Menjelaskan sirkuit regulator tegangan mobil

Saya perlu menemukan solusi untuk regulator tegangan yang akan digunakan dalam kendaraan, mengatur ~ 12V dari aki mobil ke 5V yang digunakan oleh mikrokontroler Atmel AVR.

Saya menemukan skema ini di Internet:

Sementara saya memahami sebagian besar cara kerja rangkaian ini, saya punya beberapa pertanyaan tentang hal ini:

1. Apa tujuan dari resistor R30 di sisi input?
2. Mengapa ada dua kapasitor di setiap sisi LM7805 regulator linier ? Jawaban untuk pertanyaan lain ini mungkin jawaban yang saya cari, tetapi saya tidak yakin tentang itu. Jika jawaban ini terkait dengan pertanyaan saya dan penggunaan dua kapasitor adalah untuk mengurangi hambatan dan induktansi, mengapa peringkat kapasitor yang berbeda digunakan (0,1 μF dan 470 μF)?
3. Mengambil sepasang kapasitor, mengapa salah satu dari mereka terpolarisasi dan yang lainnya tidak?
4. Apakah ada kelemahan jika menggunakan kapasitor dengan kapasitansi lebih besar daripada yang ditampilkan pada skema?
5. Apakah ada kelemahan jika menggunakan kapasitor dengan tegangan break-down yang lebih besar daripada yang ditampilkan pada skema?

Terima kasih sebelumnya.

1. R30 membatasi arus puncak pengisian ke kapasitor, tetapi pada 1 ohm masih memungkinkan untuk 12 A, jadi tidak banyak digunakan di sana. Juga akan membatasi arus melalui zener jika ada puncak di atas 20 V.

2. Kapasitor yang lebih besar bekerja kurang baik pada frekuensi yang lebih tinggi, dan di situlah yang lebih kecil mengambil alih.

3. 470 μF dalam versi yang tidak terpolarisasi akan mahal, tetapi tidak ada yang menentangnya. Semua kapasitor besar terpolarisasi.

4. Pada output itu akan memberi beban tambahan untuk 7805 untuk mengisi daya. Pada input juga untuk baterai, tetapi itu dapat memberikan lebih dari cukup saat ini.

5. Tidak, kecuali mereka lebih besar.

6. Perlu diingat bahwa perbedaan input-output untuk 7805 adalah sekitar 5 V (12 V - 1 V untuk dioda dan 1 V untuk R30 - 5 V keluar) dan bahwa pada 1 A keluar regulator akan membuang 5 W, sehingga akan membutuhkan pendinginan yang cukup (heatsink yang cukup besar) jika Anda ingin menarik arus sebanyak itu.

Untuk memperluas jawaban stevenvh, untuk desainer yang kurang berpengalaman:

1. R30 ada untuk membatasi arus masuk sehingga sekering tidak meledak. Kalau tidak, saat Anda pertama kali menghubungkan rangkaian, kapasitor input dapat menarik banyak arus hingga terisi penuh, yang cukup untuk meledakkan sekering. Seperti kata stevenvh, itu mungkin membantu melindungi kapasitor juga, yang bisa jadi penting untuk beberapa jenis kapasitor, terutama tantalum, yang secara harfiah dapat terbakar jika dianiaya terlalu buruk. Arus jangka panjang melalui sekering akan sebanding dengan arus beban, yang untuk mikrokontroler akan kecil, sehingga arus masuk pada power-on pertama adalah semacam kasus khusus dan bukan masalah sisa waktu. Jika Anda ingin mengukur lonjakan arus coba tangkap di osiloskop digital dengan probe saat ini. Juga R30 dapat membantu membatasi arus ke beban di bawah kondisi arus pendek, terutama jika seseorang telah mengganti sekering yang ditiup dengan sepotong logam. 12A dari sumbernya masih dapat menggoreng setiap sirkuit yang dilaluinya, tetapi setidaknya itu cukup rendah untuk mungkin tidak membuat mobil Anda terbakar, yang arus tidak terbatas dari aki mobil dapat cukup tinggi untuk dilakukan.

2. Kapasitor bernilai besar tersedia untuk perubahan arus beban yang relatif lebih besar dan bervariasi dengan variasi yang lebih lambat (atau tegangan input, yang dapat sangat bervariasi pada mobil karena arus baterai yang tinggi selama proses engkol mesin). Kapasitor nilai kecil ada untuk perubahan arus beban yang lebih kecil dan lebih bervariasi. Kapasitor kehidupan nyata bukanlah "ideal" dan memiliki kasus penggunaan khusus, sehingga menempatkan berbagai jenis kapasitor secara paralel memungkinkan mereka menopang kelemahan masing-masing.

3. Berbagai jenis kapasitor dapat dipolarisasi atau tidak. Untuk nilai pada skema itu Anda mungkin akan menggunakan aluminium elektrolit atau tantalum untuk nilai besar dan mereka akan terpolarisasi. Untuk nilai kecil Anda mungkin akan menggunakan keramik dan itu tidak akan terpolarisasi, tetapi jika Anda memilih beberapa jenis lain mungkin. Polarisasi sebagaimana ditandai adalah asumsi dari perancang skematik tentang jenis kapasitor yang akan digunakan. Anda tidak mendeskripsikan selembar bahan tetapi mungkin tersedia di sumber Anda yang mencantumkan bagian-bagian tertentu yang ada dalam pikiran mereka.

4. Lebih banyak kapasitansi pada umumnya merupakan hal yang baik dalam regulator tegangan, karena variasi dalam arus beban dapat diambil dari kapasitor daripada sumber input (misalnya baterai & kabel), yang mungkin memiliki impedansi tinggi dan tidak dapat menyediakan arus tinggi sesuai permintaan (sementara masih dapat memasok arus rata-rata). Namun tidak perlu berlebihan, karena tugas regulator adalah secara aktif menggunakan umpan balik untuk menjaga tegangan output menutup output nominal. Chip digital tidak terpengaruh oleh sejumlah kecil riak atau gangguan pada input daya selama masih dalam jumlah yang ditentukan (biasanya +/- 5%). Sirkuit analog seperti RF, audio, inframerah dll. Dapat jauh lebih sensitif terhadap kebisingan catu daya dan memerlukan pengaturan yang lebih baik. Biaya dan ukuran adalah faktor desain penting, dan menguranginya biasanya berarti termasuk "

5. Kapasitor tegangan tinggi mungkin lebih mahal, dan seseorang dapat memanggil Anda untuk hal ini selama tinjauan desain untuk produk nyata. Bagi seorang hobiis, lebih baik mendesain hal-hal selama ukurannya tidak menjadi masalah, karena beberapa sen untuk komponen lebih dari sekadar menebus upaya penyolderan kembali jika ada yang digoreng.