Düşük Gürültülü Doğrusal Gerilim Düzenleyici Tasarımı ve Uygulaması

Gerilim Düzenleyicilere Giriş: Temel Kavramlar

Elektronik devrelerin neredeyse tamamı, kararlı ve güvenilir bir şekilde çalışmak için sabit bir DC gerilime ihtiyaç duyar. Ancak pillerin gerilimi zamanla düşer veya AC şebekeden doğrultulan gerilimde dalgalanmalar (ripple) olur. İşte bu noktada gerilim düzenleyiciler devreye girer. Görevleri, giriş gerilimi veya yük akımı değişse bile sabit bir çıkış gerilimi sağlamaktır. İki ana tür gerilim düzenleyici vardır: Doğrusal (Linear) ve Anahtarlamalı (Switching).

Doğrusal (Lineer) Gerilim Düzenleyicilerin Çalışma Mantığı

Bir lineer regülatörü, en basit haliyle, akıllı ve değişken bir direnç gibi düşünebiliriz. Çıkış voltajını sürekli olarak izler ve sabit tutmak için kendi direncini anlık olarak ayarlar.

Bu işlemin arkasındaki temel yapı üç ana bölümden oluşur:

1. Geçiş Elemanı (Pass Element): Genellikle bir BJT veya MOSFET transistördür. Giriş ile çıkış arasına seri olarak bağlanır ve devrenin ana kontrol vanası gibi çalışır. Direnci, üzerine uygulanan kontrol sinyali ile değişir.
2. Referans Gerilimi (Voltage Reference): Son derece kararlı, sıcaklıktan ve giriş geriliminden etkilenmeyen sabit bir voltaj kaynağıdır (örn: bir Zener diyot veya bandgap referansı). Bu, regülatörün “hedef” voltajıdır.
3. Hata Yükselteci (Error Amplifier): Regülatörün beynidir. Çıkış geriliminin bir kısmını (genellikle bir voltaj bölücüden alınan) alır ve bunu sabit referans gerilimi ile karşılaştırır. Aradaki en küçük farkı bile algılar ve yükseltir.

---

Geri Besleme Döngüsü Nasıl Çalışır?

• Çıkış gerilimi artarsa: Hata yükselteci, çıkış ile referans arasındaki bu pozitif farkı algılar ve geçiş elemanına (örneğin bir MOSFET veya BJT) giden kontrol sinyalinin genliğini azaltır. Bu, geçiş elemanının iletkenliğini azaltarak üzerindeki gerilim düşümünü artırır. Böylece çıkış gerilimi tekrar hedeflenen seviyeye düşürülür.
• Çıkış gerilimi azalırsa: Hata yükselteci, çıkış ile referans arasındaki bu negatif farkı algılar ve geçiş elemanına daha yüksek bir kontrol sinyali uygular. Bu da geçiş elemanının iletkenliğini artırır, üzerindeki gerilim düşümünü azaltır ve çıkış gerilimi hedef seviyeye yükseltilir.

Bu sürekli ayarlama işlemi sayesinde çıkış gerilimi sabit kalır.

Yukarıdaki devre, negatif geribesleme ile çıkış gerilimini sabit tutan klasik bir hata yükselteci (error amplifier) kontrollü doğrusal gerilim düzenleyici örneğidir. Özünde şu işlemi yapar:

Çıkış gerilimini, referans gerilimi ile karşılaştırıp, farkı bir MOSFET üzerinden kontrol ederek çıkışı sabit tutar.

---

Devredeki Temel Elemanlar

Eleman	İşlevi
Zener diyot + R1	Sabit referans gerilimi $V_Z$ oluşturur.
Opamp $OA_1$	Hata yükselteci; $V_X$ ve $V_Y$’yi karşılaştırır.
Gerilim bölücü $R_2, R_3$	Çıkış geriliminin orantılı bir kısmını üretir: $V_X$
MOSFET $M_1$	Akımı kontrol ederek çıkış gerilimini belirler.
Negatif geribildirim	Çıkışı sabit tutmak için opamp çıkışından MOSFET kapısına etki eder.

---

1. Gerilim Bölücü:

Opamp’ın eksi girişine bağlı gerilim:

$$V_X = V_{OUT} \cdot \frac{R_3}{R_2 + R_3}$$

Bu, çıkış geriliminin orantılı bir kısmıdır.

---

2. Referans Gerilimi:

Opamp’ın artı girişine bağlı gerilim:

$$V_Y = V_Z$$

Buradaki $V_Z$, Zener tarafından sabit tutulan gerilimdir (örneğin 2.5 V).

---

3. Opamp Karşılaştırması:

Opamp hata yükselteci olarak çalışır. Negatif geribildirimli olduğu için şu denge durumu oluşur:

$$V_X \approx V_Y$$

Yani:

$$V_{OUT} \cdot \frac{R_3}{R_2 + R_3} \approx V_Z \Rightarrow \boxed{V_{OUT} \approx V_Z \cdot \frac{R_2 + R_3}{R_3}}$$

---

Örnek:

• $V_Z = 2.5\,\text{V}$
• $R_2 = 7.5\,\text{k}\Omega$
• $R_3 = 2.5\,\text{k}\Omega$

$$V_{OUT} = 2.5 \cdot \frac{7.5 + 2.5}{2.5} = 2.5 \cdot 4 = 10\,\text{V}$$

---

4. MOSFET ve Opamp Etkileşimi:

• Eğer $V_{OUT}$ artarsa → $V_X > V_Y$ olur → Opamp çıkışı düşer → MOSFET daha az iletir → $V_{OUT}$ tekrar düşer.
• Eğer $V_{OUT}$ azalırsa → $V_X < V_Y$ olur → Opamp çıkışı artar → MOSFET daha çok iletir → $V_{OUT}$ tekrar yükselir.

Bu sayede devre negatif geribildirimle stabil çalışır.

---

Özet

Değişken	İfade
Gerilim bölücü çıkışı	$V_X = V_{OUT} \cdot \dfrac{R_3}{R_2 + R_3}$
Referans gerilimi	$V_Y = V_Z$
Kararlılık koşulu	$V_X = V_Y \Rightarrow V_{OUT} = V_Z \cdot \dfrac{R_2 + R_3}{R_3}$

---

Lineer ve Anahtarlamalı Regülatörlerin Karşılaştırılması

Özellik	Doğrusal (Lineer) Regülatör	Anahtarlamalı (Switching) Regülatör
Verimlilik	Düşük (%30-60). Fazla enerjiyi ısı olarak harcar.	Yüksek (%80-95+). Enerjiyi manyetik alanda depolar.
Gürültü (EMI)	Çok Düşük. Gürültülü anahtarlama elemanı yoktur.	Yüksek. Hızlı anahtarlama nedeniyle gürültü üretir.
Karmaşıklık	Basit. Az sayıda harici komponent gerektirir.	Karmaşık. Bobin, diyot, transistör ve kontrolcü gerektirir.
Boyut	Verimsizlik nedeniyle büyük soğutucu (heatsink) gerektirebilir.	Daha küçük olabilir çünkü soğutucu ihtiyacı azdır.
Maliyet	Genellikle daha ucuzdur.	Daha pahalı ve tasarımı daha zordur.
Uygulama Alanı	Hassas analog devreler, ses sistemleri, sensörler.	Bataryalı cihazlar, yüksek güçlü sistemler, bilgisayarlar.

Bu tablodan da anlaşılacağı gibi, projemizin hedefi olan hassas ve gürültüsüz bir sistem için lineer regülatörler bariz bir şekilde en doğru tercihtir.

---

Projenin En Önemli Bileşeni: Neden “Ultra Düşük Gürültü”?

Yüksek performanslı analog ve karma sinyal (mixed-signal) devrelerin başarısı, büyük ölçüde beslendikleri güç kaynağının kalitesine bağlıdır. LCR Metre gibi hassas ölçüm cihazlarında, sensör arayüzlerinde veya yüksek kaliteli ses sistemlerinde, güç hattındaki en küçük bir gürültü bile sistemin genel performansını ciddi şekilde düşürebilir. Bu proje, bu tür hassas uygulamalar için kritik olan ultra düşük gürültülü bir doğrusal gerilim düzenleyici tasarımına odaklanmaktadır.

Güç Kaynağı Gürültüsünün Etkileri

Güç kaynağı gürültüsü, çeşitli kaynaklardan gelebilir ve farklı komponentleri farklı şekillerde etkiler:

• ADC’ler (örn: AD7606): Güç hattındaki gürültü, referans gerilimini etkileyerek veya doğrudan analog girişlere kuple olarak ölçüm doğruluğunu ve çözünürlüğünü (Effective Number of Bits - ENOB) düşürür.
• Sinyal Jeneratörleri (örn: AD9833): Gürültülü bir besleme, üretilen sinyalin faz gürültüsünü (phase noise) ve jitter’ını artırarak sinyal kalitesini bozar.
• İşlemsel Yükselteçler (örn: OPA810): Op-amp’ların Güç Kaynağı Bastırma Oranı (PSRR) ne kadar iyi olursa olsun, belirli bir miktar gürültü çıkışa yansır ve sinyal-gürültü oranını (SNR) kötüleştirir.
• Mikrodenetleyiciler (örn: STM32G431): Özellikle dahili ADC, DAC veya komparatör gibi analog çevre birimleri kullanılırken, gürültülü bir besleme bu birimlerin kararsız çalışmasına neden olabilir.

Çözüm: Ultra Düşük Gürültülü Regülatörler

Bu sorunların üstesinden gelmek için projemizde, endüstri standardı haline gelmiş, sınıfının en iyisi üç adet lineer regülatör kullanacağız.

Elbette, verdiğiniz metni LT3045’in veri sayfasına göre güncelledim. İşte yeni hali:

1. LT3045: Gürültüye Duyarlı Uygulamalar İçin Pozitif Regülatör

Analog Devices tarafından üretilen LT3045, özellikle gürültüye karşı çok hassas olan RF (Radyo Frekansı) ve yüksek hızlı veri dönüştürücü uygulamaları için tasarlanmış, ultra düşük gürültü ve ultra yüksek PSRR performansına sahip bir lineer regülatördür.

• Temel Özellikler:
  • Ultra Düşük RMS Gürültü: 0.8µV RMS (10Hz - 100kHz)
  • Ultra Düşük Spot Gürültü: $2nV/\sqrt{Hz}$ (10kHz’de)
  • Ultra Yüksek PSRR: 76dB (1MHz’de)
  • Çıkış Akımı: 500mA
  • Geniş Giriş Voltaj Aralığı: 1.8V - 20V
  • Mimarisi: Hassas bir akım kaynağı referansı ve bunu takip eden yüksek performanslı bir gerilim tamponu (voltage buffer) üzerine kuruludur. Bu benzersiz mimari, geleneksel regülatörlerdeki gürültülü bandgap gerilim referansı ihtiyacını ortadan kaldırır. Bu sayede, çıkış geriliminde bağımsız olarak neredeyse sabit bir çıkış gürültüsü, PSRR ve bant genişliği performansı sunar. Ayrıca, bu yapı sayesinde birden fazla LT3045’in paralel bağlanması çok kolaydır, bu da gürültüyü daha da azaltmaya, çıkış akımını artırmaya ve ısıyı PCB üzerinde dağıtmaya olanak tanır.

LT3045 Tasarım Kuralları

LT3045, ultralow gürültü ve ultra yüksek PSRR (Power Supply Rejection Ratio - Güç Kaynağı Bastırma Oranı) mimarisine sahip yüksek performanslı bir düşük düşüşlü (LDO) lineer regülatördür. Tasarımlarımızda LT3045’in tam performansını elde etmek ve doğru çalışmasını sağlamak için aşağıdaki kurallara dikkat etmeliyiz:

PSRR (Güç Kaynağı Bastırma Oranı), bir devrenin (genellikle bir kuvvetlendiricinin veya gerilim düzenleyicinin) güç kaynağındaki dalgalanma veya gürültülerin çıkışa yansımasını ne kadar iyi bastırabildiğini gösteren bir ölçüdür. Genellikle desibel (dB) cinsinden ifade edilir.

• Yüksek PSRR, devrenin güç kaynağındaki gürültüden daha az etkilendiği anlamına gelir.
• Frekansa bağlıdır: PSRR genellikle yüksek frekanslarda azalır.

$$\text{PSRR (dB)} = 20 \log \left( \frac{\Delta V_{\text{güç}}}{\Delta V_{\text{çıkış}}} \right)$$

• Çıkış Voltajı Ayarı:
  • LT3045’in SET pininden $100 \mu A$ hassas bir akım akar.
  • SET pini ile GND arasına bir direnç ($R_{SET}$) bağlanarak çıkış voltajı ayarlanır. Çıkış voltajı $V_{OUT} = I_{SET} \cdot R_{SET}$ formülüyle belirlenir.
  • Çıkış voltajı aralığı $0V$‘tan $15V$‘a kadardır. $0V$ için $0Ω$ direnç kullanılabilir.
  • Yüksek doğruluk için SET pin direncini hassas bir direnç olarak seçmeliyiz (örneğin tolerans değeri %±0.5 veya daha az).
  • SET pini yüksek empedanslı bir düğüm olduğundan, istenmeyen sinyallerin kuplajını önlemek için $10nF$‘lik küçük bir kapasitörle $GND$‘ye bypass edilmesi önerilir.
  • SET ucundaki kaçak akım yollarını en aza indirmek için, bu ucu potansiyeli kendisine yakın olan OUT ucuna bağlı bir koruma halkası (guard ring) ile çevrelemek gerekir (aşağıdaki şekildeki gibi). Bu koruma halkasının devre kartının her iki yüzeyinde de uygulanması tavsiye edilir.

• Kapasitör Seçimi ve Yerleşimi:

  • Çıkış Kapasitörü ($C_{OUT}$):
    • LT3045 kararlılık için minimum $10\mu F$ seramik çıkış kapasitörü gerektirir.
    • Bu kapasitörün ESR (Equivalent Series Resistance - Eşdeğer Seri Direnç)‘si $20 \; mΩ$‘dan düşük ve ESL (Equivalent Series Inductance - Eşdeğer Seri Endüktans)‘si $2 \; nH$‘den düşük olmalıdır.
    • Daha büyük çıkış kapasitörleri, regülatörün bant genişliğini azalttığı için performansı marjinal olarak artırır. Ancak, yük geçişleri sırasında tepe çıkış sapmalarını azaltmak için daha büyük değerler kullanılabilir.
    • X5R ve X7R dielektrik malzeme ile üretilmiş kapasitör kullanılması önerilir. Z5U ve Y5V dielektrikler, voltaj ve sıcaklık değişimleriyle kapasitanslarında büyük değişiklikler gösterebilir.
    • Kapasitörlerin DC bias voltajına bağlı olarak gerçek değerlerinin düşebileceği göz önünde bulundurulmalıdır; özellikle X5R ve X7R kapasitörlerde bile bu durum önemli olabilir. Çalışma voltajındaki beklenen kapasitans değerini doğrulamak şiddetle tavsiye edilir.
    • LT3045’in çok düşük çıkış empedansı nedeniyle, seramik çıkış kapasitöründen kaynaklanan piezoelektrik gürültü ihmal edilebilir düzeydedir.
  • SET Pini Kapasitörü ($C_{SET}$):
    • SET pinine bir kapasitör eklemek çıkış gürültüsünü, PSRR’yi ve geçici tepkiyi iyileştirir.
    • Bu kapasitör, SET pin direncindeki termal gürültüyü ve referans akımının gürültüsünü bypas eder, böylece çıkış gürültüsü sadece hata amplifikatörünün gürültüsüyle sınırlanır.
    • CSET kullanımı başlangıç süresini artırır.
    • Ultralow gürültülü uygulamalar için $22 \mu F$‘a kadar daha büyük SET pin kapasitörü gerekebilir. Bu durumlarda, LT3045’nin hızlı başlangıç devresi başlangıç akımını 2mA’ya çıkararak bu süreyi kısaltır.
    • Bypass kapasitörünün kaçak akımı, DC regülasyonunu bozabilir (örneğin 100nA kaçak, %0.1 DC hataya yol açar); bu nedenle kaliteli, düşük kaçaklı seramik kapasitörler kullanılması tavsiye edilir.
    • SET pin kapasitöründen kaynaklanabilecek piezoelektrik gürültüyü önlemek için seramik olmayan (tantal, elektrolitik veya film) kapasitörler kullanılabilir; ancak elektrolitik kapasitörlerin yüksek 1/f gürültüsü olabilir. Yüzey montajlı kapasitörler şiddetle tavsiye edilir.
  • Giriş Kapasitörü ($C_{IN}$):
    • LT3045 minimum $4.7 \mu F$ IN pini kapasitörü ile kararlıdır. Düşük ESR’li seramik kapasitörler önerilir.
    • Uzun besleme kabloları kullanılıyorsa, tel endüktansından kaynaklanan kararsızlığı önlemek için daha büyük bir giriş kapasitörü kullanılmalıdır (kabaca her 15-20 cm tel uzunluğu için ek $1\mu F$).
    • Tel endüktansını azaltmak için akım götüren ve getiren iletkenler (giriş ve toprak bağlantıları) birbirlerine olabildiğince yakın yerleştirilmelidir.
    • Besleme ile LT3045 girişi arasına $0.1\;Ω$ ila $0.5\;Ω$ gibi seri direnç eklemek de kararlılığa yardımcı olabilir, ancak bu dirençler gerilim düşümünü artırır. Daha iyi bir alternatif, $4.7 \mu F$ seramik kapasitöre paralel olarak daha yüksek ESR’li tantal veya elektrolitik bir kapasitör kullanmaktır.
    • Anahtarlamalı dönüştürücüleri post-regüle ederken, LT3045 girişine yerleştirilen bir kapasitör, anahtarlama frekansında manyetik alan oluşturarak PSRR’yi düşürebilir. Bu etkiyi azaltmak için, anahtarlamalı dönüştürücünün çıkış kapasitörü LT3045’den en az birkaç cm uzakta konumlandırıldığında giriş kapasitörü tamamen çıkarılabilir.
    • En iyi PSRR performansı için LT3045 demo kartı (DC2491A) düzeninin kullanılması tavsiye edilir. Yerleşim düzeni, manyetik kuplajı azaltacak şekilde optimize edilmiştir; bu sayede yüksek frekanslı parazitlerin neden olabileceği PSRR bozulmaları engellenir.
    • Çok yüksek frekanslı (100’lerce MHz) anahtarlayıcı “sıçramalarını” filtrelemek için, anahtarlayıcının çıkışı ile LT3045’nin girişi arasına ferrit boncuk veya kısa bir PCB izi indüktansı (LC filtresi olarak) eklenebilir.

• Pin Bağlantıları ve İşlevsellik:

  • Kelvin Bağlantıları: Optimal geçici (transient) performans ve yük regülasyonu için OUTS pini doğrudan çıkış kapasitörüne ve yüke bağlanmalıdır. SET pin direncinin GND tarafı da doğrudan $C_{OUT}$‘un GND tarafına bağlanmalıdır. $C_{IN}$ ve $C_{OUT}$‘un GND bağlantıları da birbirine yakın tutulmalıdır.
  • EN/UV Pini (Pin 3/4): LT3045’i kapatmak için EN/UV pini düşüğe ($0 volt$) çekilmelidir ($<1 \mu A$ bekleme akımı). Bir gerilim bölücü kullanarak giriş beslemesi için düşük voltaj kilitleme (UVLO) eşiği ayarlamak için kullanılabilir. Kullanılmadığında EN/UV pinini IN’e bağlanmalıdır; boşta bırakılmamalıdır.
  • PG Pini (Pin 4/5): Açık kollektör bir işaretçi olup, çıkış gerilim regülasyonunu belirtir. PGFB 300mV’nin altına düşerse düşüğe ($0 Volt$) çeker. “Güç iyi” işlevi gerekmiyorsa PG pini boşta bırakılmalıdır.
  • ILIM Pini (Pin 5/6): Akım limitini programlamak için ILIM ile GND arasına bir direnç bağlanır. Programlama ölçek faktörü nominal olarak 150mA • kΩ’dur. En iyi doğruluk için, bu direnç doğrudan LT3045’in ILIM pinine Kelvin bağlantısı ile bağlanır. Akım limiti veya akım izleme işlevi kullanılmıyorsa ILIM pini GND’ye bağlanmalıdır.
  • PGFB Pini (Pin 6/7): PG pininin yüksek empedanslı hale gelmesi için PGFB’nin 300mV üzerine çıkması gerekir. Gerilim bölücü ile programlanabilir “güç iyi” eşiği ayarlanır. Ayrıca hızlı başlangıç devresini etkinleştirir. “Güç iyi” ve “hızlı başlangıç” işlevleri gerekmiyorsa PGFB IN’e bağlanır. Ters giriş koruması da gerekiyorsa, bir 1N4148 diyotunun anodu IN’e, katodu PGFB’ye bağlanabilir.

1. Programlanabilir “Güç İyi” (Power Good) Sinyali:

• Ne İşe Yarar? Bu özellik, sistemdeki bir mikrodenetleyiciye veya başka bir mantık devresine, LT3045’in çıkış geriliminin kararlı ve istenen seviyeye ulaştığını bildiren bir bayrak (flag) sinyali sağlar.
• Nasıl Çalışır? OUT pini ile GND arasına bir gerilim bölücü bağlayarak PGFB pinindeki gerilim ayarlanır. PGFB pinindeki gerilim 300mV’u aştığında, açık kollektörlü PG pini yüksek empedanslı duruma geçer (yani “yüksek” olur). Gerilim 300mV’un altındaysa, PG pini toprağa çeker (yani “düşük” olur).
• Ne Zaman Gerekli? Özellikle sistemdeki diğer bileşenlerin çalışmaya başlamadan önce güç rayının kararlı olduğundan emin olunması gereken durumlarda (örneğin, mikrodenetleyiciler, FPGA’lar, hassas ADC’ler) bu özellik hayati önem taşır.

2. Hızlı Başlangıç (Fast Start-Up) Özelliği:

• Ne İşe Yarar? Bu, PGFB’nin en önemli faydalarından biridir. Özellikle gürültüyü azaltmak için büyük değerli bir SET pini kapasitörü ($C_{SET}$) (örneğin 1µF - 22µF arası) kullanıldığında, regülatörün başlangıç süresi normalde çok uzar. Hızlı başlangıç özelliği bu süreyi önemli ölçüde kısaltır.
• Nasıl Çalışır? PGFB pini 300mV’un altında olduğu sürece (yani çıkış gerilimi henüz hedefe ulaşmamışken), LT3045 dahili olarak 2mA’lik bir akım kaynağını devreye sokar ve $C_{SET}$ kapasitörünü hızla şarj eder. Bu sayede çıkış gerilimi çok daha hızlı bir şekilde nominal değerine ulaşır.
• Ne Zaman Gerekli? Düşük frekans gürültüsünü (1/f noise) bastırmak için büyük bir $C_{SET}$ kapasitörü kullanılıyorsa ve sistemin hızlı bir şekilde açılması gerekiyorsa, bu özellik neredeyse zorunludur.

• GND Pini (Pin 8/9, Açık Ped Pin 11/13): Elektriksel ve termal performans için açık arka kısmı PCB zeminine lehimlenmeli ve doğrudan GND pinine bağlanmalıdır.

• Parazitik Diyotlar: ILIM, PG, PGFB, SET, OUTS ve OUT pinleri normal çalışma veya arıza koşullarında GND pininin 0.3V altındaki bir gerilim altında kalmamalıdır. Bu pinler normal çalışma sırasında GND’den daha pozitif bir gerilimde kalmalıdır.

• Termal Yönetim:

  • Cihazı aşırı yük koşullarına karşı koruyan dahili güç ve termal sınırlama devrelerine sahiptir.
  • Regülatör uzun süreli çalışmada normal yük altında iken, yarıiletken birleşim bölgesindeki sıcaklık (T_J) maksimum birleşim sıcaklığına (T_JMAX) ulaşmamalıdır. Bu değer E- ve I-sınıfı sıcaklık derecelendirmesi için 125°C, H- ve MP-sınıfı için 150°C’dir.
  • Güç kaybı ($P_{DISS}$) şu formül ile hesaplanmalıdır: $P_{DISS} = I_{OUT(MAX)} \cdot (V_{IN(MAX)} - V_{OUT}) + I_{GND} \cdot V_{IN(MAX)}$. Burada: $I_{OUT(MAX)}$: Maksimum çıkış akımı, $V_{IN(MAX)}$: Maksimum giriş gerilimi, $V_{OUT}$: Çıkış gerilimi, $I_{GND}$: Toprak (gnd) akımıdır.
  • Regülatörün birleşim sıcaklığı, ortam sıcaklığının üzerine güç dağılımı (P_DISS) ile termal direncin (θ_JA) çarpımı kadar artar. Bu, şu formülle yaklaşık olarak ifade edilir: $T_J = T_{A} + (P_{DISS} \times \theta_{JA})$. Burada: $T_A$: Ortam sıcaklığı (°C), $T_J$: Birleşim sıcaklığı (°C)‘dır.
  • Termal performansı iyileştirmek amacıyla, PCB üzerinde geniş bakır alanları (özellikle çıkış ve giriş pinlerine bağlı olanlar) kullanılmalıdır. Isının etkin bir şekilde yayılmasını sağlamak için, bu alanlar iç katmanlara bağlanmalı ve çok katmanlı PCB’lerde kaplamalı geçiş delikleri (plated through-holes) ile desteklenmelidir. Ayrıca, ısı yayılımını artırmak amacıyla bakır dolgu bölgeleri (thermal vias ve top-bottom pour alanları) da kullanılabilir.
  • Düşük termal direnç elde etmek için dikkatli PCB düzeni ve JEDEC standardı JESD51’e uygunluk önemlidir.

• Koruma Özellikleri:

  • Hassas akım limiti ve termal aşırı yük koruması.
  • Katlanma (foldback) özelliğine sahip dahili akım limiti: $V_{IN}-V_{OUT}$ farkı 12V’tan büyük olduğunda akım limitini azaltır.
  • Ters pil koruması: IN pini -20V’a kadar ters gerilimlere dayanır, akım akışı olmaz ve OUT pininde negatif gerilim oluşmaz.
  • Ters akım koruması: Çıkıştan girişe akım akışını önler. Ancak, SET-OUTS kıskacı nedeniyle SET pin direnci ve çıkış aşırı akım kurtarma devresi üzerinden GND’ye akım akabilir.
  • SET-to-OUTS koruma kıskacı: SET ve OUTS arasındaki maksimum gerilimi sınırlar. SET pini kapasitörünün ($C_{SET}$) maksimum değeri $22 \mu F$ ile sınırlandırılmalıdır. Aktif olarak gerilim kaynağıyla sürülen SET uygulamalarında, gerilim kaynağının akımı 20mA veya daha az ile sınırlanmalıdır.
  • Çıkış Aşırı Akım Kurtarma (Overshoot Recovery): Yükün tam yükten boşta veya hafif yüke düşmesi durumunda çıkış voltajı aşırı yükseldiğinde, çıkış kapasitörünü boşaltmak için bir akım havuzu devreye girer. Bu akım genellikle 4mA’dır.

• Paralel Kullanım:

  • Daha yüksek çıkış akımı elde etmek, gürültüyü $\sqrt{N}$ oranında azaltmak ve ısıyı PCB yüzeyine yaymak amacıyla birden fazla LT3045 regülatörü paralel olarak bağlanabilir.
  • Tüm SET pinleri ve tüm IN pinleri ortak bir noktada birleştirilmelidir.
  • OUT pinleri, akım paylaşımını sağlamak için küçük PCB izleri ile (balast direnci görevi görür) birleştirilmelidir. Her bir LT3045 için yaklaşık 20 mΩ’luk iz direnci, tam yükte %20’den daha iyi akım paylaşımı sağlar.
  • OUTS pinleri doğrudan çıkış kapasitörüne bağlanmalıdır.

2. LT3094: Gürültüye Duyarlı Uygulamalar İçin Negatif Regülatör

Analog Devices tarafından üretilen LT3094, LT3045’in negatif voltaj karşılığıdır. Gürültüye karşı çok hassas olan RF, hassas enstrümantasyon ve yüksek hızlı veri dönüştürücü uygulamaları için tasarlanmış, ultra düşük gürültü ve ultra yüksek PSRR performansına sahip bir negatif lineer regülatördür.

• Temel Özellikler:
  • Ultra Düşük RMS Gürültü: 0.8µV RMS (10Hz - 100kHz)
  • Ultra Düşük Spot Gürültü: $2.2nV/\sqrt{Hz}$ (10kHz’de)
  • Ultra Yüksek PSRR: 74dB (1MHz’de)
  • Çıkış Akımı: 500mA
  • Geniş Giriş Voltaj Aralığı: -1.8V ila -20V
  • Mimarisi: Tıpkı pozitif eşleniği gibi, hassas bir akım kaynağı referansı ve bunu takip eden yüksek performanslı bir gerilim tamponu (voltage buffer) üzerine kuruludur. Bu benzersiz mimari sayesinde, çıkış geriliminden bağımsız olarak neredeyse sabit bir çıkış gürültüsü, PSRR ve bant genişliği performansı sunar. Ayrıca, bu yapı sayesinde birden fazla LT3094’ün paralel bağlanması çok kolaydır, bu da gürültüyü daha da azaltmaya, çıkış akımını artırmaya ve ısıyı PCB üzerinde dağıtmaya olanak tanır.

LT3094 Tasarım Kuralları

LT3094, ultralow gürültü ve ultra yüksek PSRR mimarisine sahip yüksek performanslı bir negatif düşük düşüşlü (LDO) lineer regülatördür. Tasarımlarımızda LT3094’ün tam performansını elde etmek ve doğru çalışmasını sağlamak için aşağıdaki kurallara dikkat etmeliyiz:

• Çıkış Voltajı Ayarı:

  • LT3094’ün SET pininden $100 \mu A$ hassas bir akım akar.
  • SET pini ile GND arasına bir direnç ($R_{SET}$) bağlanarak çıkış voltajı $V_{OUT} = I_{SET} \cdot R_{SET}$ formülüyle ayarlanır. Çıkış voltajı negatif olacağından, bu denklemdeki $V_{OUT}$ aslında $V_{SET}$ gerilimidir.
  • Çıkış voltajı aralığı $0V$‘tan $-19.5V$‘a kadardır. Yüksek doğruluk için SET pin direnci hassas bir direnç (%±0.5 veya daha az) olmalıdır.
  • SET pini yüksek empedanslı bir düğüm olduğundan, kaçak akımları en aza indirmek için bu ucu potansiyeli kendisine yakın olan OUT ucuna bağlı bir koruma halkası (guard ring) ile çevrelemek gerekir.

• Kapasitör Seçimi ve Yerleşimi:

  • Çıkış Kapasitörü ($C_{OUT}$):
    • Kararlılık için minimum $10\mu F$ seramik çıkış kapasitörü gerektirir.
    • Bu kapasitörün ESR’si $30 \; mΩ$‘dan düşük ve ESL’si $1.5 \; nH$‘den düşük olmalıdır.
    • X5R ve X7R dielektrik malzeme ile üretilmiş kapasitörler, kararlı performansları nedeniyle önerilir. Kapasitörlerin DC bias voltajı altında değer kaybetme eğilimi göz önünde bulundurulmalıdır.
  • SET Pini Kapasitörü ($C_{SET}$):
    • SET pinine bir kapasitör eklemek çıkış gürültüsünü, PSRR’yi ve geçici tepkiyi iyileştirir.
    • CSET kullanımı başlangıç süresini artırır, ancak bu etki LT3094’ün hızlı başlangıç (fast start-up) devresi ile azaltılabilir.
    • Bypass kapasitörünün kaçak akımı DC regülasyonunu bozabileceğinden, kaliteli, düşük kaçaklı seramik kapasitörler kullanılmalıdır. Piezoelektrik etkilerden kaçınmak için seramik olmayan (tantal, film) kapasitörler tercih edilebilir.
  • Giriş Kapasitörü ($C_{IN}$):
    • LT3094 minimum $10 \mu F$ IN pini kapasitörü ile kararlıdır. Düşük ESR’li seramik kapasitörler önerilir.
    • Uzun besleme kabloları kullanılıyorsa, kararlılığı sağlamak için daha büyük bir giriş kapasitörü veya daha yüksek ESR’li bir tantal kapasitör eklenmelidir.
    • En iyi PSRR performansı için, parazitik indüktans ve manyetik kuplajı en aza indiren dikkatli bir PCB düzeni kritik öneme sahiptir. Giriş ve çıkış kapasitörlerinin toprak bağlantıları birbirine yakın tutulmalıdır.

• Pin Bağlantıları ve İşlevsellik:

  • Kelvin Bağlantıları: Optimal performans için OUTS pini doğrudan çıkış kapasitörüne ve yüke bağlanmalıdır. SET pin direncinin GND tarafı da doğrudan $C_{OUT}$‘un GND tarafına bağlanmalıdır.
  • EN/UV Pini (Pin 3): Bu pin, LT3045’ten farklı olarak çift yönlü (bidirectional) çalışır. Regülatörü açmak için +1.26V’un üzerine veya -1.26V’un altına çekilebilir. Bu, pozitif ve negatif raylarla sıralama (sequencing) yapmayı kolaylaştırır. Kullanılmadığında IN’e bağlanmalıdır.
  • PGFB (Pin 5) ve PG Pini (Pin 4): Bu pinler, çıkış voltajının ayarlanan eşiğe ulaştığını bildiren programlanabilir bir “güç iyi” (Power Good) sinyali ve hızlı başlangıç işlevselliği sağlar. PGFB’deki eşik gerilimi -300mV’dur. Bu işlevler gerekmiyorsa, PGFB pini IN’e bağlanmalı ve PG pini boşta bırakılmalıdır.
  • ILIM Pini (Pin 6): Akım limitini programlamak için ILIM ile GND arasına bir direnç bağlanır. Programlama ölçek faktörü nominal olarak 3.75A • kΩ’dur. Kullanılmıyorsa GND’ye bağlanmalıdır.
  • VIOC Pini (Pin 7): Bu pin, LT3045’te bulunmayan önemli bir özelliktir. LT3094’ün girişini besleyen bir ön regülatörü (genellikle bir anahtarlamalı dönüştürücü) kontrol etmek için kullanılır. VIOC, LT3094 üzerindeki giriş-çıkış gerilim farkını sabit tutarak güç kaybını en aza indirir ve PSRR’yi optimize eder. Bu, özellikle değişken çıkış voltajı gerektiren uygulamalarda verimliliği artırır. Kullanılmıyorsa boşta bırakılmalıdır.
  • Parazitik Diyotlar: ILIM, PG, PGFB, SET, OUTS ve OUT pinleri normal çalışma veya arıza koşullarında IN pininin 0.3V altındaki bir gerilime çekilmemelidir.

• Termal Yönetim ve Koruma:

  • LT3045 ile aynı termal yönetim prensiplerine sahiptir. Güç kaybı ($P_{DISS}$) hesaplanmalı ve birleşim sıcaklığının maksimum limiti (E/I sınıfı için 125°C, H/MP sınıfı için 150°C) aşmadığından emin olunmalıdır.
  • PCB üzerindeki bakır alanlar, termal yollar (thermal vias) ve açıkta kalan alt pedin (exposed pad) toprağa lehimlenmesi, ısıyı dağıtmak için kritik öneme sahiptir.
  • Cihaz, hassas akım limiti, termal aşırı yük koruması ve katlanma (foldback) akım koruması gibi özelliklere sahiptir. Katlanma koruması, $V_{OUT} - V_{IN}$ farkı 7V’u aştığında akım limitini düşürür.

• Paralel Kullanım:

  • Daha yüksek çıkış akımı elde etmek, gürültüyü $\sqrt{N}$ oranında azaltmak ve ısıyı PCB yüzeyine yaymak amacıyla birden fazla LT3094 regülatörü paralel olarak bağlanabilir.
  • Tüm SET pinleri ve tüm IN pinleri ortak bir noktada birleştirilmelidir.
  • OUT pinleri, akım paylaşımını dengelemek için küçük PCB izleri (yaklaşık 20 mΩ, balast direnci olarak) kullanılarak birleştirilmelidir.
  • OUTS pinleri doğrudan çıkış kapasitörüne bağlanmalıdır.

2. MIC5205: Düşük Gürültülü ve Kompakt Uygulamalar İçin Regülatör

Microchip tarafından üretilen MIC5205, özellikle taşınabilir, pille çalışan ve yer kısıtı olan uygulamalar için tasarlanmış, düşük gürültülü ve verimli bir LDO regülatördür. LT serisi kadar ultra performanslı olmasa da, birçok uygulama için yeterli ve kompakt bir çözüm sunar.

• Temel Özellikler:
  • Düşük Çıkış Gürültüsü: 260 nV/√Hz (BYP kapasitörü ile)
  • Yüksek Ripple Rejection (PSRR): Tipik olarak 75 dB (100 Hz’de)
  • Boşta Çalışma Akımı (Quiescent Current): Tipik 150 µA
  • Çıkış Akımı: Garantili 150 mA
  • Giriş Voltaj Aralığı: +2.5V ila +16V
  • Mimarisi: Geleneksel bir bandgap voltaj referansı ve hata amplifikatörü üzerine kuruludur. Gürültüyü azaltmak için harici bir “Bypass” (BYP) pini sunar. Bu pin, dahili voltaj referansını filtreleyerek çıkış gürültüsünü önemli ölçüde düşürür.

MIC5205 Tasarım Kuralları

MIC5205, kullanımı kolay, düşük gürültülü bir LDO regülatördür. Tasarımlarımızda doğru ve kararlı çalışmasını sağlamak için aşağıdaki kurallara dikkat etmeliyiz:

• Çıkış Voltajı Ayarı:

  • MIC5205, hem sabit voltajlı (MIC5205-x.xYM5) hem de ayarlanabilir (MIC5205YM5) versiyonlara sahiptir.
  • Ayarlanabilir versiyonda, çıkış voltajı ADJ pini ile GND arasına bağlanan iki dirençli (R1, R2) bir gerilim bölücü ile ayarlanır. Çıkış voltajı, $V_{OUT} = V_{REF} \cdot (1 + R2/R1)$ formülüyle belirlenir. Burada $V_{REF}$ tipik olarak 1.242V’tur.
  • ADJ pini yüksek empedanslıdır. Gürültü performansını artırmak için ADJ pininden toprağa bir bypass kapasitörü ($C_{BYP}$) eklenebilir.

• Kapasitör Seçimi ve Yerleşimi:

  • Çıkış Kapasitörü ($C_{OUT}$):
    • Kararlılık için minimum 1µF kapasitör gerektirir. En iyi performans için 2.2µF veya daha büyük bir kapasitör önerilir.
    • Bu regülatör, düşük ESR’li seramik kapasitörlerle kararlı çalışacak şekilde tasarlanmıştır. Ancak Tantal ve Alüminyum Elektrolitik kapasitörler de kullanılabilir. Düşük sıcaklıklarda (-25°C altı) elektrolitik kapasitörlerin donma eğilimi göz önünde bulundurulmalıdır.
  • Bypass (BYP) Pini Kapasitörü ($C_{BYP}$):
    • Bu pin, MIC5205’in en kritik gürültü azaltma özelliğidir. BYP pini ile GND arasına bir kapasitör bağlamak, dahili bandgap referansının gürültüsünü filtreler.
    • Düşük gürültülü çalışma için 470pF’lık bir kapasitör önerilir. Bu kapasitör kullanıldığında, kararlılığı sağlamak için çıkış kapasitörünün ($C_{OUT}$) en az 2.2µF olması gerekir.
    • BYP kapasitörü başlangıç süresini (turn-on time) artırır. Eğer hızlı başlangıç kritikse ve gürültü performansı ikincil ise, BYP pini boş bırakılabilir.
  • Giriş Kapasitörü ($C_{IN}$):
    • Regülatör, güç kaynağından 25 cm’den daha uzağa yerleştirilmişse veya bir batarya ile besleniyorsa, en az 1µF’lık bir giriş kapasitörü önerilir. Bu kapasitör, hat endüktansından kaynaklanan salınımları engeller.

• Pin Bağlantıları ve İşlevsellik:

  • Kelvin Bağlantısı (Not): MIC5205, LT3045/LT3094 gibi özel bir OUTS (sense) pinine sahip değildir. Bu nedenle, PCB düzeninde, OUT pini ile çıkış kapasitörü ve yük arasındaki izin olabildiğince kısa ve geniş tutulması, gerilim düşümünü en aza indirmek için önemlidir.
  • EN (Enable) Pini: CMOS uyumlu bir giriş olup, regülatörü açıp kapatmak için kullanılır. Logic “high” ($>2.0V$) regülatörü açar, logic “low” ($<0.4V$) ise kapatarak akım tüketimini 1µA’nın altına düşürür. Kullanılmadığında IN pinine bağlanmalıdır.
  • ADJ (Adjust) Pini: Sadece ayarlanabilir versiyonda bulunur. Geri besleme gerilim bölücüsünün bağlandığı yüksek empedanslı giriştir. Gürültüyü azaltmak için toprağa kapasitörle bypass edilebilir.

• Termal Yönetim ve Koruma:

  • MIC5205, küçük SOT-23-5 paketinde gelir ve termal performansı büyük ölçüde PCB düzenine bağlıdır. Güç kaybı ($P_{DISS} = (V_{IN} - V_{OUT}) \cdot I_{OUT} + V_{IN} \cdot I_{GND}$) hesaplanmalı ve birleşim sıcaklığının maksimum limiti olan 125°C’yi aşmadığından emin olunmalıdır.
  • Termal direnç ($\theta_{JA}$) tipik olarak 220°C/W civarındadır. Bu, yüksek giriş-çıkış voltaj farklarında veya yüksek akımlarda ısının önemli bir faktör olacağı anlamına gelir. Isıyı dağıtmak için pinlere bağlı bakır alanların geniş tutulması önemlidir.
  • Cihaz, dahili akım limiti ve termal kapatma (thermal shutdown) korumasına sahiptir. Ayrıca, ters pil bağlantısına karşı da koruma sağlar.

LT3042 vs. LT3094 Karşılaştırma Tablosu

Özellik	LT3042 (Pozitif)	LT3094 (Negatif)	Notlar ve Dikkat Edilmesi Gerekenler
Voltaj Aralığı	+1.8V to +20V	-1.8V to -20V	Giriş gerilimi, çıkış gerilimi artı dropout voltajından daha yüksek olmalıdır.
Çıkış Akımı	200mA	500mA	LT3094 daha yüksek akım kapasitesine sahiptir.
RMS Gürültü	0.8$\mu$Vrms (10Hz-100kHz)	0.8µVrms (10Hz-100kHz)	İkisi de piyasadaki en düşük gürültülü regülatörlerdendir.
PSRR @ 1MHz	~79dB	~74dB	Ultra yüksek güç kaynağı bastırma oranına sahiptirler.
Mimarisi	Akım Referansı + Voltaj Takipçi	Akım Referansı + Voltaj Takipçi	Bu mimari, gürültünün çıkış geriliminden bağımsız olmasını sağlar.
Exposed Pad	GND (Pin 11)	IN (Pin 13)	BU ÇOK KRİTİK! PCB tasarımında en sık yapılan hatadır. Pedler doğru potansiyele bağlanmalıdır.
Min. C_OUT	4.7µF (Seramik)	10µF (Seramik)	Kararlılık için bu minimum değerlere uyulmalıdır.

---

LT3045 - LT3094 Simetrik Gerilim Regülatörü Tasarımı

Yüksek performanslı analog devreler, özellikle de işlemsel yükselteçler (op-amp’lar), karşılaştırıcılar ve veri dönüştürücüler (ADC/DAC), genellikle pozitif ve negatif olmak üzere iki simetrik besleme gerilimine ihtiyaç duyar. Güç kaynağının kalitesi, bu hassas devrelerin performansı üzerinde doğrudan bir etkiye sahiptir. Güç raylarındaki gürültü, sinyal-gürültü oranını (SNR) düşürebilir, harmonik bozulmayı (distortion) artırabilir ve ölçüm doğruluğunu azaltabilir. Bu nedenle, LT3045 ve onun negatif karşılığı olan LT3094 gibi ultra düşük gürültülü regülatörler, bu tür uygulamalar için ideal bir simetrik güç kaynağı çözümü sunar.

Bu bölümde, ±9V’luk bir giriş geriliminden ±7.5V’luk ultra düşük gürültülü bir çıkış gerilimi üreten simetrik bir güç kaynağı devresini tasarlayacağız.

Aşağıdaki linkten simülasyon dosyasını indirebilirsiniz.

↗️ LT3045-LT3094 Simetrik Gerilim Kaynağı LTSpice Simülasyon Dosyası

Tasarım Parametreleri ve Hedefler

Parametre	Değer	Açıklama
Giriş Gerilimi ($V_{IN}$)	±9 V	Pozitif ve negatif besleme girişleri.
Çıkış Gerilimi ($V_{OUT}$)	±7.5 V	Pozitif ve negatif regüleli çıkışlar.
Maksimum Çıkış Akımı ($I_{OUT,MAX}$)	500 mA	Her bir regülatör için hedeflenen maksimum yük akımı.
Gürültü Hedefi	< 1 µV RMS	Regülatörlerin doğal gürültü performansına ulaşmak.
PSRR Hedefi	> 70 dB @ 1MHz	Girişten gelen gürültüyü etkin bir şekilde bastırmak.

Bileşen Değerleri Hesaplaması

1. Çıkış Gerilimi Ayar Dirençleri ($R_{SET}$)

Hem LT3045 hem de LT3094, SET pininden toprağa bağlanan tek bir direnç ($R_{SET}$) ile çıkış voltajını ayarlar. Bu pinden 100µA’lik yüksek hassasiyetli bir akım akar.

• LT3045 (Pozitif Regülatör) için $R_{SET}$: Formül: $V_{OUT} = I_{SET} \cdot R_{SET}$ $R_{SET(+)} = \frac{V_{OUT}}{I_{SET}} = \frac{7.5\,V}{100\,µA} = 75,000\,Ω = \mathbf{75\,kΩ}$ Yüksek doğruluk için %1 veya daha düşük toleranslı bir direnç seçilmelidir. 75kΩ, standart E96 serisinde bulunan bir değerdir.

• LT3094 (Negatif Regülatör) için $R_{SET}$: Formül: $V_{OUT} = -I_{SET} \cdot R_{SET}$ $R_{SET(-)} = \frac{|V_{OUT}|}{I_{SET}} = \frac{|-7.5\,V|}{100\,µA} = 75,000\,Ω = \mathbf{75\,kΩ}$ Aynı şekilde, pozitif regülatör için de 75kΩ’luk hassas bir direnç kullanılır.

2. Güç Kaybı ve Termal Yönetim

Lineer regülatörler, giriş ve çıkış gerilimi arasındaki farkı ısı olarak harcar. Bu ısının etkin bir şekilde yönetilmesi, regülatörün kararlılığı ve ömrü için kritiktir.

• Dropout Gerilimi: $V_{DROPOUT} = |V_{IN}| - |V_{OUT}| = 9\,V - 7.5\,V = 1.5\,V$ Bu değer, regülatörlerin 500mA yükte ihtiyaç duyduğu tipik ~300mV’luk minimum dropout geriliminden çok daha yüksektir. Bu, geniş bir PSRR performansı sağlar.

• Maksimum Güç Kaybı ($P_{DISS}$): Her bir regülatör için maksimum yük (500mA) altında oluşacak ısıyı hesaplayalım (Sükunet akımı $I_Q$ ihmal edilmiştir): $P_{DISS} \approx (|V_{IN}| - |V_{OUT}|) \cdot I_{OUT,MAX} = (9\,V - 7.5\,V) \cdot 0.5\,A = 1.5\,V \cdot 0.5\,A = \mathbf{0.75\,W}$ Her bir regülatör 0.75 Watt ısı üretecektir. DFN paketinin termal direnci (θ_JA), iyi bir PCB düzeni ile yaklaşık 40°C/W’tır. $T_{RISE} = P_{DISS} \cdot \theta_{JA} = 0.75\,W \cdot 40\,°C/W = 30\,°C$ 25°C’lik bir ortam sıcaklığında, regülatörün birleşim yeri sıcaklığı yaklaşık $25°C + 30°C = 55°C$ olacaktır. Bu değer, 125°C’lik maksimum birleşim sıcaklığının oldukça altında olduğu için güvenlidir. Ancak bu, yalnızca regülatörün altındaki exposed pad’in PCB üzerindeki geniş bir bakır alana (GND veya IN) düzgünce lehimlenmesi ve termal via’lar ile desteklenmesi durumunda geçerlidir.

Kondansatör Seçimi ve Gürültü Performansı

• Giriş/Çıkış Kapasitörleri ($C_{IN}, C_{OUT}$): Veri sayfalarının önerilerine uygun olarak, hem giriş hem de çıkış için en az 10µF düşük ESR’li seramik kapasitör (X7R/X5R) kullanılmalıdır. Yüksek frekanslı gürültüyü daha iyi filtrelemek için bunlara paralel olarak 100nF’lık seramik kapasitörler eklemek iyi bir pratiktir.
• SET Pini Kapasitörü ($C_{SET}$): Regülatörün gürültü performansını belirleyen en önemli bileşenlerden biridir. $C_{SET}$ kapasitörü, referans akımının ve $R_{SET}$ direncinin termal gürültüsünü filtreler. Değeri ne kadar büyük olursa, düşük frekans gürültüsü o kadar iyi bastırılır. Bu tasarımda, mükemmel gürültü performansı için 10µF’lık bir seramik kapasitör seçilmiştir. Bu, başlangıç süresini biraz uzatacaktır, ancak PGFB pini kullanılarak hızlı başlangıç devresi etkinleştirilebilir.

Bu tasarım, belirtilen giriş/çıkış gerilimleri için LT3045 ve LT3094’ün olağanüstü gürültü ve PSRR performansından tam olarak yararlanmayı hedefler. Doğru bileşen seçimi ve dikkatli bir PCB yerleşimi ile, en hassas analog devreleri bile besleyebilecek, stüdyo kalitesinde bir güç kaynağı elde edilebilir.

---

LT3045 & LT3094 Regülatör Devreleri Malzeme Listesi

1. Entegre Devreler (ICs)

Malzeme Adı / Devredeki Görevi	Adet	Üretici Parça Numarası (MPN)	Üretici
Pozitif Voltaj Regülatörü	1	LT3045EMSE#TRPBF	Analog Devices Inc.
Negatif Voltaj Regülatörü	1	LT3094EMSE#TRPBF	Analog Devices Inc.

2. Kapasitörler

Değer	Adet	Üretici Parça Numarası (MPN)	Üretici	Devredeki Görevi
10 µF (Seramik, 25V)	4	CL31B106KAHNNNE	Samsung	SET Pini (2 adet), Çıkış Filtreleme (2 adet)
0.1 µF (Seramik, 50V)	4	CL21B104KBCNNNC	Samsung	Giriş Bypass (2 adet), Çıkış Bypass (2 adet)
10 µF (Alüminyum, 50V)	2	EEE-FK1H100UR	Panasonic	Giriş Filtreleme (2 adet)
10 µF (Tantalum, 16V)	2	TCJA106M016R0200	KYOCERA AVX	Çıkış Filtreleme (2 adet)
4.7 µF (Seramik, 35V)	2	GRM219R6YA475KA73J	Murata	Giriş Filtreleme (2 adet)

3. Dirençler

Değer	Adet	Üretici Parça Numarası (MPN)	Üretici	Devredeki Görevi
510 kΩ	2	RC0805FR-07510KL	YAGEO	PGFB (Gerilim Bölücü, 2 adet)
200 kΩ	2	RC0805FR-07200KL	YAGEO	PG (Pull-up/down, 2 adet)
75 kΩ	2	RT0805BRD0775KL	YAGEO	SET (Çıkış Gerilim Ayarı, 2 adet)
22 kΩ	2	RT0805FRE0722KL	YAGEO	PGFB (Gerilim Bölücü, 2 adet)
0 Ω (Jumper)	2	RK73Z2ATTD	KOA Speer	EN/UV (Jumper, 2 adet)
4.99 kΩ	1	RC0805FR-074K99L	YAGEO	ILIM (Akım Limiti - LT3094)
249 Ω	1	RNCP0805FTD249R	Stackpole	ILIM (Akım Limiti - LT3045)

Tasarım ve PCB Yerleşim Stratejileri: Teoriden Pratiğe

LT3045 gibi ultra yüksek performanslı bir regülatörün veri sayfasında vaat edilen rekor düzeydeki gürültü ve PSRR performansına ulaşmak, sadece doğru bileşenleri seçmekle kalmaz, aynı zamanda bu bileşenlerin PCB üzerine nasıl yerleştirildiğine de bağlıdır. PCB yerleşimi, teorik performansı pratiğe dökmek için en kritik faktördür. İşte adım adım kritik tasarım noktaları:

1. Kelvin Bağlantıları: Hassas Algılamanın Temeli (En Kritik Kural!)

Kelvin bağlantısı, parazitik PCB izi direncinden kaynaklanan gerilim düşümlerini geri besleme döngüsünden izole ederek regülasyon doğruluğunu en üst düzeye çıkaran dört terminalli bir algılama tekniğidir.

• OUTS (Output Sense) Pini: Bu pin, hata amplifikatörünün non-inverting girişini oluşturur. Optimal yük regülasyonu ve geçici tepki (transient response) performansı için, OUTS pini, yüksek akım taşıyan OUT pininden ayrı, bağımsız bir PCB izi kullanılarak doğrudan çıkış kapasitörünün ($C_{OUT}$) pozitif terminaline bağlanmalıdır. Bu yöntem, yük akımının PCB izinde oluşturduğu IR (akım-direnç) gerilim düşümünü geri besleme döngüsünden izole ederek, regülatörün çıkış voltajını doğrudan yük noktasından hassas bir şekilde algılamasını sağlar.

• $R_{SET}$ ve $C_{SET}$ Toprak Bağlantısı: Benzer şekilde, çıkış voltajını ayarlayan bu iki kritik bileşenin toprak bağlantısı, ana toprak akım yollarından ayrı bir iz ile doğrudan $C_{OUT}$ çıkış kapasitörünün toprak (GND) terminaline bağlanmalıdır. Bu, toprak hattındaki gürültünün ve gerilim dalgalanmalarının, regülatörün hassas referans noktasını bozmasını engeller.

2. $C_{OUT}$ ve $C_{SET}$ Bağlantıları: En İyi AC Performansı İçin Gelişmiş Düzen

LT3045’in ~1MHz’lik yüksek bant genişliği, çıkış kapasitörünün kendi rezonans frekansına çok yakındır. Bu nedenle, geri besleme döngüsü dışındaki parazitik empedansları (ESL ve ESR) en aza indirmek mutlak bir zorunluluktur.

• Ayrık Pad (Split Pad) Tekniği ile Kelvin Bağlantısı:
  • En iyi performansı elde etmek için, DC2491A demo kartında gösterildiği gibi, ayrık pad (split pad) tekniği kullanılmalıdır. Bu teknikte, çıkış kapasitörü (C2) için ayrılmış pad’lerden biri (Şekil 5’teki Pad 4) doğrudan OUTS pinine, diğeri (Şekil 5’teki Pad 1) ise $C_{SET}$‘in GND tarafına bağlanır.
  • Bu yöntem, hassas algılama hatlarından akan AC akımını minimumda tutar. Böylece, lehim noktası ve PCB izinden kaynaklanan parazitik endüktansın kararlılık üzerindeki olumsuz etkisi ortadan kaldırılır. Bu düzen takip edilmezse, LT3045 osilasyona girmeyecek kadar sağlam olsa da, faz/kazanç marjı ve PSRR performansı ciddi şekilde düşebilir.

3. Giriş İzi Düzeni: Maksimum PSRR İçin Manyetik Alan İptali

Özellikle anahtarlamalı bir regülatör sonrası post-regülasyon uygulamalarında, giriş hattındaki yüksek frekanslı AC akımları, PSRR performansını manyetik kuplaj (EMF) yoluyla düşürebilir.

• Katmanlar Arası Yerleşim:
  • PSRR’deki bu bozulmayı engellemek için, DC2491A demo kartında uygulanan özel yerleşim tekniği kullanılmalıdır. Giriş voltajı izi (VIN) bir PCB katmanında (örneğin Layer 3) ilerlerken, geri dönüş yolu (GND) hemen altındaki veya üstündeki katmanda, VIN iziyle tam olarak üst üste gelecek şekilde yerleştirilmelidir.
  • Bu yerleşim, gidiş ve dönüş akımlarının oluşturduğu elektromanyetik alanların zıt yönlü olmasını sağlar. İzler tam olarak üst üste geldiğinde, bu alanlar birbirini büyük ölçüde iptal eder. Bu, çıkış kapasitörü ve ilgili hassas izlerle olan manyetik kuplajı en aza indirerek LT3045’in sunduğu maksimum PSRR performansına ulaşmayı mümkün kılar.

2. Termal Yönetim ve Exposed Pad

Bu regülatörler lineer oldukları için, giriş ve çıkış voltajı arasındaki farkı ısı olarak yayarlar.

• Exposed Pad: Regülatörün altındaki metal ped, ana termal yoldur. PCB’de geniş bir bakır alana lehimlenmeli ve bu alan, ısıyı diğer katmanlara yaymak için termal via’lar ile desteklenmelidir.
• Kritik Fark: LT3042’de exposed pad GND’ye, LT3094’te ise IN voltajına bağlanmalıdır! Bu hata, devrenin çalışmamasına veya hasar görmesine neden olabilir.

3. Akım Döngüleri ve PSRR

Yüksek frekans PSRR performansını korumak için, giriş akımının (C_IN’den regülatöre) ve çıkış akımının (C_OUT’tan yüke) oluşturduğu fiziksel döngü alanlarını mümkün olduğunca küçük tutun. Giriş ve çıkış devrelerini birbirinden fiziksel olarak ayırın.

[Resim: Optimal PCB Layout Örneği. Giriş ve çıkış kapasitörlerinin yerleşimi, Kelvin bağlantıları, termal via'lar ve ayrık akım yollarını gösteren bir layout örneği.]

Sonuç

Bu proje, sadece belirli komponentler için bir güç kaynağı tasarlamaktan öte, yüksek performanslı elektronik tasarımın temel taşlarından birini derinlemesine anlamayı hedefler. Elde edilecek düşük gürültülü güç kaynağı, gelecekteki hassas ölçüm ve sinyal işleme projeleri için güvenilir bir temel oluşturacaktır.