Стабилизатор постоянного или линейного напряжения — это устройство или схема, которая отвечает за обеспечение постоянного выходного напряжения постоянного тока при любых изменениях входного напряжения или условий нагрузки. Это самая важная часть электронных устройств. Он действует как буфер для защиты компонентов схемы от повреждений. Он может регулировать как переменное, так и постоянное напряжение в зависимости от своей конструкции.

В основном существуют два типа регуляторов напряжения. Это:

1. Линейный регулятор напряжения.
2. Импульсный регулятор напряжения.

Оба типа регуляторов напряжения регулируют напряжение системы, но линейный регулятор напряжения работает с меньшей эффективностью, чем импульсный регулятор напряжения.

В регуляторах напряжения в основном используются три компонента: цепь обратной связи, стабильное опорное напряжение и цепь управления проходным элементом.

В этой статье мы подробно обсудим линейный регулятор напряжения.

Линейный регулятор напряжения

Линейный регулятор напряжения — это регулятор, который используется для поддержания заданного выходного напряжения, которое остается постоянным, несмотря на изменения входного напряжения и состояния нагрузки. Он использует активное проходное устройство (такое как биполярный транзистор (BJT) или MOSFET), которое управляется усилителем с высоким коэффициентом усиления. Переменная проводимость активного проходного элемента отвечает за поддержание выходного напряжения. Производительность линейного регулятора напряжения заключается в том, чтобы действовать как делитель напряжения для генерации регулируемого выходного напряжения.

В линейном регуляторе напряжения линейный компонент (такой как резистивная нагрузка) используется для регулирования выходного напряжения. Транзистор остается в активной области или омической области или линейной области своей работы во время регулирования напряжения.

Для поддержания постоянного выходного напряжения можно изменять внутреннее сопротивление. Переменное сопротивление обеспечивается с помощью транзистора, который управляется цепью обратной связи усилителя.

Линейный регулятор напряжения также называется понижающим преобразователем, где выходное напряжение всегда меньше входного. Он потребляет часть мощности и преобразует ее в тепло, чтобы генерировать постоянное выходное напряжение.

Линейные регуляторы напряжения обычно состоят из трех контактов: входной контакт, выходной контакт и заземляющий контакт. Схема расположения контактов для регулятора напряжения LM7805 показана на рисунке ниже.

Все проекты на нашем сайте с применением регулятора напряжения LM7805 вы можете посмотреть по следующей ссылке.

Типы линейных регуляторов напряжения

В зависимости от способа подключения нагрузки линейные регуляторы напряжения делятся на два основных типа:

1. Последовательный регулятор напряжения (Series Voltage Regulator).
2. Регулятор напряжения с шунтом (Shunt Voltage Regulator).

Последовательный регулятор напряжения

В последовательном регуляторе напряжения переменный элемент или активный проходной элемент, такой как транзистор, подключается последовательно с подключенной нагрузкой. Постоянное выходное напряжение на нагрузке достигается путем изменения сопротивления последовательного элемента по отношению к нагрузке.

Последовательный регулятор напряжения — более распространённая форма регулятора напряжения. Он более эффективен, чем шунтовой регулятор напряжения.

Принципиальная схема типичного последовательного регулятора напряжения показана на рисунке ниже.

В этой схеме выходное напряжение измеряется через делитель напряжения между резисторами R1 и R2. Это напряжение сравнивается с опорным напряжением VREF. Результирующий сигнал ошибки будет управлять проводимостью проходного элемента, такого как транзистор. Таким образом, напряжение на транзисторе изменяется, и, следовательно, выходное напряжение на нагрузке поддерживается постоянным.

Стабилизатор напряжения на диоде Зенера (стабилитроне) — это еще один тип последовательного стабилизатора напряжения. Он может минимизировать пульсацию напряжения питания и улучшить регулировку. Эффективность этого типа стабилизатора напряжения низкая из-за ненулевого сопротивления Зенера, и ее можно повысить, ограничив ток Зенера.

Принципиальная схема регулятора напряжения на стабилитроне показана на рисунке ниже.

Главное преимущество последовательного регулятора напряжения заключается в том, что потребляемый ток эффективно используется нагрузкой. Он не потребляет полный ток, даже когда нагрузке не требуется ток. В результате последовательный регулятор напряжения значительно эффективнее шунтового регулятора напряжения.

Эффективность последовательного регулятора напряжения относительно низкая по сравнению с импульсным регулятором напряжения. Но он имеет такие преимущества, как простота, а также отсутствие коммутационных пиков на выходе.

Регулятор напряжения с шунтом

В шунтовом регуляторе напряжения регулирующий элемент или активный проходной элемент, такой как транзистор, подключается параллельно подключенной нагрузке. Кроме того, резистор, ограничивающий напряжение, подключается последовательно с нагрузкой. Для поддержания постоянного выходного напряжения на нагрузке уровень тока должен проходить через последовательный резистор.

Принципиальная схема типичного шунтового регулятора напряжения показана на рисунке ниже.

В этой схеме проводимость транзистора контролируется на основе обратной связи и опорного напряжения. Схема спроектирована таким образом, что ток через последовательный резистор остается постоянным. При изменении тока через транзистор выходное напряжение на нагрузке остается постоянным.

По сравнению с последовательным регулятором напряжения, шунтовой регулятор напряжения немного менее эффективен, но имеет более простую реализацию. Шунтовой регулятор напряжения используется в очень маломощных цепях, где теряемый ток очень мал. Этот тип регулятора напряжения очень распространен для цепей опорного напряжения.

Преимущества и недостатки линейных регуляторов напряжения

Преимущества

• Очень простая реализация и простота использования.
• Обеспечивают низкий уровень выходного пульсирующего напряжения.
• Имеют быстрое время отклика на загрузку.
• Имеют меньший уровень шума и низкий уровень электромагнитных помех по сравнению с другими регуляторами напряжения.
• Экономически эффективны.

Недостатки

• Сравнительно низкая эффективность.
• Они выдают выходное напряжение, которое всегда меньше входного напряжения, т.е. выполняют только операцию понижения.
• Им необходим радиатор, поскольку они рассеивают избыточную мощность в виде тепла и сильно нагреваются во время регулирования.
• Требуют больше места для размещения по сравнению с другими регуляторами напряжения.

Приложения

Существует множество применений линейного регулятора напряжения. Вот некоторые из них:

• Одним из наиболее распространенных примеров является мобильное зарядное устройство. Адаптер питается переменным током. Однако выходной сигнал напряжения представляет собой регулируемый постоянный ток.
• Каждый блок питания в мире использует регулятор напряжения для обеспечения желаемого выходного напряжения. Компьютеры, телевизоры, ноутбуки и всевозможные устройства питаются с использованием этой концепции.
• Малые электронные схемы полагаются на регуляторы для работы. Даже малейшее колебание сигнала напряжения может повредить компоненты схемы, такие как микросхемы.
• Когда речь идет о системах генерации электроэнергии, регуляторы напряжения играют важную роль в их работе. Солнечная электростанция вырабатывает электроэнергию на основе интенсивности солнечного света. Регулятор необходим для обеспечения регулируемого постоянного выходного сигнала.

15 просмотров