电子电路 - 调节器
电源系统中，负载之前的下一个也是最后一个阶段是调节器部分。现在让我们试着了解一下调节器是什么以及它的作用。
处理电力控制和转换的电子部分可以称为电力电子。调节器是电力电子中的重要设备，因为它控制着功率输出。
需要调节器
为了使电源产生恒定的输出电压，无论输入电压变化或负载电流变化如何，都需要电压调节器。
电压调节器是一种保持恒定输出电压的设备，而不是施加的输入电压的任何波动或负载所吸收的电流的任何变化。下图给出了实际调节器的外观。
调节器的类型
调节器可根据其工作方式和连接类型分为不同的类别。
根据调节类型，调节器主要分为两种类型，即线路调节器和负载调节器。
线路调节器 − 调节输出电压恒定的调节器，无论输入线路如何变化，它都称为线路调节器。
负载调节器 −无论输出端的负载如何变化，调节输出电压使其保持恒定的调节器称为负载调节器。
根据连接类型，有两种类型的电压调节器。它们是
- 串联电压调节器
- 分流电压调节器
它们在电路中的排列将如下图所示。
让我们看看其他重要的调节器类型。
齐纳电压调节器
齐纳电压调节器是使用齐纳二极管调节输出电压的调节器。我们已经在 BASIC ELECTRONICS 教程中讨论了有关齐纳二极管的详细信息。
当齐纳二极管在击穿或齐纳区域中工作时，即使通过它的电流发生大变化，其两端的电压也基本恒定。此特性使齐纳二极管成为良好的稳压器。
下图显示了一个简单的齐纳稳压器的图像。
当施加的输入电压 $V_i$ 超过齐纳电压 $V_z$ 时，齐纳二极管在击穿区域工作并保持负载两端的恒定电压。串联限流电阻 $R_s$ 限制输入电流。
齐纳稳压器的工作原理
齐纳二极管可保持其两端电压恒定，不受负载变化和输入电压波动的影响。因此，我们可以考虑 4 种情况来了解齐纳稳压器的工作原理。
情况 1 − 如果负载电流 $I_L$ 增加，则通过齐纳二极管 $I_Z$ 的电流会减小，以保持通过串联电阻 $R_S$ 的电流恒定。输出电压 Vo 取决于输入电压 Vi 和串联电阻 $R_S$ 两端的电压。
这可以写成
$$V_o=V_{in}-IR_{s}$$
其中 $I$ 是常数。因此，$V_o$ 也保持不变。
情况 2 − 如果负载电流 $I_L$ 减小，则通过齐纳二极管的电流 $I_Z$ 会增加，因为通过 RS 串联电阻的电流 $I_S$ 保持不变。虽然通过齐纳二极管的电流 $I_Z$ 会增加，但它会保持恒定的输出电压 $V_Z$，从而使负载电压保持恒定。
情况 3 − 如果输入电压 $V_i$ 增加，则通过串联电阻 RS 的电流 $I_S$ 会增加。这会增加电阻两端的压降，即 $V_S$ 会增加。虽然通过齐纳二极管的电流 $I_Z$ 也会随之增加，但齐纳二极管两端的电压 $V_Z$ 保持不变，从而使输出负载电压保持恒定。
情况 4 −如果输入电压降低，流过串联电阻的电流也会减小，从而导致流过齐纳二极管 $I_Z$ 的电流减小。但是齐纳二极管由于其特性可保持输出电压恒定。
齐纳稳压器的局限性
齐纳稳压器有一些局限性。它们是 −
- 对于重负载电流，它的效率较低。
- 齐纳阻抗会稍微影响输出电压。
因此，齐纳稳压器被认为适用于低压应用。现在，让我们了解一下使用晶体管制成的其他类型的稳压器。
晶体管串联稳压器
该稳压器有一个晶体管与齐纳稳压器串联，并且两者都与负载并联。晶体管用作可变电阻，调节其集电极发射极电压，以保持输出电压恒定。下图显示了晶体管串联稳压器。
随着输入工作条件的变化，流过晶体管基极的电流发生变化。这会影响晶体管基极发射极结点上的电压 $V_{BE}$。输出电压由恒定的齐纳电压 $V_Z$ 维持。由于两者保持相等，因此输入电源的任何变化都由发射极基极电压 $V_{BE}$ 的变化表示。
因此，输出电压 Vo 可以理解为
$$V_O=V_Z+V_{BE}$$
晶体管串联稳压器的工作原理
串联稳压器的工作原理应考虑输入和负载变化。如果输入电压增加，输出电压也会增加。但这反过来又使得集电极基极结点上的电压 $V_{BE}$ 降低，因为齐纳电压 $V_Z$ 保持不变。随着发射极集电极区域上的电阻增加，传导性降低。这进一步增加了集电极发射极结点上的电压 VCE，从而降低了输出电压 $V_O$。当输入电压降低时，情况会类似。
当负载发生变化时，这意味着如果负载电阻减小，负载电流 $I_L$ 增加，输出电压 $V_O$ 降低，发射极基极电压 $V_{BE}$ 增加。
随着发射极基极电压 $V_{BE}$ 的增加，传导性增加，从而降低了发射极集电极电阻。这反过来又增加了输入电流，从而补偿了负载电阻的降低。当负载电流增加时，情况会类似。
晶体管串联稳压器的局限性
晶体管串联稳压器具有以下局限性 −
- 电压 $V_{BE}$ 和 $V_Z$ 受温度升高的影响。
- 无法对大电流进行良好的调节。
- 功耗高。
- 功耗高。
- 效率较低。
为了尽量减少这些限制，使用晶体管并联稳压器。
晶体管并联稳压器
晶体管并联稳压器电路由一个电阻器与输入串联连接，以及一个晶体管组成，晶体管的基极和集电极由齐纳二极管连接，齐纳二极管用于调节，两者均与负载并联。下图显示了晶体管分流调节器的电路图。
晶体管分流稳压器的工作原理
如果输入电压增加，$V_{BE}$ 和 $V_O$ 也会增加。但这最初会发生。实际上，当 $V_{in}$ 增加时，电流 $I_{in}$ 也会增加。当该电流流过 RS 时，会导致串联电阻上的电压降 $V_S$，该电压降也会随着 $V_{in}$ 而增加。但这会使 $V_o$ 降低。现在，$V_o$ 的这种减少补偿了最初的增加，使其保持恒定。因此，$V_o$ 保持不变。如果输出电压反而降低，则会发生相反的情况。
如果负载电阻减小，输出电压 $V_o$ 应该会降低。通过负载的电流增加。这会使晶体管的基极电流和集电极电流减小。由于电流大量流动，串联电阻两端的电压变低。输入电流将保持恒定。
输出电压将是施加电压 $V_i$ 和串联电压降 $V_s$ 之间的差值。因此，输出电压将增加以补偿初始下降并保持恒定。如果负载电阻增加，则会发生相反的情况。
IC 稳压器
如今，稳压器以集成电路 (IC) 的形式提供。这些简称为 IC 稳压器。
除了具有普通稳压器的功能外，IC 稳压器还具有内置于设备中的热补偿、短路保护和浪涌保护等特性。
IC 稳压器的类型
IC 稳压器可以是以下类型 −
- 固定正电压稳压器
- 固定负电压稳压器
- 可调电压稳压器
- 双跟踪电压稳压器
现在让我们详细讨论它们。
固定正电压稳压器
这些稳压器的输出固定为特定值，值为正，这意味着提供的输出电压为正电压。
最常用的系列是 7800 系列，IC 将像 IC 7806、IC 7812 和 IC 7815 等，分别提供 +6v、+12v 和 +15v 作为输出电压。下图显示了连接后的 IC 7810，可提供固定的 10v 正稳压输出电压。
在上图中，输入电容 $C_1$ 用于防止不必要的振荡，输出电容 $C_2$ 用作线路滤波器以改善瞬态响应。
固定负电压调节器
这些调节器的输出固定为特定值，值为负，这意味着提供的输出电压为负电压。
最常用的系列是 7900 系列，IC 包括 IC 7906、IC 7912 和 IC 7915 等，分别提供 -6v、-12v 和 -15v 作为输出电压。下图显示了连接的 IC 7910，可提供固定的 10v 负稳压输出电压。
在上图中，输入电容器 $C_1$ 用于防止不必要的振荡，输出电容器 $C_2$ 用作线路滤波器以改善瞬态响应。
可调电压调节器
可调电压调节器有三个端子 IN、OUT 和 ADJ。输入和输出端子是公共的，而可调端子配有可变电阻，可使输出在很宽的范围内变化。
上图显示了一个非稳压电源，它驱动一个常用的 LM 317 可调 IC 调节器。LM 317 是一个三端正可调电压调节器，可以在 1.25v 至 37v 的可调输出范围内提供 1.5A 的负载电流。
双跟踪电压调节器
当需要分离电源电压时，使用双跟踪调节器。它们提供相等的正负输出电压。例如，RC4195 IC 提供 +15v 和 -15v 的直流输出。这需要两个未调节的输入电压，例如正输入可能从 +18v 到 +30v 变化，负输入可能从 -18v 到 -30v 变化。
上图显示了双跟踪 RC4195 IC 调节器。还提供可调双跟踪调节器，其输出在两个额定限值之间变化。
