交流穩(wěn)壓器_一種自動電壓調(diào)節(jié)器

穩(wěn)壓器是一種無論輸入電壓或負(fù)載條件如何變化都保持恒定直流輸出電壓的裝置。沒有被濾波器消除的交流紋波電壓也會被電壓調(diào)節(jié)器抑制。

電壓調(diào)節(jié)器設(shè)計中的元件組合確保在可變輸入電源下具有恒定的輸出電壓。每當(dāng)需要穩(wěn)定可靠的輸出電壓時，穩(wěn)壓器就是最優(yōu)選的電路。穩(wěn)壓器還具有過壓保護、短路保護、熱關(guān)斷、電流限制等保護功能。它可以是線性穩(wěn)壓器或開關(guān)穩(wěn)壓器，但最簡單且經(jīng)濟實惠的穩(wěn)壓器類型是線性穩(wěn)壓器。

我們來看一下采用齊納二極管的穩(wěn)壓器電路圖——

齊納二極管用作電壓調(diào)節(jié)器，從電壓變化很大的電源提供恒定電壓。

一、電壓調(diào)節(jié)器：

正如我們在上圖中看到的，在電路的開頭放置了一個電阻。為了將通過二極管的反向電流限制到更安全的電阻值，電路中使用了R s 。選擇源電壓V s和電阻器R s以使二極管工作在擊穿區(qū)。R L兩端的電壓稱為齊納電壓 V z，二極管電流稱為 I z。當(dāng)輸出電壓波動被電阻器 R s吸收時，負(fù)載 R L上保持穩(wěn)態(tài)電壓。需要調(diào)節(jié)變化的輸入電壓反接齊納二極管。除非 R L兩端的電壓小于齊納二極管擊穿電壓 V z ，否則二極管不會導(dǎo)通，并且 R s和 R L構(gòu)成 V s兩端的分壓器。

隨著電源電壓V s的增加，在這種情況下，R L兩端的電壓降將大于齊納二極管的擊穿電壓。因此，導(dǎo)致齊納二極管在其擊穿區(qū)域?qū)ā｝R納電流I z受到串聯(lián)電阻R s的限制，以免超過額定最大值I zmax。通過 R S 的電流由下式給出：源電流在結(jié)點方程1處分成 Iz 和 I L -

方程2

齊納二極管 V z兩端的電壓保持恒定，直到其在擊穿區(qū)域工作，齊納電流 I D可能會發(fā)生很大變化。如果此時輸入電壓進一步增加，則通過二極管和負(fù)載的電流增加。隨著二極管兩端的電阻減小，這將導(dǎo)致更多的電流流過二極管。

結(jié)果：R s上的電壓降將更大，因此輸出處的電壓將是接近輸入或電源電壓的值。

因此：我們可以說，除非電源電壓大于齊納電壓，否則齊納二極管在負(fù)載上保持均勻的電壓。

二、分立晶體管穩(wěn)壓器：

當(dāng)我們談?wù)摼w管穩(wěn)壓器時，它基本上有兩種電壓調(diào)節(jié)器的類型

通過使用上述任何類型，我們可以獲得預(yù)定值的恒定直流輸出電壓。該值與電源電壓或輸出負(fù)載的變化無關(guān)。

1．串聯(lián)穩(wěn)壓器：

下圖為串聯(lián)穩(wěn)壓器的框圖——串聯(lián)穩(wěn)壓器框圖

這里，獲得輸出電壓的輸入幅度由串聯(lián)控制元件控制。對輸出電壓進行采樣的電路提供與參考電壓進行比較的反饋。如果輸出端電壓升高，比較器向控制元件發(fā)送控制信號，以減小輸出幅度。類似地，如果輸出電壓降低，比較器發(fā)送控制信號，使得輸出幅度可以升高到期望的水平。

A．晶體管串聯(lián)穩(wěn)壓器的工作原理：

它也稱為射極跟隨器電壓調(diào)節(jié)器。下面的電路顯示了一個使用 NPN 晶體管和齊納二極管形成的簡單串聯(lián)穩(wěn)壓器。

晶體管串聯(lián)穩(wěn)壓電路在上述電路中，晶體管的集電極和發(fā)射極端子與負(fù)載串聯(lián)，這就是為什么它被稱為串聯(lián)調(diào)節(jié)器。晶體管 Q 被稱為串聯(lián)傳輸晶體管。

當(dāng)直流電源提供給輸入端子時，它會導(dǎo)致負(fù)載電阻器 R L兩端出現(xiàn)穩(wěn)壓輸出電壓。電路中采用的晶體管用作可變電阻，齊納二極管提供參考電壓。

其工作原理是晶體管兩端的輸入出現(xiàn)較大變化，因此輸出電壓趨于恒定。

這里，V out = V z – V BE

基極電壓幾乎保持恒定，其值稍微等于齊納二極管兩端的電壓V z。

進一步，讓我們考慮由于電源電壓增加而導(dǎo)致輸出電壓增加的情況。由于 V z固定在某個水平，因此 V out的增加將導(dǎo)致 V BE降低。V BE的減少將自動減少傳導(dǎo)。因此，集電極-發(fā)射極電阻R CE增大，從而導(dǎo)致V CE增大，最終輸出電壓降低。

B．負(fù)載變化對輸出電壓的影響如何？

假設(shè)負(fù)載電阻器 R L的值減小，從而導(dǎo)致通過它的電流增加。在這種情況下，V out開始下降，導(dǎo)致 V BE上升。最終，晶體管的導(dǎo)通電平增加，從而降低了 R CE。

電阻的減小會稍微增加電流，從而補償 R L的減小。

因此：輸出電壓保持恒定，因為它等于 I L R L。

C．局限性：

在室溫下，保持絕對恒定的輸出電壓很困難，因為隨著室溫升高，會自動導(dǎo)致 V BE和 V Z降低。

高電流下無法獲得良好的調(diào)節(jié)。

2．并聯(lián)穩(wěn)壓器：

并聯(lián)穩(wěn)壓器的框圖如下所示：并聯(lián)穩(wěn)壓器框圖

在這種類型的電壓調(diào)節(jié)器中，為了提供足夠的 調(diào)節(jié)，電流被從負(fù)載分流。為了保持恒定電流，通過使用控制元件將一些電流從負(fù)載分流。假設(shè)負(fù)載發(fā)生變化，從而導(dǎo)致輸出電壓發(fā)生變化。因此，反饋信號被發(fā)送到比較器電路，該比較器電路提供控制信號以改變從負(fù)載分流的電流的大小。

A．晶體管并聯(lián)穩(wěn)壓器的工作原理：

我們來看看并聯(lián)穩(wěn)壓器的電路圖——晶體管并聯(lián)穩(wěn)壓器電路圖

這里，R SE與電源串聯(lián)，晶體管跨接在輸出端。電源電壓由于 R SE上的壓降而降低，電壓的降低取決于 R L的電流供給。

V輸出= V z + V BE;

V輸出= V輸入– IR SE;

假設(shè)輸入電壓增加，導(dǎo)致 V out和 V BE上升，從而導(dǎo)致 I B和 I C增加。因此，隨著電源電壓的增加，電源電流 I 也會增加，從而在 R SE上產(chǎn)生更多的壓降，從而降低輸出電壓。因此輸出電壓幾乎保持恒定。

B．局限性：

它導(dǎo)致大部分電流流經(jīng)晶體管而不是負(fù)載。

過壓保護有時是此類電路中的一個問題。

三、應(yīng)用領(lǐng)域：

它們用于調(diào)節(jié)直流電壓的計算機電源。在配電系統(tǒng)中，電壓調(diào)節(jié)器沿配電線路使用，以便為消費者提供恒定的電壓。

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