线性稳压器

在电子产品中，线性稳压器是用于维持稳定电压的系统。调节器的电阻根据输入电压和负载而变化，从而产生恒定的电压输出。该调节装置的作用类似于可变电阻，不断调节分压器网络以维持恒定的输出电压，并不断消散输入电压和调节电压之间的差值作为废热。相比之下，开关稳压器使用可打开和关闭以保持输出平均值的有源设备。由于线性稳压器的稳压电压必须始终低于输入电压，因此效率受到限制，并且输入电压必须足够高，以始终使有源器件下降一些电压。

线性调节器可以将调节器与负载并联（并联调节器），也可以将调节器放置在电源和调节后的负载之间（串联调节器）。简单的线性稳压器可能只包含一个齐纳二极管和一个串联电阻。更复杂的调节器包括电压基准，误差放大器和功率传递元件的独立级。由于线性稳压器是许多设备的常用元件，因此单芯片稳压器IC非常常见。线性调节器也可以由离散的固态或真空管组件的组件组成。

晶体管（或其他设备）用作分压器的一半，以建立稳定的输出电压。将输出电压与参考电压进行比较，以产生控制信号给晶体管，从而驱动晶体管的栅极或基极。具有负反馈和良好的补偿选择，输出电压保持合理恒定。线性稳压器通常效率低下：由于晶体管的作用就像电阻一样，因此将其转换为热量会浪费电能。实际上，由于晶体管中的发热导致的功率损耗 等于电流乘以输入和输出电压之间的电压差。相同的功能通常可以通过开关电源，但对于轻负载或所需的输出电压接近电源电压的情况，线性稳压器可能是首选。在这些情况下，线性稳压器的耗散功率可能比开关少。线性调节器还具有不需要磁性设备（电感器或变压器）的优点，该磁性设备可能相对昂贵或笨重，通常设计更简单，并且引起较少的电磁干扰。某些线性稳压器设计仅使用晶体管、二极管和电阻器，它们更易于制造成集成电路，从而进一步减轻了它们的重量，在PCB上的占位面积和价格。

所有线性稳压器都要求输入电压至少比所需的输出电压高至少一些最小量。该最小量称为压差。例如，一个普通的稳压器（例如7805）的输出电压为5 V，但只有在输入电压保持低于7 V的水平（输出电压开始下降到额定输出以下）之前，才能维持该电压。因此，它的压降电压为7 V-5 V = 2V。当电源电压比所需的输出电压高约2 V时，如低压微处理器电源中的情况，所谓的低压降稳压器（LDO） ）必须使用。

当输出稳定电压必须高于可用输入电压时，则线性稳压器将不工作（甚至低压差稳压器也不工作）。在这种情况下，必须使用升压转换器或电荷泵。对于低于额定输出电压的输入，大多数线性稳压器将继续提供大约低于输入电压的压差的输出电压，直到输入电压显着下降为止。

线性稳压器有两种基本形式：并联稳压器和串联稳压器。大多数线性稳压器具有xxx额定输出电流。这通常受功耗能力或输出晶体管的载流能力限制。

并联稳压器的工作原理是通过可变电阻提供一个从电源电压到地的路径（主晶体管位于分压器的“下半部”）。流经并联稳压器的电流从负载分流，直接流向地面，因此这种形式的效率通常比串联稳压器低。但是，它更简单，有时仅由一个参考电压二极管组成，并且用在非常低功率的电路中，在这些电路中浪费的电流太小了，不值得关注。这种形式对于参考电压电路非常普遍。分流调节器通常只能吸收电流。

串联稳压器是更常见的形式。它们比并联设计更有效率。串联稳压器的工作原理是通过可变电阻（通常称为晶体管）提供从电源电压到负载的路径（在这种情况下，通常称为串联通过晶体管）；它位于分压器的“上半部分”中-下半部分为负载。调节装置耗散的功率等于电源输出电流乘以调节装置中的压降。为了提高效率并减小传输晶体管上的压力，设计人员尝试使电压降最小化，但是一旦输入（未稳压）电压接近所需的输出电压，并非所有电路都能很好地调节电压；那些被称为低压差 调节器，与并联调节器不同，串联调节器通常只能提供（供电）电流。

可调调节器在其输出和调节端子（相当于固定调节器中的接地端子）之间产生固定的低标称电压。该系列设备包括低功率设备（如LM723）和中功率设备（如LM317和L200）。某些可变调节器可提供具有三个以上引脚的封装，包括双列直插式封装。它们具有通过使用特定值的外部电阻来调节输出电压的能力。

对于标准固定稳压器无法提供的输出电压和小于7 A的负载电流，可以使用通常可用的可调三端子线性稳压器。在LM317系列（1.25 V）调节正电压而LM337系列（-1.25 V）调节负电压。调节是通过构建一个分压器来实现的，其分压器的末端在调节器输出和地面之间，其中心抽头连接到调节器的“ adjust”（调节）端子。电阻比使用前面所述的相同反馈机制确定输出电压。

单IC双轨可调稳压器可用于需要匹配正负直流电源的运算放大器电路等应用。有些也具有可选的电流限制。一些调节器要求最小负载。

线性IC稳压器可能包括多种保护方法：

• 电流限制，例如恒定电流限制或折返
• 热关断
• 安全的工作区域保护

有时使用外部保护，例如撬棍保护。

线性稳压器可以使用分立元件构建，但通常以集成电路形式出现。最常见的线性调节器是三端的集成电路在TO-220封装。

常见的固态串联稳压器是LM 78xx（用于正电压）和LM79xx（用于负电压）。替代方案是诸如AMS1117和Holtek HT7xxx系列之类的低压差稳压器，它们也可用于低于LM78xx系列支持的电压的稳压器。Holtek稳压器的静态电流小于5 µA（约为LM78xx系列的1000倍），从而使其更适合于电池供电的设备。

常见的固定电压为1.8 V、2.5 V、3.3 V（均用于低压CMOS逻辑电路）、5 V（用于晶体管-晶体管逻辑电路）和12 V（用于通信电路和磁盘驱动器等xxx设备）。