電池、變壓器、電源和轉換器不斷受到能量損失的影響。因此，負載上的輸出電壓會較低。溫度是性能的另一個關鍵特征。通過創建誤差放大系統，可以在任何類型的負載下穩定輸出電壓。

穩壓二極管穩壓器

使用具有電流放大器功能的功率晶體管，您可以創建和構建穩定器電路，提供高工作電流，保持輸出電壓相當恒定，齊納二極管上的電流非常低。圖 1所示電路是穩定理論的一個例子，也可用于非常高的功率。不幸的是，效率并不是最好的，因為大部分熱量由晶體管散發以執行其降低電壓的功能。該電路的特點是以下參數和元件：

12 V 輸入電壓，來自內阻約為 0.07 歐姆的汽車電池，以使其行為更接近真實組件；

所需的 7.5 V 輸出電壓，以在此電壓下為電源燈、立體聲系統或其他負載供電；

使用的功率晶體管是經典的 2N3055，如果消耗的電流超過一定水平，則必須配備足夠的鋁耗散器；

所使用的齊納二極管為 8.2 V。由于晶體管的 BE 結導致約 0.7 V 的下降，因此在輸出端獲得的電壓略低；

電路負載的阻抗為 100 歐姆，但可以毫無問題地升高或降低；

電解電容具有進一步提高穩定性的作用，使輸出信號更干凈。

圖 1：典型的穩定器

電路的輸出電壓不再對應于齊納二極管的電壓，但還需要考慮基極和發射極之間的壓降（通常等于0.7V左右），使其降低一定值。因此，電路的輸出電壓等于：

流過晶體管基極的電流顯然取決于流過負載的電流除以組件本身的“beta”。這個電流很小。電路的穩定性很好，輸出電壓相當穩定。事實上，齊納二極管 （IZ） 上的電流變化減少了“β”倍。如果輸出電壓必須與齊納二極管對應，可以在齊納二極管上串聯一個硅二極管來抵消Vbe。這樣，硅二極管的壓降補償了晶體管的壓降。如前所述，效率不是電路的優勢。當輸入電壓接近輸出電壓時，它會增加。巨大的差異會導致大量功率消耗在未使用的熱量中。

V（in）：11.993 V（由于電池內阻有小電壓降）；

V（輸出）：7.8 V；

I（電池）：90.98 mA；

I（負載）：78.05 mA；

I（齊納）：12.93 mA；

P （batt）： 1.09 W;

P（負載）：609.20 毫瓦。

因此效率非常低，約為55.89%。降低電壓時，晶體管耗散的功率為322.6 mW，這個值太高了。請記住，對于此類應用，建議使用新的開關轉換技術。

改進的穩定性和誤差放大器

上面提到的穩壓器的優點是非常簡單，元件少，但它有一定的不穩定性，由于被齊納電壓阻擋，輸出電壓不可能改變。要解決此問題，您可以使用提供額外晶體管和一些電位器的解決方案。新的 Q3 晶體管用作直流誤差放大器，作用于 Q2 晶體管的導通。因此，可以進一步改善輸出電壓的調節，使得輸出負載、輸入電壓或溫度的異常變化不會影響輸出電壓。為了獲得更好的穩定性，可以實施負反饋電路，以便自動調整操作值的任何變化。圖2中的示意圖顯示了具有誤差放大功能的輸出電壓調節器的理論但功能齊全的電路。該電路的特點是以下參數和元件：

V（in）：11.993 V（由于電池內阻有小電壓降）；

V（輸出）：8 V；

I（電池）：87.83 mA；

I（負載）：80.08 mA；

I（齊納）：7.09 mA。這次齊納的值為 4.7 V。

P （batt）： 1.05 W;

P（負載）：641.31 毫瓦。

圖 2：通過誤差放大的穩壓器圖

Q2 晶體管就像一個可變電阻器一樣工作，由 Q3 的電流驅動，該電流將齊納二極管的參考電壓與分壓器 R5-R6 的參考電壓進行比較。這種差異被放大，由于電路的負反饋，輸出電壓是足夠的。這樣，一部分輸出電壓與參考電壓VZ進行比較。兩個電壓之間的差值作用于 Q2 晶體管，該晶體管用作控制元件以穩定 Vout。根據以下公式，輸出電壓取決于分壓器 R5-R6、齊納二極管和 Q3 的 VBE 功率的電阻值之比。

該解決方案還有助于略微提高電路的效率，在所研究的情況下，該效率達到 61.07%。要確定 R4 電阻（為齊納二極管供電的電阻）的值，可以使用以下公式：

分壓器 R5-R6 的值極為關鍵。電阻器的尺寸必須精確，并通過連接的電位器或微調器進行精細調整。為了使分壓器為 Q3 晶體管提供正確的電流，必須有足夠大的電流流過它以確保良好的熱穩定性，但又不能太大以免電路輸出過載。以下等式可幫助計算兩個分壓器電阻。

讓我們測量作為溫度函數的電壓偏移

第二個電路大大提高了穩定器的性能，使其幾乎不受溫度變化的影響。現在讓我們檢查兩個電路的熱效應，檢查輸出端的電壓變化。圖 3顯示了兩個電路在上述條件下的靜態操作。模擬是在 0°C 到 +50°C 之間的溫度范圍內進行的。從兩張圖中可以看出，兩個穩定器的輸出電壓隨熱條件而變化。特別是，圖中的測量顯示了以下詳細信息：

紅色圖代表第一個電路的輸出，負載為 100 歐姆，工作溫度在 0°C 到 50°C 之間。我們可以看到輸出電壓逐漸線性增加，達到 0°C 7.61 V 和 50 °C 的 7.96 V，最大總偏移為 0.35 V。因此，第一個電路非常依賴于溫度；

藍色圖表示第二個電路的輸出，負載為 100 歐姆，工作溫度在 0°C 到 50°C 之間。輸出電壓在 0°C 和 8.08 攝氏度之間逐漸線性下降V 和 50 °C 時為 7.94 V，最大總偏移為 0.14 V。因此，第二個電路不受溫度影響，受熱變化的影響要小得多。

圖 3：作為工作溫度函數的輸出電壓圖

一個可能的實現

設計人員可以創建一個真實的 PCB 來構建穩定器的實用原型，如圖 4 所示。測量和比較電路各點的電壓、電流和功率值很有趣。

圖 4：糾錯穩定器電路 PCB 示例

結論

重要的是要記住，溫度會影響半導體的行為，并且 VBE 和 VZ 參數尤其受熱變化的影響。VBE 電壓下降約 2.5 mV/°C，而對于 VZ 則需要區分齊納的類型。對于 VZ》 5 V 的模型，溫度系數為正，溫度升高決定了差分電阻的增加。對于 VZ 《5 V 的模型，溫度系數為負，溫度升高對應差分電阻降低。在任何情況下，如果您需要效率大于 90% 的轉換系統，就必須考慮設計降壓型開關系統。

審核編輯：郭婷