交流电源稳压器_工业自动电压稳压调节器
在理想情况下，大多数电源的输出是恒定的电压。但理想必竟是理想，不幸的是，这很难实现。有两个因素会导致输出电压发生变化。
首先：交流线路电压不是恒定的。所谓的220伏交流电的电压范围约为200伏至240伏。这意味着整流器响应的峰值交流电压可以在大约200伏到240伏之间变化。仅交流线路电压就可能导致直流输出电压发生10%的变化。
第二：负载电阻的变化。在复杂的电子设备中，负载会随着电路的接通和断开而变化。比如我们在启动电动机的时候，会感觉瞬间电压下降，灯炮的亮度会降低。这是很明显的变化。
由于电源具有固定的内阻，因此负载电阻的这些变化往往会改变所施加的直流电压。如果负载电阻减小，电源的内阻会降低更多的电压。这会导致负载两端的电压降低。
许多电路被设计为在特定的电源电压下运行。当电源电压发生变化时，电路的运行可能会受到不利影响。因此，某些类型的设备必须具有能够产生相同输出电压的电源，无论负载电阻或交流线路电压如何变化。这种恒定的输出电压可以通过在滤波器的输出端添加一个称为电压调节器的电路来实现。目前使用的调节器有许多不同类型，讨论所有这些调节器超出了本节的范围。
一、基本类型：
电压自动稳压调节器有两种基本类型。基本电压调节器分为串联或并联，具体取决于调节元件相对于电路负载电阻的位置或位置。
1．并联稳压器：
并联稳压器虽然是最简单的半导体稳压器之一，但通常效率最低。它可用于在负载相对恒定、电压低到中、输出电流高的情况下提供稳压输出。并联稳压器利用分压器原理来实现输出电压的调节。
下图显示了并联稳压器的基本形式。由于调节装置与负载电阻并联，故称为并联型调节器。固定电阻器Rs与负载电阻器RL和可变电阻器Rreg的并联组合串联，并在输入电路上形成分压器。
基本并联调节器的简要操作描述将用于解释实现输出电压调节的方式。
整个电路中流动的所有电流都流过串联电阻Rs。该电流的大小以及Rs上的压降值由可变电阻Rreg控制。Rs两端的电压等于直流电源的较大电压与负载电阻RL两端的输出电压之间的差。Rs两端的电压差根据需要通过电阻Rreg的作用而变化，以补偿电路变化并将负载的输出电压保持在所需值恒定。
如果调节器电路的输入电压降低，负载电阻器RL和可变电阻Rreg两端的电压往往会降低。为了抵消这种下降，增加了Rreg的电阻，从而减少了流过Rs的总电流，从而减少了其两端的电压降。因此，通过降低Rs的电压差来补偿输入电压的降低，输出电压保持恒定在其标称值。相反，如果输入电压增加，RL和Rreg两端的电压呈增加趋势。为了抵消这种增加，Rreg的电阻被降低。这会导致更多的电流通过Rs，从而增加其两端的电压。电压差的增加补偿了输入电压的增加，并且输出电压再次保持恒定在调节值。
并联稳压器必须能够承受直流电源的整个输出电压；然而，它不必承载满载电流，除非需要从空载状态调节到满载状态。由于与并联稳压器一起使用的串联降压电阻器Rs具有相对较高的功耗，因此此类稳压器的整体效率可能低于其他类型的稳压器。并联稳压器的优点之一是提供固有的过载和短路保护。串联电阻Rs，位于直流电源和负载之间；因此，短路或过载只会降低调节器电路的输出电压。但请注意，在空载条件下，并联调节装置必须消耗全部输出；因此，并联稳压器最常用于恒负载应用。
从前面段落中给出的一般讨论可以看出，并联稳压器本质上是一个分压器电路，无论输入电压或负载电流如何变化，负载两端的输出电压都保持基本恒定。改变Rreg的电阻并因此产生可变电压降所需的控制动作是完全自动的。这一电压调节的基本原理用于本节稍后描述的晶体管并联型电压调节器中。
2．系列调节器：
串联调节器，顾名思义，就是将调节装置与负载串联；调节是由于改变串联器件上产生的电压而发生的。串联稳压器更适合负载可能发生相当大变化的高压和中等输出电流应用。大多数关键的半导体应用要求稳压源使用串联稳压器；因此，调节器电路的配置有很多种。这些电路配置因一种应用而异，具体取决于给定温度范围内所需维持的调节。
串联调节器可以比喻为与直流电源和负载串联的可变电阻，从而形成分压器。串联调节装置的可变电阻作用使负载电阻两端的输出电压保持在恒定值。
下图显示了一个简单的串联稳压器电路，以帮助解释这种电压调节原理。可变电阻Rs与负载电阻RL串联；因此，两个串联的电阻在输入电压上形成分压器。负载电流流经Rs并在其两端产生电压。Rs上产生的电压取决于Rs的电阻值和通过它的负载电流。由于调节器电路的输入电压始终大于所需的输出电压，串联电阻Rs上产生的电压变化以获得负载电阻RL上的期望输出值。
如果调节器电路的输入电压降低，负载电阻RL和可变电阻Rs两端的电压也会降低。为了抵消该电压下降，可变电阻器Rs的电阻减小，使得Rs两端产生更小的电压，并且负载电阻器两端的电压返回到其之前的值。相反，如果调节器电路的输入电压增加，负载电阻RL两端的电压也会增加。为了抵消这种电压增加，增加了Rs的电阻，从而在Rs上出现更大的压降，负载两端的电压恢复到原来的值。
从前面几段的分析可以看出，串联型（以及并联型）稳压器本质上是一个分压电路，无论输入如何，负载上产生的输出电压基本恒定。电压或负载电流变化。改变串联调节装置并因此在Rs上产生相应的可变电压所需的控制动作是完全自动的。
3．齐纳二极管并联型稳压器：
齐纳二极管并联稳压器用作负载相对恒定的稳压器。该电路经常在更复杂的调节器电路中用作参考电压源和晶体管串联调节器中的预调节器。
特征：
A．使用齐纳二极管作为并联调节装置。
B．即使输入电压或负载电流发生变化，负载的调节输出电压也几乎恒定。
C．采用分压原理，采用固定电阻和稳压二极管串联；稳压负载取自二极管两端。
D．基本电路的变化允许调节正电压或负电压。
齐纳二极管稳压器是最简单的并联稳压器。调节器电路由与齐纳二极管串联的固定电阻器组成。稳压输出电压通过二极管产生；因此，负载连接在二极管两端。稳压器电路产生确定的输出电压，该电压取决于特定齐纳二极管的特性。
齐纳二极管是一个PN结，在制造过程中经过修改以产生特定的击穿电压水平；它在相当大的反向电流范围内以相对接近的电压容差运行。齐纳二极管的电阻会随着二极管温度的变化而变化。
二、电路操作：
在上图中，原理图“A”和“B”说明了基本稳压器电路中使用的齐纳二极管。电阻R1为串联电阻；半导体D1是齐纳二极管。“A”中的电路提供正输入电压的调节，而“B”中的电路提供负输入电压的调节。
串联电阻R1只需要稳定负载即可；它补偿二极管工作电压和未调节输入电压之间的任何差异。串联电阻的值取决于齐纳二极管和负载的组合电流。选择串联电阻时通常要考虑以下因素：输入电压的最小值（未调节）、负载电流的最大值、齐纳二极管电流的最小值以及（了解二极管特性）最高值。齐纳二极管及其并联负载电阻上产生的电压。一旦串联电阻R1的值确定后，可以通过考虑输入电压的最大值（未调节）、负载电流的最小值以及二极管两端产生的电压的最小值（使用建立的串联电阻值）来确定二极管的最大功耗对于R1）。为了获得稳定的操作，齐纳二极管的操作必须使其反向电流落在指定电压的最小和最大额定值范围内。值得注意的是，在空载条件下，齐纳二极管必须消耗全部输出功率。
如果调节器电路的输入电压降低，齐纳二极管D1两端的电压就会降低，并且通过二极管的电流立即降低。因此，流经串联电阻器R1的总电流减小，并且R1两端产生的电压成比例地减小，使得对于所有实际目的，负载电阻（和齐纳二极管）两端的输出电压保持相同。相反，如果调节器电路的输入电压增加，齐纳二极管两端的电压就会增加，并且通过二极管的电流立即增加。因此，通过串联电阻器R1的总电流增加，并且两端产生的电压R1按比例增加，因此对于所有实际目的，负载电阻（和齐纳二极管）两端的输出电压保持相同。
如果负载电阻汲取的电流减少或增加，则从输入源汲取的总电流不会改变。相反，通过齐纳二极管的电流会发生相应的变化，并且从源汲取的电流保持恒定，因此负载电阻两端的输出电压保持恒定。
三、晶体管稳压器：
下图显示了串联晶体管稳压器的简化图。在此图中，原理图“A”显示了用于正电源电压的调节器，原理图“B”显示了用于负电源电压的调节器。请注意，该调节器有一个晶体管(Q1)代替基本串联调节器中的可变电阻器（电位计）。要调节的电源的极性将决定要使用的晶体管的类型。由于总负载电流通过该晶体管，因此有时将其称为“传输晶体管”。组成电路的其他元件是限流电阻器R1和齐纳二极管D1。
“A”中的正调节器使用NPN晶体管作为调节器。调节晶体管的集电极连接至未调节电源。为了使NPN晶体管正确偏置，必须向集电极施加正电位。基极相对于集电极必须为负值（或较小的正值）。发射极必须是晶体管上最负（或最不正）的电位。使用齐纳二极管在基极上保持恒定（参考）电势。因此，晶体管具有正向偏压（发射极到基极）和反向偏压（集电极到基极）。反转上图原理图“B”中PNP晶体管的应用极性将应用正确的极性，以对该晶体管进行正确的偏置。
要理解调节作用，请将晶体管视为替换基本串联调节器中所示的电阻器Rs。当正向偏置施加到发射极-基极结时，晶体管导通，导致部分未调节的电源电压从晶体管的集电极到发射极产生。其余未调节的电源电压在负载上产生。负载两端产生的电压是稳压电压。要改变晶体管的导通电阻，就需要改变正向偏压。正向偏压的增加导致传导增加，从而导致传导电阻减少。正向偏压的减少会导致导电电阻的增加。由于齐纳二极管使基极电位保持恒定，因此偏置的唯一变化可能是由于尝试改变负载电位或发射极处的稳压电源电位而引起的。
然后，改变正向偏置会得到与旋转基本串联调节器中的电位计旋钮相同的结果。为了说明这一点，请考虑负载电流的增加。这种增加是由负载电阻的降低引起的（如切换电流的另一条并联路径时）。负载电压往往随着负载电阻而降低。这被视为调节器晶体管的正向偏置的变化。由于发射极电压降低，正向偏压增加。结果，晶体管（与负载串联）传导新的更高负载电流，并且晶体管的传导电阻减小。电阻的减小导致晶体管上产生的电源电压减少，从而使负载可用的电压与负载变化之前的电压几乎相同。
现在考虑增加未调节的电源电压。前面课程中的晶体管特性已经表明，集电极电压的变化对集电极电流的影响可以忽略不计。由于通过集电极（因此通过晶体管）的电流没有变化，调节电压不会改变。
用作调节器的晶体管必须能够安全地处理负载电流。通常，由于需要处理高负载电流，因此使用功率晶体管。如果单个晶体管无法处理所有电流，则可以并联放置晶体管。
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