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基础电路——线性变换器

对于专用开关模式电源,线性稳压器通常比由分立元件(如齐纳二极管和电阻器,或晶体管甚至运算放大器)制成的等效稳压器电路更高效且更易于使用。

到目前为止,最流行的线性和固定输出稳压器类型是 78… 正输出电压系列和 79… 负输出电压系列。 这两种类型的互补稳压器可产生精确稳定的电压输出,范围从约 5 伏到约 24 伏,可用于许多电子电路。

这些三端固定稳压器的范围很广,每个稳压器都有自己的内置稳压和限流电路。 这使我们能够创建大量不同的电源轨和输出(单电源或双电源),适用于大多数电子电路和应用。

甚至还有可变电压线性稳压器可供使用,它提供的输出电压从刚好高于零到低于其最大电压输出几伏不等。

大多数直流电源包括一个大而重的降压电源变压器、二极管整流器(全波或半波)和一个滤波器电路,用于消除整流直流电中的任何纹波成分以产生适当平滑的直流输出电压。

此外,某种形式的电压调节器或稳定器电路(线性或开关)可用于确保在变化的负载条件下正确调节电源输出电压。 那么一个典型的直流电源看起来像这样:

这些典型的电源设计包含一个大型电源变压器(它还在输入和输出之间提供隔离)和一个串联稳压器电路。 稳压器电路可以由单个齐纳二极管或三端线性串联稳压器组成,以产生所需的输出电压。 线性稳压器的优点是电源电路只需要输入电容、输出电容和一些反馈电阻来设置输出电压。

线性稳压器通过在其电流-电压 (i-v) 特性的线性区域(因此得名)中在输入和输出之间串联放置一个连续导通的晶体管来产生稳压直流输出。

因此,晶体管的作用更像是一个可变电阻,它不断地将自身调整到维持正确输出电压所需的任何值。 考虑下面这个简单的串联传输晶体管稳压器电路:

这里这个简单的射极跟随器稳压器电路由一个 NPN 晶体管和一个直流偏置电压组成,用于设置所需的输出电压。 由于射极跟随器电路具有单位电压增益,向晶体管基极施加合适的偏置电压,从发射极端子获得稳定的输出。

由于晶体管提供电流增益,输出负载电流将远高于基极电流,如果使用达林顿晶体管布置,输出负载电流会更高。

此外,假设输入电压足够高以获得所需的输出电压,则输出电压由晶体管基极电压控制,在本例中为 5.7 伏特,以产生约 0.7 伏特的负载 5 伏特输出 跨接在基极和发射极端子之间的晶体管上。 然后根据基极电压的值,可以获得发射极输出电压的任何值。

虽然这个简单的串联稳压器电路可以工作,但缺点是串联晶体管在其线性区域持续偏置,以热的形式耗散功率。 由于所有负载电流都必须通过串联晶体管,这会导致效率低下、浪费 V*I 功率以及晶体管周围持续发热。

此外,串联稳压器的缺点之一是它们的最大连续输出电流额定值仅限于几安培左右,因此通常用于需要低功率输出的应用中。

当需要更高的输出电压或电流功率需求时,通常的做法是使用通常称为开关模式电源的开关稳压器将电源电压转换为所需的任何更高功率输出。

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