電圧レギュレータ：リニア、シャント、およびジーナダイオード

電圧調整とは

電圧レギュレータは、電子または電気機器であり、電圧を適切な範囲内に維持することができます。電源に接続された電気機器は、電圧源の電圧値を受け入れるべきです。電源の電圧は、接続されている機器が受け入れ可能な一定の範囲内であるべきです。この目的は、電圧レギュレータを導入することで達成されます。

電圧レギュレータは、その名の通り、入力電圧や接続された負荷の変動に関わらず電圧を制御します。これは保護装置からの損傷を防ぐ盾として機能します。設計により、ACまたはDCの電圧を制御することができます。

電圧レギュレータの種類

主に2種類の電圧レギュレータがあります：

• 線形電圧レギュレータ

• スイッチング電圧レギュレータ

これらはさらに特定の電圧レギュレータに分類することができます。

線形電圧レギュレータ

このタイプの電圧レギュレータは電圧分割器として機能します。オーム領域でのFETを使用しています。安定した出力を維持するためには、負荷に対する電圧レギュレータの抵抗を変える必要があります。一般的に、これらのタイプの電圧レギュレータは以下の2種類があります：

• 直列電圧レギュレータ

• 並列電圧レギュレータ

直列電圧レギュレータ

これは、接続された負荷と直列に配置された可変要素を実装しています。この要素の抵抗を負荷に応じて変えることで、安定した出力を維持します。以下で簡単に説明します。

個別トランジスタ直列電圧レギュレータ

ブロック図から、規制されていない入力が最初にコントローラーに供給されることがわかります。これは実際に入力電圧の大きさを制御し、出力に与えられます。この出力はフィードバック回路に与えられ、サンプリング回路によってサンプリングされ、コンパレータに与えられます。そこで参照電圧と比較され、出力に戻されます。

ここで、コンパレータ回路は出力電圧が増加または減少するたびにコントローラーに制御信号を送ります。それにより、コントローラーは電圧を許容範囲内に増減させ、持続的な電圧が出力として得られるようにします。

Zenerダイオードによる電圧レギュレータ

Zenerダイオードが電圧レギュレータとして使用される場合、これをZener制御トランジスタ直列電圧レギュレータまたはエミッタフォロワ電圧レギュレータと呼びます。ここでは、使用されるトランジスタはエミッタフォロワ（下図参照）です。直列通過トランジスタのエミッタとコレクタ端子は、負荷に対して直列に接続されています。可変要素はトランジスタであり、Zenerダイオードは参照電圧を供給します。

並列電圧レギュレータ

並列電圧レギュレータは、可変抵抗を使用して電源電圧が接地に到達する方法を提供します。負荷から電流が負荷から接地にシャントされます。つまり、このレギュレータは電流を吸収でき、直列電圧レギュレータよりも効率が低いと言えます。用途には、エラーアンプリファイア、電圧監視、高精度電流制限器などがあります。これらは以下の2種類に分けられます。

個別トランジスタ並列電圧レギュレータ

ここで、電流は負荷からシャントされます。コントローラーは、規制されていない入力によって生成された全電流の一部を負荷に供給します。電圧制御は負荷に対して行われます。

ここで、負荷の変動による出力電圧の増減があるたびに、コンパレータ回路はコントローラーに制御信号を送ります。それにより、コントローラーは負荷から余剰の電流をシャントし、持続的な電圧が出力として得られるようにします。

Zener制御トランジスタ並列電圧レギュレータ