穩(wěn)壓器

穩(wěn)壓器是一種設備或電路，能夠在輸入電壓或負載條件的發(fā)生變化時提供恒定的直流輸出電壓。它是電子產品中重要組成部分。它充當緩沖器，用于保護電路的組件免受損壞。它可以根據(jù)其設計調節(jié)交流和直流電壓。

穩(wěn)壓器主要有兩種類型。他們是：

• 線性穩(wěn)壓器（Linear voltage regulator）
• 開關穩(wěn)壓器（Switching voltage regulator）

兩種類型的穩(wěn)壓器都調節(jié)系統(tǒng)的電壓，但線性穩(wěn)壓器的工作效率低于開關穩(wěn)壓器。

在這里，我們將詳細討論線性穩(wěn)壓器。

線性穩(wěn)壓器

線性穩(wěn)壓器是一種穩(wěn)壓器設備，用于在輸入電壓或者負載條件發(fā)生變化時保持指定的輸出電壓。它使用由高增益放大器控制的有源器件（例如 BJT 或 MOSFET）。它利用有源傳輸器件的可變電導率（conductivity ）來維持輸出電壓。線性穩(wěn)壓器的充當分壓器以產生調節(jié)后的輸出電壓。

在線性穩(wěn)壓器中，線性元件（如電阻負載）用于調節(jié)輸出電壓。晶體管在電壓調節(jié)期間停留在其操作的有源區(qū)（歐姆區(qū)、線性區(qū)）中。

為了保持恒定的輸出電壓，可以改變內阻?？勺冸娮柰ㄟ^使用由放大器反饋回路控制的晶體管來提供。

線性穩(wěn)壓器也稱為降壓轉換器，其中輸出電壓始終小于輸入電壓。它消耗一部分功率并將其轉化為熱量以產生恒定的輸出電壓。

線性穩(wěn)壓器通常由三個引腳組成：輸入引腳、輸出引腳和接地引腳。LM 7805 穩(wěn)壓器的引腳圖如下圖所示。

線性穩(wěn)壓器的類型

根據(jù)負載的接入類型，線性穩(wěn)壓器主要有兩種類型。他們是：

• 串聯(lián)穩(wěn)壓器（Series Voltage Regulator）
• 分流穩(wěn)壓器（Shunt Voltage Regulator）

串聯(lián)穩(wěn)壓器

在串聯(lián)穩(wěn)壓器中，可變元件或有源傳輸元件（例如晶體管）與負載串聯(lián)連接。負載兩端的恒定輸出電壓是通過改變串聯(lián)元件相對于負載的電阻來實現(xiàn)的。

串聯(lián)穩(wěn)壓器是較常見的穩(wěn)壓器形式。它比分流穩(wěn)壓器更有效。

典型串聯(lián)穩(wěn)壓器的電路圖如下圖所示。

在該電路中，輸出電壓通過 R1 和 R2 之間的分壓器獲取。該電壓與參考電壓 V_REF 進行比較。產生的誤差信號將控制晶體管等傳輸元件的導通。進而，晶體管兩端的電壓發(fā)生變化，進一步導致負載兩端的輸出電壓保持恒定。

齊納二極管穩(wěn)壓器是一種串聯(lián)穩(wěn)壓器。它可以最大限度地減少電源電壓的紋波并改善調節(jié)。由于齊納電阻非零，此類穩(wěn)壓器的效率較低，可以通過限制齊納電流來提高效率。

齊納二極管穩(wěn)壓器的電路圖如下圖所示。

串聯(lián)穩(wěn)壓器的主要優(yōu)點是負載有效地利用了消耗的電流量。即使負載不需要任何電流，它也不會消耗全部電流。因此，串聯(lián)穩(wěn)壓器的效率遠高于并聯(lián)穩(wěn)壓器。

與開關穩(wěn)壓器相比，串聯(lián)穩(wěn)壓器的效率相對較低。但它具有簡單易用的優(yōu)點，而且它的輸出沒有開關電源的尖峰（switching spikes）。

分流穩(wěn)壓器

在并聯(lián)穩(wěn)壓器中，調節(jié)元件或有源調整元件如晶體管與連接的負載并聯(lián)連接。此外，限壓電阻與負載串聯(lián)。為了在負載兩端保持恒定的輸出電壓，電流水平必須通過串聯(lián)電阻。

典型并聯(lián)穩(wěn)壓器的電路圖如下圖所示。

在該電路中，晶體管的導通基于反饋和基準電壓進行控制。該電路的設計方式使通過串聯(lián)電阻的電流保持恒定。隨著流過晶體管的電流變化，負載兩端的輸出電壓保持不變。

與串聯(lián)穩(wěn)壓器相比，并聯(lián)穩(wěn)壓器的效率略低，但實現(xiàn)方式更簡單。并聯(lián)穩(wěn)壓器用于電流非常小的極低功率電路。這種類型的穩(wěn)壓器在電壓基準電路中非常常見。

優(yōu)點

以下是線性穩(wěn)壓器的優(yōu)點：

• 實施起來非常簡單且易于使用
• 它提供低輸出紋波電壓
• 它具有快速的加載響應時間
• 噪音小，電磁干擾小
• 它更具成本效益

缺點

以下是線性穩(wěn)壓器的缺點：

• 效率比較低
• 輸出電壓總是小于輸入電壓，即它只能降壓，不能升壓。
• 它需要一個散熱器，因為它會以熱量的形式消耗多余的功率，并在調節(jié)過程中變得非常熱
• 空間需求大