电压调压器的定义及工作原理

一、引言

大多数集成电路需要一个稳定的电压，他们可以工作。它们有自己的工作电压，不管是基本逻辑门还是复杂的微处理器。3.3V、5V和12V是最常见的工作电压。虽然我们有可以作为电压源的电池和直流适配器，因为他们的电压不受控制，他们不能直接联系到我们的电路设计大多数时间。

比如说，我们有一个9V的电池，但是我们需要激活一个5V的继电器，这个继电器显然在5V下工作。我们在这里干什么？

二、电压调节器的定义和使用

你还记得你上学的时候，我们被告知电阻电压会下降。根据欧姆定律只使用电阻来降低电压，这不是一个简单的解决办法吗？但是，根据流经它们的电流，电阻器会降低电压。当你的部分开始消耗较少的电流时，它就会迅速上升并破坏电压。

你需要更好的东西；电压，至少不多，与负载电流无关。分压器是下一个最简单的修理你的头。这涉及到两个电阻，但嘿，如果能塞进它们也能工作。另一个棘手的问题当你的部件开始消耗这么多电流时，分压器下垂输出，顶部电阻不能跟上电流需求。现在你真的开始希望你在学校里听说过这件事。通过减少电阻值，你可以解决这个问题，但是这会使两个电阻消耗过多的电流，很可能会破坏你的当前预算，并使其过热，从而带来直接的故障风险。

还有什么可以做的？放大！当然，你得花上几个小时的时间来做这方面的讲座。作为电压跟随器，为什么不加一个NPN晶体管呢？分压器的偏压可以接在基础上，12V的轨道输入可以连接到集电极，输出可以连接到发射极部分，这样，问题就解决了。

当然，修理是可行的，但这会让你有一种唠叨的感觉，你已经用了三个零件，然后你检查发现，在12V供电轨的性能上，错误是完全重复的。当然，这是一个放大器，它不具备自我补偿的能力。你可以用齐纳二极管代替分压器的底部电阻，但是正确偏置齐纳所需的电流（相对于温度系数和漂移等因素）几乎与你的部件消耗的电流一样多，这是毫无意义的。

难道没有更简单的方法吗？黑盒子不需要任何东西来降低电压吗？类似的压力循环（包括我）已经影响了世界各地数百万的EEE。当然，并非所有的问题都与电压下降有关，但EEE实验室在类似情况下到处都很流行！

但你很幸运，你需要的正是这部分。除了最早的商业化的电压调节器外，电流调节器也是最早实现的。

如果你看过电压调节器的数据表，你会惊讶地发现，它们的电路设计可以降低电压并保持清洁——一个稳定的电压调节器，反馈和补偿放大器，以及半个好的功率维尔。当然，如果我们能够在我们自己的手机里塞进这么多的技术，为什么不做一个带有电压控制的to-92套件呢？

有些电池的耗电量不超过几毫安，这是百万分之一安培的千分之一！他们一天比一天强壮。更妙的是，有些还配有短路和过热保护，使它们万无一失。

三、电压调节器细看

正如我们在上一节中所看到的，电压调节器的主要作用是将较大的电压降到较小的电压，并保持其稳定，因为调节电压用于为（敏感）电子设备供电。

如上所述，电压调节器本质上是一个增强的发射极跟随器——一个与稳定基准相连的晶体管，它输出恒定的电压，从而降低剩余电压。

它们还有一个内置的误差放大器，可以对输出电压进行采样（再次通过分频器），将其与参考电压进行比较，计算出差值，并相应地驱动输出晶体管。这与电压分压器相去甚远，它忠实地复制输入信号，但幅度较小。你不想看到你的直流电压轨道上覆盖着交流纹波。

一个高增益的晶体管是理想的，因为功率晶体管在两位数范围内增益可怜，驱动起来非常痛苦。通过使用达林顿晶体管和最近的mosfet，这一问题得到了解决。由于这些类型需要较少的电力驱动，因此总体电流消耗减少。这是平衡的事实，很少的电流往往被内部使用的参考电压吸收。

当输出未加载时，调节器吸收的驱动所有内部电路的电流称为静态电流。沉默的电流越低，就越强。

在功率输出电平上有三个晶体管，其中两个采用达林顿配置，另一个作为电流限制单元，这就是这些调节器的设计方式。连续的CE结加起来，整个调节器的电压降约为2V。

这个电压称为电压降，即调节器停止控制的电压。

当电压降为0.4伏时，你可以找到称为LDOs或低压差调节器的设备，因为它们使用MOSFET开关。

四、三端调节器

够了，现在来看看实际的件数。

78XX系列是最常见的电压调节器系列。例如，7805是5V调节器，7812是12V调节器。78后面的两个数字反映调节器的输出电压。从3.3伏到24伏的广泛范围涵盖了输出电压与固定稳压器和愉快的值，如5伏，6伏，9伏，15伏和18伏可用。

在大多数情况下，这一系列的调节器是杰出的，他们可以处理高达30V的输入电流和高达1A的输出电流取决于套件。将输入针脚连接到输入电压，将输出针脚连接到需要较低电压的装置上，当然，还要将接地针脚接地。它们非常容易使用。

由于反馈放大器“拒绝”输入纹波和噪声，以确保它们不会转移到输出端，因此去耦电容器在这里是可选的。但是，如果您的设备消耗的电流超过几十毫安，建议输入和输出至少4.7uF，最好是陶瓷。

使用这些调节器，人们所做的一件奇怪的事情就是制造初级的手机充电器。只需在输入端加一个9V的电池，在输出端加一个合适的USB接口，你就可以为自己准备一个应急手机充电器了。由于芯片上内置的热安全性，这种设计非常健壮。

这类电压调节器的一个积极的方面是，引线几乎可以互换，因此可以插入式更换。现在，大多数印刷电路板上的晶体管封装都是电压调节器，因为它们很容易用于其他项目。

五、调压器：增加输出电流

性能电流受到软件包和安装方式的严重限制，是一个很容易克服实用程序的限制。

这些调节器有高电流版本，但很难识别。

DC-DC开关变换器是唯一能够输出高电流的机器，但其性能噪音数字非常糟糕。

有可能建立自己的大电流线性稳压器，但不可避免地你会遇到上述所有问题。

幸运的是，有一些额外的位，有一个方法'劫持'一个正常的调节器和增加目前的产品。

大多数的修改包括在调节器上插入一个旁路晶体管，如下图所示，用输入驱动基极。

六、可调调节器

使用三端稳压器是非常愉快和简单的，但是如果你想要10.5V或13V这样的非标准输出电压呢？

当然，固定的调节器或多或少会被劫持，但必要的电路非常复杂，超出了简单的首要目标。

现有的设备可以为我们完成这项工作，其中LM317是最常见的。

LM317就像其他线性调节器一样，有输入和输出引脚，只是有一个引脚名为“调整”而不是一个接地引脚。该管脚的作用是通过分压器的输出接收输入，使该管脚始终处于1.25V的电压，我们可以通过改变电阻值来获得各种电压。该数据表还指出，“消除了保持的几个固定电压”，但这只适用于，当然，如果你能负担得起这两个电阻。

这种可调稳压器的一个优点是，它们也可以作为连续电流源，只需稍微改变一下配置。

调节器的目的是在整个输出电阻中保持恒定的1.25V电压，从而通过在输出引脚上连接一个电阻，将调整引脚连接到电阻器的另一端来保持输出端的恒定电流，如图所示。对于二极管激光器组，这种简单的电路非常常见。

这也可以通过固定的稳压器来实现，但压降过高（实际上是额定输出电压）。然而，如果你绝望的话，它们也能在紧要关头工作。

七、电压调节器的局限性

线性调节器最大的优点是它们的简单性；再说什么都不重要。然而，它们也有自己的局限性，就像所有好的芯片一样。

线性稳压器的工作反馈就像可变电阻，降低任何不需要的电压。牵引时，与负载相同的电流。这些浪费的能量被转化为热能，使得这些调节器在高电流下变得温暖而低效。

例如，一个5V的稳压器，一个12V输入，在1A下运行，它的功率损耗是（12V-5V）*1A，这是7W！这浪费了大量的能源，而这仅仅是58%的产量！

因此，调节器在高输入输出电压差或高电流时的能量效率很低。

在一系列降低输出电压（达到所需电压值）中使用多个调节器，可以解决输入输出差分电压问题，从而逐步降低电压。虽然总的功率耗散与有一个调节器相同，但热负荷分布在所有设备上，从而降低了整体工作温度。

通过使用开关电源，可以解决功率和效率的限制，但选项取决于应用，对于何时使用哪种电源没有直接的规则。

八、常见问题

1电压调节器中的压降或净空是多少？

一个线性调节器，如著名的7805输出5.0伏。电压降规格为2伏，最大2.5伏。这意味着只要输入未经调节的电压高于5伏的调节输出电压2到2.5伏，它就会调节5伏，这就给了它2伏（7减5）的净空。

净空被认为是它能保持的最小输入输出差。如果调节器的输入电压下降到4.5伏，则输出电压约为5.5伏。这意味着，计算二极管下降，纹波振幅，你必须保持高于下降电压，否则你会看到你的输出纹波。

2电压调节器是如何工作的？

它的工作原理是检测错误。交流发电机通过电压互感器得到的输出电压，然后经过整流、滤波和与基准电压比较。实际电压和参考电压之间的差称为误差电压。这个误差电压由放大器放大，然后提供给主励磁机或副励磁机。

因此，放大的误差信号通过降压或升压作用（即控制电压波动）来控制主励磁机或副励磁机的励磁。励磁机输出控制通向主交流发电机终端电压的控制。

3电压调节器能把交流电转换成直流电吗？

取决于所使用的拓扑和电路元件。

把交流电转换成直流电的电路叫做整流器。附加电路如buck-boost变换器可以用来调节直流电。

在一般意义上，大多数电压调节器是为交流系统而销售的。它们是一种背靠背变换器，它将交流电整流成直流电，然后在适当改变波形后将直流电逆变成交流电。可以在整流阶段之后获得中间直流输出，并通过进一步的电路对其进行适当的修改。

4电压调节器有两种类型？

使用两种类型的调节器：步进调节器（其中开关调节电流供应）和感应调节器（其中感应电机提供二次连续调节电压，以平衡馈线中的电流变化）。

5如何使用调压器？

第一个0.33uF电容器将线路上的任何交流噪声短路到地面，并将信号清理干净，以供我们的调节器输入。在这个5V的电路中，电压降到5V。

6稳压器和稳压器有什么区别？

基本上，没有大的区别。稳压器的输入电压范围有限，主要用于低功率设备，而调节器的输入电压范围更高，适用于中功率和高功率设备。两者都能确保稳定的输出电压。稳定器是一种电压调节器。

7电压调节器用在哪里？

电子调压器存在于计算机电源等设备中，它们稳定处理器和其他元件使用的直流电压。在汽车交流发电机和中央发电站发电厂，电压调节器控制发电厂的输出。

8电压调节器故障的原因是什么？

调节器整流器故障的原因有很多。。。接地连接对于良好的电压很重要，如果电压有故障，调节器整流器可能会热运行。接地不良、蓄电池连接腐蚀以及蓄电池连接不良或松动都会导致电压故障。

9自动电压调节器的作用是什么？

自动电压调节器（AVR）是一种电子装置，它在相同的负载下保持电气设备的恒定电压水平。AVR调节电压变化以提供稳定、可靠的电源。

10电压调节器能用多久？

在大多数情况下，仪表电压调节器应该在汽车的使用寿命内使用。就像汽车的任何其他电气部件一样，最终，这个电压调节器将开始显示出损坏的迹象。