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线性变换器
线性变换器 (又称电压调整器) 有两种类型,分别为串联式调整器和并联式调整器,它们主要的区别在于输出电压的调节方式。
串联式电压调整器如图 1.1 所示,它本质上是个可变电阻,这个可变电阻是由一个工作于线性区的晶体管和负载串联组成。直流输出电压通过采样电阻网络 R,和 R,后,和参考电压分别加到误差放大器的输人端进行比较。误差放大器的输出电压通过一个电流放大器来驱动串联型NPN 晶体管的基极。电源的输出电压就是通过驱动串联型 NPN 晶体管的基极来进行调整的。当采样电阻 R,上的电压增加时,串联型 NPN 晶体管的基极驱动电流减小,使传送到输出端的电流减小,进而使输出电压降低。调整后的输出电压值 Vout
计算公式为:
计算式是假定串联晶体管是理想情况下的放大器工作电路的关系。输人电压的变化会导致串联晶体管的等效电阻 Rs 的变化。这个电阻 Rs和负载电流 oad的乘积得到一个变化的电压 V,用来补偿输人电压的变化,输出电压可以表示为
那么,对一个变化的输人电压来说,有如下关系:
那么,对一个变化的输人电压来说,有如下关系:
假定输出电压 V。..和输人电压 V是固定的,对一个变化的负载电流来说
输人电压的任何变化主要作用在串联晶体管上,输出电压的稳定性主要由反馈放大器的开环增益决定。一个串联式调整器可以实现-·个简单的、低成本的输出电压源,然而,它只能提供一个比输人电压低的输出电压。即使这种线性调整器输人电压和输出电压之间一直有一端共地,但是通常需要在输入和输出之间加人直流隔离。这种串联式调整器的主要缺点是在大电流应用场合时串联晶体管上有过多的功耗,在串联晶体管的发射极和集电极之间的功耗可以由下式表示:
很明显,当输出电压一定时,功耗会随着输人电压的增加而增加。在不考虑输人和输出电压的波动时,这种线性调整器的效率可以表示为
如图所示为输入电压和效率之间的关系 (5V 输出,2.5V 跌落电压)。跌落电压指的是满足输出电压需要时,输人电压大于输出电68压的最小幅值。低跌落电压(0.5~1V) 的电源通常用串联型 PNP 晶体管设计。可以从图中看出,5V 输出电压的串联式调整器的最高效率大约是 67%,当输人电压增加时效率降低,当输入电压是12V 时效率只有 42%。很明显效率会随着输出电压的增加而增加。