穩壓器電路的類型-工作原理和作用(一)

穩壓器設計用于自動“調節”電壓水平。它基本上將輸入電壓降低到所需的水平，并在供電期間將其保持在相同的水平。這確保了即使施加負載時電壓也不會下降。

因此，使用電壓調節器有兩個原因：

1. 調節或改變電路的輸出電壓。

2. 盡管電源電壓或負載電流存在變化，仍要將輸出電壓保持在所需值。

要了解有關該主題的基礎知識的更多信息，您還可以參考穩壓二極管工作原理。

穩壓器可用于計算機，交流發電機，發電廠，其中電路用于控制電廠的輸出。穩壓器可以分為機電或電子。它也可以歸類為交流穩壓器或直流穩壓器。

電子穩壓器

所有電子穩壓器都有一個穩定的電壓基準源，由稱為齊納二極管的反向擊穿電壓工作二極管提供。使用穩壓器的主要原因是保持恒定的直流輸出電壓。它還可以阻止濾波器無法阻止的交流紋波電壓。良好的電壓調節器還可以包括用于保護的附加電路，如短路，限流電路，熱關斷和過電壓保護。

電子電壓調節器由三種中的任何一種或下面給出的三種調節劑中的任何一種的組合設計。

1.齊納控制晶體管電壓調節器

當穩壓電源的效率由于高電流而變得非常低時，使用齊納控制的電壓調節器。齊納控制的晶體管電壓調節器有兩種。

齊納控制晶體管串聯電壓調節器

這種電路也稱為射極跟隨器電壓調節器。之所以這樣稱呼是因為所使用的晶體管以射極跟隨器配置連接。該電路由NPN晶體管和齊納二極管組成。如下圖所示，晶體管的集電極和發射極端子與負載串聯。因此，這個監管機構有名稱系列。使用的晶體管是串聯傳輸晶體管。

齊納控制晶體管串聯電壓調節器圖

然后將經濾波的整流器的輸出提供給輸入端子，并且通過負載電阻器Rload獲得經調節的輸出電壓Vload。參考電壓由齊納二極管提供，晶體管充當可變電阻，其電阻隨基極電流Ibase的工作條件而變化。

這種調節器工作背后的主要原理是晶體管上出現大部分電源或輸入電壓的變化，因此輸出電壓趨于保持恒定。

因此輸出電壓可寫為

Vout = Vzener - Vbe

晶體管基極電壓Vbase和齊納二極管電壓Vzener相等，因此Vbase的值幾乎保持恒定。

穩壓器工作原理

當輸入電源電壓Vin增加時，輸出電壓Vload也增加。當齊納電壓Vzener恒定時，Vload的這種增加將導致晶體管基極發射極電壓Vbe的電壓降低。Vbe的這種減小導致導電水平的降低，這將進一步增加晶體管的集電極 - 發射極電阻，從而導致晶體管集電極 - 發射極電壓的增加，并且所有這些都導致輸出電壓Vout降低。因此，輸出電壓保持恒定。當輸入電源電壓降低時，操作類似。

下一個條件是輸出負載變化對輸出電壓的影響。讓我們考慮通過負載電阻Rload的減小來增加電流的情況。這導致輸出電壓值的減小，從而導致晶體管基極發射極電壓增加。這導致集電極發射極電阻值由于晶體管的導通電平的增加而降低。這導致輸入電流略微增加，從而補償負載電阻Rload的減小。

這個電路的最大優點是齊納電流的變化減少了因子β，因此齊納效應大大降低，并獲得更穩定的輸出。

串聯穩壓器的輸出電壓為Vout = Vzener - Vbe。電路的負載電流Iload將是晶體管可以通過的最大發射極電流。對于像2N3055這樣的普通晶體管，負載電流可以達到15A。如果負載電流為零或沒有值，則從電源汲取的電流可寫為Izener + Ic（min）。這種射極跟隨器電壓調節器比普通齊納調節器更有效。只有電阻和齊納二極管的普通齊納穩壓器必須提供晶體管的基極電流。

串聯穩壓器的作用的限制因素

下面列出的限制證明該系列電壓調節器的使用僅適用于低輸出電壓。

1. 隨著室溫的增加，Vbe和Vzener的值趨于降低。因此，輸出電壓不能保持恒定。這將進一步增加晶體管基極發射極電壓，從而增加負載。

2. 沒有選項可以改變電路中的輸出電壓。

3. 由于僅由一個晶體管提供的小放大過程，該電路不能在高電流下提供良好的調節。

4. 與其他穩壓器相比，該穩壓器在輸入變化方面的調節和紋波抑制較差。

5. 傳輸晶體管的功耗很大，因為它等于Vcc Ic，幾乎所有的變化都出現在Vce，負載電流大約等于集電極電流。因此，對于重負載電流，晶體管必須耗散大量功率，因此變熱。

齊納可控晶體管分流穩壓器

下圖顯示了并聯穩壓器的電路圖。該電路由一個NPN晶體管和一個齊納二極管以及一個與輸入電源串聯的串聯電阻R系列組成。齊納二極管連接在晶體管的基極和集電極之間，晶體管的集電極連接在輸出端。

齊納控制晶體管并聯穩壓器圖

并聯穩壓器工作原理

由于串聯電阻Rseries中存在電壓降，因此未調節的電壓也隨之降低。電壓降量取決于負載Rload提供的電流。負載兩端的電壓值取決于齊納二極管和晶體管基極發射極電壓Vbe。

因此，輸出電壓可寫為

Vout = Vzener + Vbe = Vin - I.Rseries

由于Vzener和Vbe的值幾乎恒定，輸出幾乎保持不變。這種情況解釋如下。

?當電源電壓增加時，晶體管的輸出電壓和基極發射極電壓增加，從而增加基極電流Ibase，從而導致集電極電流Icoll（Icoll =β.Ibase）增加。

因此，電源電壓增加導致電源電流增加，這導致串聯電阻Rseries的電壓降，從而降低輸出電壓。這種下降將足以補償輸出電壓的初始增加。因此，輸出幾乎保持不變。如果電源電壓降低，上述工作反向發生。

當負載電阻Rload減小時，負載電流Iload由于通過基極和集電極Ibase和Icoll的電流減小而增加。因此，Rseries上不會有任何電壓降，輸入電流保持不變。因此，輸出電壓將保持恒定，并且將是電源電壓和串聯電阻中的電壓降的差值。如果負載電阻增加，則反向發生。

并聯穩壓器的作用的限制因素

串聯電阻會導致大量功率損耗。

1. 通過晶體管的供電電流將比通過負載更多。

2. 電路可能存在有關過壓故障的問題。

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