穩壓器

穩壓器是一種設備或電路，能夠在輸入電壓或負載條件的發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。它可以根據其設計調節交流和直流電壓。

穩壓器主要有兩種類型。他們是：

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

兩種類型的穩壓器都調節系統的電壓，但線性穩壓器的工作效率低于開關穩壓器。

在這里，我們將詳細討論線性穩壓器。

線性穩壓器

線性穩壓器是一種穩壓器設備，用于在輸入電壓或者負載條件發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。線性穩壓器的充當分壓器以產生調節后的輸出電壓。

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

為了保持恒定的輸出電壓，可以改變內阻。可變電阻通過使用由放大器反饋回路控制的晶體管來提供。

線性穩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 穩壓器的引腳圖如下圖所示。

線性穩壓器的類型

根據負載的接入類型，線性穩壓器主要有兩種類型。他們是：

• 串聯穩壓器（Series Voltage Regulator）
• 分流穩壓器（Shunt Voltage Regulator）

串聯穩壓器

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

串聯穩壓器是較常見的穩壓器形式。它比分流穩壓器更有效。

典型串聯穩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。

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

齊納二極管穩壓器的電路圖如下圖所示。

串聯穩壓器的主要優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，串聯穩壓器的效率遠高于并聯穩壓器。

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

分流穩壓器

在并聯穩壓器中，調節元件或有源調整元件如晶體管與連接的負載并聯連接。此外，限壓電阻與負載串聯。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電阻。

典型并聯穩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。

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

優點

以下是線性穩壓器的優點：

• 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，并在調節過程中變得非常熱
• 空間需求大