在电子电路设计中，稳压器是一种至关重要的设备，它能够将输入端的波动电压转变为输出端稳定的电压，确保电路正常运行。下面我们将深入探讨稳压器的相关知识，并通过实际电路案例详细介绍如何构建稳压器。

什么是稳压器

稳压器是一种用于将输入端的波动电压改变为输出端定义的稳定电压的设备。电压调节器可以是机械的、电动的、交流的或直流的，本文主要聚焦于直流性稳压器。在大多数电路中，需要独立于消耗电流的恒定电源电压，因为即使是很小的过电压也可能对电路造成破坏。此外，稳压器还有助于消除音频放大器中的电源噪音。在信号发生器和振荡器中，输出频率会随电源电压而变化，因此必须进行良好调节以保持恒定。

稳压器的类型

如何构建稳压器电路

1. 简单的齐纳稳压器
   齐纳二极管是一种特殊的二极管，当以反向偏置配置连接时，它会在特定电压（即齐纳电压）下开始 “击穿” 或导通。一旦导通，它不会停止电流，因此需要一个电阻（如 R1）将电流限制在安全值
2. 假设在一个简单稳压器中，Vin 为 12V，Vout 为 5V，I 为 10mA。如果没有齐纳二极管，根据欧姆定律 R = V / I，可计算出 R = (12 - 5) / 0.01 = 700Ω，但此时齐纳二极管不会导通。根据经验，齐纳二极管需要传导两到五倍的负载电流，假设为 50mA，那么总电流 I = 50 + 10 = 60mA，所以 R1 = 7 / 0.06 = 116Ω。然而，当负载电流较大时，R1 和 D1 中的功耗会过大。不过，这种电路非常适合将信号电平转换为 5V 到 3.3V 的模块。

1. 齐纳作为参考和 Q1
   在这种电路中，使用齐纳二极管作为参考，晶体管 Q1 作为串联稳压器。R2 提供偏置以打开 Q1，并通过齐纳二极管 D2 提供更小的电流。如果 Vout 是 5V，由于晶体管基极 - 发射极有 0.6V 的电压降，所以 D2 需要是 5.6V（通常市场上有此规格）。R2 必须提供晶体管的集电极电流除以 hfe（假设 hfe 为 1000）。对于 1A 电源，集电极电流为 1A，那么 R2 需要提供的电流为 1 / 1000 = 10mA，R2 = (12 - 5.6) / 0.01 = 640Ω，再加上齐纳二极管的一点电流，可选择 560Ω。但这种电路会耗费大量电流来加热齐纳二极管。为了解决这个问题，添加了 Q5 和一个关闭 Vout 的反馈网络以提供一个更有用的电路。D4 可以是 1V 到 4V 范围内的任何值，并且可以调节。当 Vout 试图超过 Q5 基极 / 发射极电压 + 0.6 + D4 时，它开始从 Q4 的基极抢夺电流以稳定电压。R6 只需要 1K 就够了，R7 和 R8 也将提供更轻松的调整。此外，还可以添加一些过流保护措施。D6 和 D7 两端的电压降始终为 0.6 + 0.6 = 1.2V，Q6 的 Vbe 也为 0.6V。例如，如果我们认真选择 R14，用来匹配我们想要防止任何过流的点，比如 2A，一旦 R14 两端的 V = 1.2V，D6 和 D7 将从 Q6 基极抢夺电流，从而不会允许超过 2A 的电流通过。这里还可以通过另一项改进来防止二极管中出现大电流，用 Q9 替换二极管，它只需要 0.6V 即可将其打开并引起电流限制。对于 2A，R19 = 0.6 / 2 = 0.3Ω。

1. 固定稳压器
   在电路中，有固定电压三端稳压器，如 M78xx 系列稳压器 IC。LM7812 输出 12V，LM7809 输出 9V，LM7805 输出 5V。需要注意的是，不要将 C4 和 C10 与平滑电容混淆，它们用于噪声和稳定性，并且应该是低 ESR（等效串联电阻）。C4 通常为 10uF，C10 为 1uF。二极管 D9 用于对负载中的任何大电容进行反向放电，以防止稳压器在输入变低时反向偏置。
2. 可调稳压器
   最后，介绍可调式三端稳压器 —— 著名的 LM317 稳压器。C2 用于噪声，可以是 1uF。R20 和 R23 的比率设置输出电压。它们可以是两个或一个可调电位器。R20 在数据表中显示为非标准 240Ω，但如果将其设为标准 220Ω，则对于 Vmax 和 Vmin 之间的任何电压，R23 = (176 * Vout) – 220。例如，如果你想要 9V 的输出电压，R23 可以是一个固定值，即 176 * 9 – 220 = 1k4。不过要注意，由于内部参考电压为 1.25V（稳压器可以达到的最低电压），因此输入和输出之间至少需要 2V，并且最大电压为 32V，因此它可以提供 1.2V 至 30V 的调整范围。使 R23 为 10k。稳压器消耗的功率为 (Vin - Vout) * Iout。因此，对于 1A 的 12V 输入和 5V 输出，功率为 (12 - 5) * 1 = 7W，这意味着稳压器在设置为最低输出电压时会消耗大部分功率。如果要从调节器中取出超过 1A 的电流或太热而无法用手指握住，则需要一个散热器，也可以尝试将其安装在正在使用的铝盒的外壳上，或者安装在一块扁平铝材上，更好的是，安装在合适的散热器上。