük giriş, en büyük yük) PZ,max = VZ·(VIN,max − VZRS − IL,min) (en kötü: en yüksek giriş, yük yok)

Örnek: 12 V ± 1 V'tan 5,1 V, 0–20 mA yük

RS

RS ≤ (11 − 5,1) / (20 mA + 2 mA) = 268 Ω → 270 Ω (E12) sınırda; güvenli taraf 240 Ω.

Zener gücü

Yük çıkarsa ve giriş 13 V'a çıkarsa: IZ = (13 − 5,1) / 240 = 33 mA → PZ = 5,1 × 33 mA ≈ 0,17 W. ½ W'lık bir BZX55 yeter.

Verim

Tam yükte giriş 12 V × 29 mA ≈ 350 mW, yük 5,1 V × 20 mA = 102 mW: verim ≈ %29. Yük olmasa da aynı akım çekilir.

Sonuç: zener şönt yalnızca birkaç mA'lik yükler için mantıklıdır: bir referans, bir koruma kelepçesi, bir MOSFET kapısının ±15 V sınırı. Simülatörün ilk iki görevi tam bu örnek ve yükün 40 mA'e çıktığı an.

Zener + transistör: seri geçiş#

Zenerin yükü taşımasını istemiyorsan, onu bir emetör izleyicinin tabanına koy. Zener artık yalnızca IL/β kadar taban akımı taşır, yükü transistör besler. Çıkış VZ − 0,7 V'tur ve VBE sıcaklıkla ve akımla oynadığı için tam sabit değildir. Bu yapıya bir hata yükselteci (opamp) eklersen, çıkışı ölçüp referansla karşılaştırırsın ve VBE'nin oynaması geri beslemeyle silinir. İşte 7805'in içi budur.

7805 ve LDO: dropout farkı#

Klasik regülatör (7805, LM317)

Geçiş elemanı bir NPN Darlington. Tabanını sürmek için giriş, çıkışın en az 2 V üstünde olmalı (2·VBE + sürücü payı). 5 V çıkış için en az 7 V giriş. Kararlı, ucuz, çıkış kondansatörüne pek aldırmaz.

LDO (AMS1117, MCP1700, AP2112)

Geçiş elemanı bir P-MOSFET (ya da PNP). Kapısı toprağa çekilerek tam açılabildiği için giriş-çıkış farkı RDS(on) × I kadar inebilir: 0,1–0,3 V. 3,7 V Li-ion'dan 3,3 V almak bu yüzden mümkün. Bedel: çıkış kondansatörünün türü ve ESR'si kararlılığı belirler.

DOĞRUSAL REGÜLATÖRÜN ISISI PD = (VIN − VOUT)·IL + VIN·IQ η ≈ VOUTVIN TJ = TA + PD·RθJA (SOT-23: ≈ 200 °C/W, SOT-223: ≈ 60–90 °C/W, TO-220 soğutucusuz: ≈ 50 °C/W)

Hesap acımasızdır: 5 V'tan 3,3 V'a 300 mA → 0,51 W, verim %66. Bir SOT-23 LDO'da TJ = 25 + 0,51 × 200 ≈ 127 °C: termal korumanın kenarı. 12 V'tan 3,3 V'a 500 mA → 4,35 W, verim %27,5: TO-220 bile soğutucu ister. Bu noktada anahtarlamalı bir buck regülatör %90 verimle aynı işi neredeyse soğuk yapar. LDO'nun yeri: giriş-çıkış farkı küçükken, akım düşükken ya da düşük gürültü gerektiğinde (ADC, RF, ses).

Regülatör tezgâhı

CANLI SİMÜLATÖR

Turuncu çizgi, doğrultucudan gelen dalgalı giriş; yeşil, regülatörün çıkışı. Dropout görevinde girişin dalgalanma dibinin kırmızı çizginin altına inip çıkışı nasıl sürüklediğine bak.

Bu simülatör JavaScript ile çalışır; tarayıcında JavaScript kapalı görünüyor.

Gerçek tasarımda LDO#

  • Kondansatörler datasheet'te yazandır. Eski LDO'lar (AMS1117, LM1117) kararlı kalmak için çıkışta belli bir ESR ister: 10 µF tantal ya da elektrolitik. Saf seramik koyarsan osilasyon yapabilir. Yeni LDO'lar (AP2112, TLV755) seramikle kararlıdır.
  • Iq'ye bak. Pille çalışan cihazda LDO'nun kendi çektiği akım (AMS1117: 5 mA, MCP1700: 1,6 µA) cihazın uykudaki akımından büyük olabilir.
  • PSRR frekansla düşer. 100 Hz'de 60 dB olan PSRR, bir buck'ın 500 kHz'lik dalgalanmasında 20 dB'ye inebilir. Buck'tan sonra LDO koyuyorsan PSRR eğrisine bak.
  • Ters akım. Çıkış girişten yüksekse (ör. giriş kesilip çıkıştaki büyük kondansatör yüklü kalırsa) bazı LDO'ların gövde diyodu ters iletir. Gerekirse girişle çıkış arasına ters bir diyot koy.
KENDİNİ SINA

9 V pilden 5 V, 100 mA çeken bir devre besleniyor (doğrusal regülatör). Regülatörde kaç watt ısı oluşur?

PD = (9 − 5) × 0,1 A = 0,4 W (Iq ihmal). Yüke giden 0,5 W, pilden çekilen 0,9 W: verim %56. Pilin enerjisinin yarısına yakını ısıya gidiyor.

Sık sorulan sorular#

Zener regülatörde seri direnç nasıl hesaplanır?

RS = (VIN,min − VZ) / (IL,max + IZK). En düşük giriş geriliminde ve en büyük yük akımında bile zenerden diz akımı kadar akım geçmelidir. Sonra en yüksek giriş ve yüksüz durum için zener gücünü kontrol et: PZ = VZ·(VIN,max − VZ)/RS.

LDO ile 7805 arasındaki fark nedir?

İkisi de doğrusal regülatördür. 7805 gibi klasik regülatörler girişin çıkıştan en az 2 V yüksek olmasını ister; LDO'lar (düşük düşümlü) P-MOSFET ya da PNP geçiş elemanı sayesinde 0,1–0,3 V farkla çalışabilir. Isı ve verim hesabı ikisinde de aynıdır.

Regülatör neden ısınıyor?

Doğrusal regülatör giriş ile çıkış arasındaki gerilim farkını, yük akımıyla çarpılmış olarak ısıya çevirir: PD = (VIN − VOUT)·IL. Fark ya da akım büyükse ısı da büyüktür; çözüm daha düşük giriş gerilimi, daha iyi soğutma ya da anahtarlamalı regülatördür.

Bu sayfada cevabını bulabileceğin aramalar#

İnsanlar bu konuyu genelde şu kelimelerle arıyor; hepsinin cevabı yukarıdaki yazıda ve simülatörde var:

  • zener regülatör hesabı
  • zener seri direnç
  • LDO nedir
  • LDO regülatör
  • dropout gerilimi
  • 7805 regülatör
  • AMS1117
  • doğrusal regülatör
  • regülatör ısınıyor
  • 5V 3.3V dönüştürme
  • PSRR nedir

Kaynaklar ve ileri okuma#

Bu yazıyı yazarken ve ders çalışırken baktığım kaynaklar. Bölüm numaraları baskıya göre değiştiği için konu adıyla ararsın.

  • Electronic Devices and Circuit Theory Robert L. Boylestad, Louis NashelskyZener regülatör analizi ve "Power Supplies (Voltage Regulators)" bölümü.
  • The Art of Electronics Paul Horowitz, Winfield Hill"Voltage Regulation and Power Conversion": 7805, LDO kararlılığı ve ısıl hesap.
  • Microelectronics: Circuit Analysis and Design Donald A. NeamenZener diyot devreleri ve geri beslemeli regülatör.
  • Understanding the terms and definitions of LDO voltage regulators (SLVA079) Texas InstrumentsDropout, PSRR, Iq ve ESR kararlılığının tanımları. ti.com
  • AMS1117, MCP1700, AP2112 datasheet AMS, Microchip, Diodes Inc.Dropout, Iq ve çıkış kondansatörü koşulları.

BUNLARA DA BAK

İLERI DÜZEY DEVRE ELEMANLARIDiyot Türleri

Hepsi "tek yönlü vana" ama hangisini nereye takacaksın?

12 diyot türünü tek bakışta gör; sonra türü seç, yük doğrusuyla çalışma noktasını bul, zener'i ters yönde sür.

ORTA 10 dk okuma CANLI SİMÜLATÖR
DEVRE ANALIZI VE DEVRE TÜRLERIDoğrultucu ve DC kaynak

Büyük filtre kapasitörü iyi mi? Akımı darbeye çevirir.

Filtre kapasitörünü büyüt: çıkış düzleşir ama diyot akımı sivri darbelere dönüşür. Dengeyi kendin bul.

ORTA 11 dk okuma CANLI SİMÜLATÖR
İLERI DÜZEY DEVRE ELEMANLARITL431 ve gerilim referansı

Telefon şarj aletini aç: içinde neredeyse kesin bir TL431 göreceksin. Üç bacaklı, transistöre benzeyen, aslında içi tam bir regülatör olan bir parça.

TL431'i "ayarlanabilir, keskin bir zener" olarak kullan; SMPS geri beslemesindeki rolünü öğren.

ORTA 7 dk okuma
İLERI DÜZEY DEVRE ELEMANLARIOpamp (eleman olarak)

Kazancı yüz bin olan bir yükselteci, kazancı tam 10 olan bir yükseltece çevirmek için iki direnç yeter. Sır, kazancın çoğunu bilerek atmakta.

Opampı bir kutu olarak tanı: iki altın kural, GBW, slew rate ve datasheet'te neye bakılacağı.

ORTA 9 dk okuma

Bir yanlış, eksik ya da merak ettiğin bir şey mi var?

Bu notları öğrenirken yazıyorum; hata yaptıysam düzeltmek, eksik bıraktığım yeri tamamlamak isterim. İstediğin konuyu yaz, sıraya alayım. Bu devrelerin gerçek kart karşılıklarını da projelerimde bulabilirsin.

İletişime Geç Donanım Projelerim