電子學手冊/器件/穩壓器
電壓穩定器是一種電子裝置，能夠在輸入電壓和負載電流隨時間變化的情況下提供相對恆定的輸出電壓。
電壓穩定器是旁路穩壓器，例如齊納二極體或雪崩二極體。這些器件中的每一個都在指定電壓下開始導通，並且將導通足夠的電流以將其端電壓保持在該指定電壓。因此，旁路穩壓器可以看作是有限功率的並聯穩定器。旁路穩壓器的輸出用作電壓基準。
齊納二極體和雪崩二極體對溫度具有相反的閾值電壓依賴性。透過將這兩個器件按順序連線，可以構建具有改進的熱穩定性的電壓基準。有時（主要用於5.6V左右的電壓），兩種效應都組合在同一個二極體中。
該圖顯示了一個簡單的齊納電壓穩壓器。它是一個旁路穩壓器，透過齊納二極體的動作工作，即在透過它的電流足以使其進入齊納擊穿區域時，在其自身上保持恆定電壓。 電阻器 R1 為齊納電流 IZ 和負載電流 IR2 供電（R2 是負載）。R1 可以計算為 -
其中，VZ 是齊納電壓，IR2 是所需的負載電流。
這種穩壓器用於非常簡單的低功率應用，其中涉及的電流非常小，並且負載永久連線在齊納二極體兩端（例如電壓基準或電壓源電路）。一旦計算出 R1，移除 R2 將導致全部負載電流（加上齊納電流）流過二極體，並且可能會超過二極體的最大電流額定值，從而損壞它。該電路的調節也不太好，因為齊納電流（因此齊納電壓）會根據 VS 變化，並且與負載電流成反比變化。
在簡單的齊納穩壓器上新增一個射極跟隨器級，形成一個簡單的串聯電壓穩壓器，並大大提高電路的調節。這裡，負載電流 IR2 由電晶體提供，電晶體的基極現在連線到齊納二極體。因此，電晶體的基極電流 (IB) 形成齊納二極體的負載電流，並且遠小於透過 R2 的電流。這種穩壓器被歸類為“串聯”，因為調節元件，即電晶體，出現在負載的串聯中。R1 設定齊納電流 (IZ) 並確定為 -
其中，VZ 是齊納電壓，IB 是電晶體的基極電流，K = 1.2 到 2（以確保 R1 足夠低以提供足夠的 IB）。
其中，IR2 是所需的負載電流，也是電晶體的射極電流（假定等於集電極電流），hFE(min) 是電晶體的最小可接受直流電流增益。
該電路比簡單的齊納穩壓器具有更好的調節，因為電晶體的基極電流對齊納的影響非常小，從而最大限度地減少了由於負載變化引起的齊納電壓變化。請注意，輸出電壓將始終比齊納低約 0.65V，這是由於電晶體的 VBE 壓降。雖然該電路具有良好的調節，但它仍然對負載和電源變化敏感。這可以透過將負反饋電路併入其中來解決。這種穩壓器通常用作更高階串聯電壓穩壓器電路中的“預穩壓器”。
該電路很容易透過在齊納兩端新增一個電位器來實現可調，將電晶體基極連線從齊納的頂部移動到電位器滑臂。可以透過切換不同的齊納來使其成為步進可調。最後，它有時透過在齊納串聯中新增一個低值電位器來實現微調；這允許少量電壓調整，但會降低調節效能。
在最簡單的情況下，使用射極跟隨器，調節電晶體的基極直接連線到電壓基準
穩定器使用電源，其電壓 Uin 可能會隨時間變化。它提供相對恆定的電壓 Uout。輸出負載 RL 也可能隨時間變化。為了使這種裝置正常工作，輸入電壓必須大於輸出電壓，電壓降必須不超過所用電晶體的限制。
穩定器的輸出電壓等於 UZ - UBE，其中 UBE 約為 0.7v 並且取決於負載電流。如果輸出電壓降至該極限以下，則會增加基極和發射極之間的電壓差 (Ube)，開啟電晶體並提供更多電流。透過相同的輸出電阻器 RL 提供更多電流會再次提高電壓。
透過使用運算放大器，可以顯著提高輸出電壓的穩定性。
在這種情況下，如果反相輸入端的電壓明顯低於同相輸入端電壓基準的輸出電壓，則運算放大器會更多地開啟電晶體。使用分壓器（R1、R2 和 R3）可以選擇 Uz 和 Uin 之間的任意輸出電壓。