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  • 穩(wěn)壓器電路的類型-工作原理與作用
    • 發(fā)布時(shí)間:2020-04-08 16:59:37
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    穩(wěn)壓器電路的類型-工作原理與作用
    穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)用于自動(dòng)“調(diào)節(jié)”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(fù)載時(shí)電壓也不會(huì)下降。
    因此,使用電壓調(diào)節(jié)器有兩個(gè)原因:
    1. 調(diào)節(jié)或改變電路的輸出電壓。
    2. 盡管電源電壓或負(fù)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(guān)該主題的基礎(chǔ)知識(shí)的更多信息,您還可以參考穩(wěn)壓二極管工作原理。
    穩(wěn)壓器可用于計(jì)算機(jī),交流發(fā)電機(jī),發(fā)電廠,其中電路用于控制電廠的輸出。穩(wěn)壓器可以分為機(jī)電或電子。它也可以歸類為交流穩(wěn)壓器或直流穩(wěn)壓器。
    電子穩(wěn)壓器
    所有電子穩(wěn)壓器都有一個(gè)穩(wěn)定的電壓基準(zhǔn)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(wěn)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(diào)節(jié)器還可以包括用于保護(hù)的附加電路,如短路,限流電路,熱關(guān)斷和過電壓保護(hù)。
    電子電壓調(diào)節(jié)器由三種中的任何一種或下面給出的三種調(diào)節(jié)劑中的任何一種的組合設(shè)計(jì)。
    1.齊納控制晶體管電壓調(diào)節(jié)器
    當(dāng)穩(wěn)壓電源的效率由于高電流而變得非常低時(shí),使用齊納控制的電壓調(diào)節(jié)器。齊納控制的晶體管電壓調(diào)節(jié)器有兩種。
    齊納控制晶體管串聯(lián)電壓調(diào)節(jié)器
    這種電路也稱為射極跟隨器電壓調(diào)節(jié)器。之所以這樣稱呼是因?yàn)樗褂玫木w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(fā)射極端子與負(fù)載串聯(lián)。因此,這個(gè)監(jiān)管機(jī)構(gòu)有名稱系列。使用的晶體管是串聯(lián)傳輸晶體管。
    穩(wěn)壓器電路
    齊納控制晶體管串聯(lián)電壓調(diào)節(jié)器圖
    然后將經(jīng)濾波的整流器的輸出提供給輸入端子,并且通過負(fù)載電阻器Rload獲得經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓Vload。參考電壓由齊納二極管提供,晶體管充當(dāng)可變電阻,其電阻隨基極電流Ibase的工作條件而變化。
    這種調(diào)節(jié)器工作背后的主要原理是晶體管上出現(xiàn)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(wěn)壓器工作原理
    當(dāng)輸入電源電壓Vin增加時(shí),輸出電壓Vload也增加。當(dāng)齊納電壓Vzener恒定時(shí),Vload的這種增加將導(dǎo)致晶體管基極發(fā)射極電壓Vbe的電壓降低。Vbe的這種減小導(dǎo)致導(dǎo)電水平的降低,這將進(jìn)一步增加晶體管的集電極 - 發(fā)射極電阻,從而導(dǎo)致晶體管集電極 - 發(fā)射極電壓的增加,并且所有這些都導(dǎo)致輸出電壓Vout降低。因此,輸出電壓保持恒定。當(dāng)輸入電源電壓降低時(shí),操作類似。
    下一個(gè)條件是輸出負(fù)載變化對輸出電壓的影響。讓我們考慮通過負(fù)載電阻Rload的減小來增加電流的情況。這導(dǎo)致輸出電壓值的減小,從而導(dǎo)致晶體管基極發(fā)射極電壓增加。這導(dǎo)致集電極發(fā)射極電阻值由于晶體管的導(dǎo)通電平的增加而降低。這導(dǎo)致輸入電流略微增加,從而補(bǔ)償負(fù)載電阻Rload的減小。
    這個(gè)電路的最大優(yōu)點(diǎn)是齊納電流的變化減少了因子β,因此齊納效應(yīng)大大降低,并獲得更穩(wěn)定的輸出。
    串聯(lián)穩(wěn)壓器的輸出電壓為Vout = Vzener - Vbe。電路的負(fù)載電流Iload將是晶體管可以通過的最大發(fā)射極電流。對于像2N3055這樣的普通晶體管,負(fù)載電流可以達(dá)到15A。如果負(fù)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(diào)節(jié)器比普通齊納調(diào)節(jié)器更有效。只有電阻和齊納二極管的普通齊納穩(wěn)壓器必須提供晶體管的基極電流。
    串聯(lián)穩(wěn)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(diào)節(jié)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(jìn)一步增加晶體管基極發(fā)射極電壓,從而增加負(fù)載。
    2. 沒有選項(xiàng)可以改變電路中的輸出電壓。
    3. 由于僅由一個(gè)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(diào)節(jié)。
    4. 與其他穩(wěn)壓器相比,該穩(wěn)壓器在輸入變化方面的調(diào)節(jié)和紋波抑制較差。
    5. 傳輸晶體管的功耗很大,因?yàn)樗扔赩cc Ic,幾乎所有的變化都出現(xiàn)在Vce,負(fù)載電流大約等于集電極電流。因此,對于重負(fù)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(wěn)壓器
    下圖顯示了并聯(lián)穩(wěn)壓器的電路圖。該電路由一個(gè)NPN晶體管和一個(gè)齊納二極管以及一個(gè)與輸入電源串聯(lián)的串聯(lián)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。
    穩(wěn)壓器電路
    齊納控制晶體管并聯(lián)穩(wěn)壓器圖
    并聯(lián)穩(wěn)壓器工作原理
    由于串聯(lián)電阻Rseries中存在電壓降,因此未調(diào)節(jié)的電壓也隨之降低。電壓降量取決于負(fù)載Rload提供的電流。負(fù)載兩端的電壓值取決于齊納二極管和晶體管基極發(fā)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。
    Â當(dāng)電源電壓增加時(shí),晶體管的輸出電壓和基極發(fā)射極電壓增加,從而增加基極電流Ibase,從而導(dǎo)致集電極電流Icoll(Icoll =β.Ibase)增加。
    因此,電源電壓增加導(dǎo)致電源電流增加,這導(dǎo)致串聯(lián)電阻Rseries的電壓降,從而降低輸出電壓。這種下降將足以補(bǔ)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(fā)生。
    當(dāng)負(fù)載電阻Rload減小時(shí),負(fù)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(huì)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(lián)電阻中的電壓降的差值。如果負(fù)載電阻增加,則反向發(fā)生。
    并聯(lián)穩(wěn)壓器的作用的限制因素
    串聯(lián)電阻會(huì)導(dǎo)致大量功率損耗。
    1. 通過晶體管的供電電流將比通過負(fù)載更多。
    2. 電路可能存在有關(guān)過壓故障的問題。
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