2024-9-13，星期五，20:13，天气：多云，心情：晴。明天就是最后一天工作日啦，开心，没啥特殊的事情发生，继续学习。
今天开始了第11章的学习，主要学习内容为：稳压(线路/负载调整率)+串联稳压器(电压基准+稳压过程+短路或过载保护)+并联稳压器。
一、稳压器
稳压器是电源的一部分，用于提供不随输入电压、输出负载电流和温度变化的恒定的直流输出电压，稳压器的输入电压一般来自于交流电压或电池的整流滤波输出。稳压器分为两大类，线性稳压器和开关稳压器，线性稳压器共分为两类，线性串联稳压器和线性并联稳压器，通常可以输出正电压或负电压，双稳压器可以同时提供正电压和负电压；开关稳压器主要分为三种：降压、升压和逆变。
1. 稳压
（1）线路调整率：线路调整率用于评估电源在输入电压变化时维持恒定输出的能力，有两种典型的定义形式。第一种定义为输出变化和输入变化的比值，即(ΔVOUT / ΔVIN) × 100%；另一种定义方式是输出电压每伏的变化量除以输入电压的变化的百分比，单位为%/V，((ΔVOUT - VOUT) / ΔVIN) ×100%。
（2）负载调整率：负载调整率衡量的是当负变化引起流过负载的电流变化时，稳压器在负载上维持恒定输出的能力，定义为在负载电流值的某个范围内，输出电压发生的该变量，一般表示为((VNI - VFL) / VFL) × 100%，式中，VNL是空载时的输出电压，VFL是满载使得输出电压，需要注意的是，该公式仅考虑负载变化对输出点压得影响，其他影响因素需保持不变，工作温度应恒定在25℃。
一些商用电源都会使用等效输出电阻(ROUT)来代替负载调整率，下面进行一下简单的推导，任何一个二端网络都可以等效为戴维南等效电路，下图给出了有负载电阻电源得戴维南等效电路
戴维南等效电压是空载时的电源电压，戴维南等效电阻式输出电阻ROUT。理想情况下，ROUT为0，则负载调整率为0(不论负载电阻如何变化，负载电阻两端的电压都只是电源电压)，实际上，ROUT就是一个非常小的电阻。通过分压定律可知，输出电压为VOUT = (RL / (ROUT + RL))·VNL，如果令RFL为最小的负载电阻(负载电流最大)，则此时满载输出电压为VRF = (RFL / (ROUT + RFL))·VNL，带入负载调整率的公式可得：
化简得负载调整率 = (ROUT / RFL)×100%。同样，负载调整率可以定义为每毫安负载电流变化时引起的输出电压变化百分比，单位为% / mA。
2. 基本串联稳压器
下图为串联性线性稳压器的元件示意图，其中，控制元件串联进输入输出回路中，输出采样电路用于反馈输出电压的变化，误差检测器用与比较采样电压和参考电压，使得控制元件进行补偿从而保持输出电压。
（1）电压基准：在任何温度或其他条件变化时可以保持恒定电压的前提就是依赖于参考电压基准的稳定性。传统电路中，一般采用齐纳二极管来提供参考电压，如果齐纳二极管的电流是恒定的且温度不发生变化，那么通过设计可以使齐纳二极管在某个指定的电压处被击穿并保持恒定电压，但齐纳二极管有三个严重的缺点，第一个是齐纳二极管会产生噪声；第二个是齐纳电压会随着时间发生略微的变化(漂移)；第三个是齐纳二极管对温度的变化非常敏感，1℃的温度变化会引起齐纳电压压万分之一的改变，而且不同齐纳二极管受温度的影响严重程度并不相同。所以现代电路中，一般使用电压基准IC来替代齐纳二极管，电压基准IC可以提供较低的噪声，温度漂移和精确的初始精度。
（2）稳压过程：基本串联稳压器的电路图如下所示，其中分压电阻用于反馈输出电压的变化
当VIN减小或负载电流的变化件小时，通过分压器(采样电路)，成比例减小的电压加到运算放大器的反相输入端，因为齐纳二极管(基准IC)会将放大器的正向输入端的输入电压稳定在参考电压VREF处，所以放大器的同相和反相输入端之间会有一个微小的误差，该差值被电压放大器放大，使得运算放大器的输出电压增加，这个增加电压输入到Q1的基极，使得射极电压VOUT增加，直至反相输入电压(负载电压)等于参考电压(正向输入电压)。需要注意的是，因为功率晶体管需要处理电流，所以需要采取散热操作。
当负载电压或VIN增加时，稳压器会采取对应的减压作用，运算放大器的反相输入端电压增加，与VREF的差值减小，导致输入到晶体管基极的电压减小，射极电压减小，从而稳定输出电压VOUT。
从上述分析可知，串联稳压器中的运算放大器电路实际上是一个同相放大器，这个放大器的参考电压VREF是同相端输入，分压器R2和R3形成同相网络，闭环电压增益Acl = 1 + (R2 / R3)，则放大器的输出电压VOUT = [1 + (R2 / R3)] · VREF，从上式可以看出，输出电压仅与分压电阻的阻值和参考电压有关，与输入电压无关。
（3）短路或过载保护：如果负载电流过大，会损坏串联通道中的晶体管，所以大多数稳压器会使用一些限流通道，下图给出了一种限流机制，这种机制被称为恒流限流，由晶体管Q2和电阻R4组成，负载电流通过R4产生一个从基极到Q2发射极的电压，当IL到达预先设定的最大值时，R4上的电压足够使Q2正向导通，此时，晶体管Q1被短路，大电流由Q2的集电极流向发射极，电流被稳定在最大电流IL(max)，因为Q2的基极-集电极电压不能超过0.7V，所以流过R4的限制电流为IL = 0.7 / R4。
（4）具有折返限流的稳压器：从上面的学习可以知道，恒流限流只能将电流限制在最大的恒定值，而折返限流能使输出电流在过载情况时下降到峰值负载电流以下，防止过度的能量耗散，常用于高电流稳压器中。下图为一标准的折返限流稳压器，与恒流限流的唯一不同就是增加了电阻R5和R6：
由负载电流在R4上产生的压降需要克服R5上的电压和Q2的基极-发射极总电压才能使Q2导通(根据KVL可得)，即VR4 = VR5 + VBE。在电流过大的情况下，负载电流增大到IL(max)，使得Q2导通，在这点后电流不会增大，而稳压作用会导致输出电压的减小，输出电压减小会导致R5上的电压成比例的减小，因此，流过R4的小电流可以维持Q1的正向偏置条件，即随着VOUT的减小，IL随之减小：
3. 基本并联稳压器
与串联稳压器类似，基本并联稳压器的控制元件是与负载并联的晶体管，结构图如下所示
并联稳压器的工作原理与串联稳压器类似，不同的是，稳压功能是通过控制并联晶体管的电流实现的，当输出电压减小时，R3和R4将减小的电压反馈给同相输入端，则放大器同相输入端和反相输入端的压差减小，使得同相放大器的输出减小，导致晶体管Q1的基极电压VB减小，因此使其内部的集电极电流减小，并使其内部的集电极-发射极电阻rCE增大，因为rCE与R1一起作为分压器，所以rCE的增加补偿了减小的VOUT（阻值增加，分压增大）。
 使用 OpenCV 拼接和压缩)