最簡單的穩(wěn)壓器類型可能是齊納并聯(lián)穩(wěn)定器,它通過使用基本齊納二極管進行穩(wěn)壓來工作,如下圖所示。
齊納二極管的額定電壓相當(dāng)于預(yù)期的輸出電壓,可能與所需的輸出值非常匹配。
只要電源電壓低于齊納電壓的額定值,它就會在許多兆歐的范圍內(nèi)表現(xiàn)出最大電阻,從而使電源不受限制地通過。
然而,當(dāng)電源電壓超過“齊納電壓”的額定值時,會觸發(fā)其電阻的顯著下降,導(dǎo)致過電壓通過它分流到地,直到電源下降或達到齊納電壓電平。
由于這種突然的分流,電源電壓下降并達到齊納值,這導(dǎo)致齊納電阻再次增加。然后,循環(huán)繼續(xù)快速運行,確保電源穩(wěn)定在額定齊納值,并且絕不允許超過該值。
為了獲得上述穩(wěn)定,輸入電源需要略高于所需的穩(wěn)定輸出電壓。
高于齊納二極管值的過電壓會導(dǎo)致齊納二極管的內(nèi)部“雪崩”特性觸發(fā),從而產(chǎn)生瞬時分流效應(yīng)并降低電源,直到達到齊納二極管額定值。
此操作繼續(xù)無限確保固定穩(wěn)定的輸出電壓等同于齊納額定值。
齊納穩(wěn)壓器的優(yōu)點
齊納二極管在需要低電流、恒壓調(diào)節(jié)的情況下非常方便。
齊納二極管易于配置,可用于在任何情況下獲得相當(dāng)精確的穩(wěn)定輸出。
它只需要一個電阻來配置基于齊納二極管的穩(wěn)壓級,并且可以快速添加到任何電路中以獲得預(yù)期的結(jié)果。
齊納穩(wěn)定穩(wěn)壓器的缺點
雖然齊納穩(wěn)定電源是實現(xiàn)穩(wěn)定輸出的快速、簡單和有效的方法,但它也存在一些嚴重的缺點。
輸出電流較低,可在輸出端支持高電流負載。
穩(wěn)定只能用于低輸入/輸出差分。這意味著輸入電源不能太高于所需的輸出電壓。否則,負載電阻可能會消耗大量功率,使系統(tǒng)效率非常低。
齊納二極管工作通常與噪聲的產(chǎn)生有關(guān),噪聲可能會嚴重影響敏感電路的性能,例如高保真放大器設(shè)計和其他類似的易受攻擊的應(yīng)用。
使用“放大齊納二極管”
這是一個放大齊納版本,它利用BJT創(chuàng)建具有增強功率處理能力的可變齊納二極管。
假設(shè)R1和R2具有相同的值,這將為BJT基數(shù)創(chuàng)建足夠的偏置電平,并允許BJT最佳傳導(dǎo)。由于最小基極發(fā)射極正向電壓要求為0.7V,BJT將根據(jù)所用BJT的特定特性,傳導(dǎo)并分流高于0.7V或最多1V的任何值。
因此,輸出將穩(wěn)定在大約1V。這種“放大可變齊納二極管”的功率輸出將取決于BJT額定功率和負載電阻值。
但是,只需更改R2值即可輕松更改或調(diào)整到其他所需水平?;蛘吒唵蔚卣f,用鍋代替R2。R1和R2電位器的范圍可以是1K和47K之間的任何值,以獲得從1V到電源電平(最大24V)的平滑可變輸出。為了獲得更高的準確性,您可以應(yīng)用以下電壓分頻器公式:
輸出電壓=0.65(R1+R2)/R2
齊納放大器的缺點
同樣,這種設(shè)計的缺點是耗散高,隨著輸入和輸出差值的增加,功耗成比例地增加。
為了根據(jù)輸出電流和輸入電源正確設(shè)置負載電阻值,可以適當(dāng)?shù)貞?yīng)用以下數(shù)據(jù)。
假設(shè)所需輸出電壓為5V,所需電流為20mA,電源輸入為12V。然后使用歐姆定律,我們有:
負載電阻=(12-5)/0.02=350歐姆
瓦數(shù)=(12-5)x0.02=0.14瓦或簡單地1/4瓦就可以了。
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