טריק קטן מאפשר לנו להשתמש במייצב מתח פשוט וזול בתור מקור לזרם חשמלי קבוע – אם אנחנו מוכנים לספוג קצת בזבוז אנרגיה בדרך.

בכנס המייקרים הראשון והצנוע שארגנו לפני עשר שנים (כתבתי על זה כאן) חילקתי לכל מי שרצה כמה יחידות של מייצב המתח הנפוץ 78L05: הגיעו אז לידיי מאות כאלה, ועד היום אני מנסה להיפטר מהן. בסופו של דבר זה רכיב טוב שעושה את התפקיד שלו, הוא פשוט קצת מיושן, וקצת פחות רלוונטי ליישומים של המייקר המודרני הטיפוסי.

לא מזמן נתקלתי במקרה בשימוש נוסף של הרכיב הזה, פרט לייצוב 5V: הוא יכול להוות גם מקור זרם קבוע. למעשה, זה "טריק" כל כך מוכר, סטנדרטי ומסודר שאי אפשר בכלל לקרוא לו hack. הוא אפילו מופיע בדפי הנתונים של הרכיב! (יש הרבה יצרנים אז לא שמתי קישור ספציפי, חפשו במנוע החיפוש החביב עליכם). לפני שניכנס לפרטים הטכניים, הנה תמונה להדגמה: מייצב המתח (הרכיב השחור בפינת המטריצה) ניזון מספק כוח 12V, ומוציא כ-12.5mA בין אם מחובר אליו לד אחד בלבד (בתמונה השמאלית) או שניים בטור. הרכיב הנוסף היחיד במעגל הוא נגד פשוט, 510 אוהם. איך זה עובד?

כמו לרוב מייצבי המתח הלינאריים, גם ל-78L05 יש שלוש רגליים, שמסומנות כ-Input, Output ו-Ground. הסוד טמון ברגל ה-Ground: זהו שם מטעה. היא לא באמת Ground, אלא רפרנס. הרכיב פשוט מנסה לשמור על מתח של 5V בין ה-Output שלו לבין הרגל הזאת, ולא אכפת לו אם היא מחוברת לאדמה של המעגל או לכל מתח רפרנס אחר! לדוגמה, אם אחבר את רגל ה"Ground" למתח של 1V ביחס לאדמה האמיתית של המעגל, אז ברגל ה-Output אני אראה 6V ביחס לאותה אדמה.

בואו נשכח לרגע את מייצב המתח ונדבר על נגד רגיל, שמחובר בטור איפשהו באיזשהו מעגל. כמה מתח נופל עליו? בלי לדעת שום דבר על המעגל, רק על סמך חוק אוהם (V=IR), אנחנו יודעים שהמתח הזה יהיה ערך הנגד באוהם כפול הזרם שעובר דרכו. אם הנגד הוא, נניח, 220 אוהם והזרם דרכו הוא 5 מיליאמפר (0.005 אמפר), המתח שייפול עליו הוא 1.1V – אין אופציה אחרת.

כעת נניח שאנחנו רוצים להגדיל את המתח שנופל על הנגד הזה. אי אפשר לשנות את ההתנגדות שלו (לפחות לא באופן "חוקי"), אז הדבר היחיד שאנחנו יכולים לעשות זה להגדיל את הזרם. יותר זרם דרך אותה התנגדות => מתח יותר גדול. אם נרצה להגיע ל… לא יודע, סתם זורק מספר: 5V, הזרם יצטרך לעלות ל-22.73 מיליאמפר.

נחזור אל מייצב המתח שלנו. אמרנו שהוא מנסה לשמר 5V בין ה-Output לבין הרפרנס שלו, אז אם יהיה נגד של 220 אוהם ביניהם, מה יקרה? המייצב ידחוף בדיוק 22.73 מיליאמפר לכיוון הנגד, כדי לקבל את התוצאה הרצויה! אבל רק שנייה, לפני שאתם רצים אל המטריצה לנסות. הרגל Ground של ה-78L05 היא, כמו שאמרנו, רפרנס בלבד. היא לא באמת בנויה לקלוט זרם – מהבחינה הזו היא דומה יותר לפין קלט אנלוגי של ארדואינו. בסופו של דבר הזרם יצטרך להתנקז לאיזושהי אדמה, למשל דרך לד או שניים.

בשביל מה כל הסיפור הזה טוב? למה לא להדליק לד עם מקור מתח ונגד בטור, כמו אנשים נורמליים? דמיינו שהלחמתם מעגל שעושה בדיוק את זה ומדליק לד לבן פשוט (מתח קדמי 3V) ממקור מתח של 5V ודרך נגד 100 אוהם כדי לקבל זרם של 20 מיליאמפר. עובד נפלא, אבל פתאום אתם מבינים שעדיף דווקא לד אדום. אם תחליפו רק את הלד, בגלל שהמתח הקדמי שלו שונה (1.8V), הזרם יעלה ל-32 מיליאמפר ויש סיכוי טוב שהלד יישרף. עם מקור זרם קבוע (Constant Current), לעומת זאת, אם קובעים שיעברו 20 מיליאמפר, זה מה שיהיה – לא חשוב איזה צבע לד תשימו. ויש עוד המון שימושים, באמת.

לסיום, נעבור על החסרונות של השיטה הזו. קודם כל, כדי להגיע לזרם הקבוע הנחשק, הפלנו 5V על הנגד. זה בזבוז משמעותי של הספק! הוסיפו לזה את העובדה שה-78L05, ספציפית, מפיל בעצמו כ-2V ממתח הכניסה, ואיבדתם 7V לפני שהגעתם בכלל ללדים.

בנוסף, ה-78L05 בנוי לספק 100 מיליאמפר לכל היותר, והוא בעצמו צורך כל הזמן כמה מיליאמפרים רק כדי לפעול (מה שמסביר את ה-12.5mA שהצגתי קודם, למי ששם לב וניסה לחשב מאיפה זה בא). אז הטריק לא מיועד למעגלים שצריכים להיות חסכוניים, ואם צריך זרם יותר גבוה, צריך מייצב מתח חזק יותר (למשל 7805, בלי ה-L באמצע) וגם נגד שיכול לעמוד בהספק גבוה יותר.

אז… מי רוצה המון ספקי זרם קבוע קטנים ולא כל כך יעילים? 🙂