线性稳压器的基本概念及主要类型

众所周知，稳压器用于调节电压电平，当需要稳定、可靠的电压时，稳压器是首选设备，因为它可以生成一个固定的输出电压，该电压在输入电压或负载条件的任何变化下保持恒定。在开关电源中，稳压器起着关键作用。

按照功能和原理划分，稳压器主要分为两类，即线性稳压器和开关稳压器，它们广泛的应用与不同的电路中。其中，线性稳压器是最简单的稳压器，它分为多种类型，由于结构紧凑，主要用于低功率、低压系统。

与此同时，线性稳压器还提供热过载保护、安全限流等功能特性。在本文中，小编就线性稳压器的作用、工作原理和类型进行简单的介绍。

基本概念

调节电源的调节器的最原始形式就是线性稳压器(Linear Voltage Regulators)，在线性稳压器中，有源传输元件(通常是BJT或MOSFET)的可变电导率负责调节输出电压。

当连接负载时，输入或负载的变化将导致通过晶体管的电流发生变化，从而使输出保持恒定。为了使晶体管能够改变其电流(在BJT的情况下为集电极-发射极电流)，它必须工作在有源或欧姆区域(也称为线性区域)。

在整个过程中，线性稳压器会消耗大量功率，因为晶体管内的净电压会下降，从而像热量一样消散。

工作原理

线性稳压器是通过输出电压反馈，然后经误差放大器等组成的控制电路来控制调整管内的压降VDO(即压差)来达到稳压的目的，其主要特点是：VIN>VOUT，且调整管工作是在线性区，其原理图如下所示：

当输入电压的变动或负载电流的变化引起输出电压变动时，可通过反馈及控制电路，改变VDO的大小，使输出电压VOUT基本不变。

此外，不管是普通线性稳压器，还是LDO(低压差)稳压器，其工作原理都是一样的，主要的区别在于二者调整管结构的方法不同，其中LDO比普通线性稳压器压差更小，功耗也更低。

主要类型

通常情况下，线性稳压器可以分为五类，分别是：

• 正向可调稳压器
• 负向可调稳压器
• 固定输出稳压器
• 跟踪式稳压器
• 浮动稳压器

对于正可调线性稳压器，其典型的型号是LM317稳压器 IC，LM317的输出电压可以在1.2V和37V之间调节。而对于固定输出线性稳压器，典型的是78XX系列稳压器IC属，例如7805是一种常用的5V输出的固定电压稳压器。

此外，线性稳压器根据负载的连接方式可以再次进行分类，分别是：

• 串联稳压器
• 并联稳压器

下面简单介绍一下这两种类型的线性稳压器的工作过程。

1、串联稳压器

在线性稳压器中，如果有源传输元件(例如晶体管)与负载串联，则称为串联稳压器。以下电路显示了典型的线性串联稳压器：

在该电路中，稳压器的输出电压通过分压器网络R1和R2进行检测。将该电压与参考电压VREF进行比较，产生的误差信号将控制传输晶体管的导通。结果是，晶体管两端的电压发生变化，负载两端的输出电压基本保持恒定。

一种典型串联稳压器是齐纳二极管稳压器，它可以在负载上保持恒定电压，其电路图如下所示：

2、并联稳压器

并联稳压器可以与串联稳压器形成对比。也就是如果线性稳压器中的传输晶体管与负载并联，则稳压器称为并联稳压器。此外，电路中还应有一个与负载串联的限压电阻。下图显示了一个典型的并联电压稳压器：

在这个电路中，晶体管的导通是基于反馈和参考电压来控制的，这样通过串联电阻的电流保持恒定。随着通过晶体管的电流变化，负载两端的电压基本保持恒定。

与串联稳压器相比，并联稳压器的效率略低，但实现更简单。

主要优点

线性稳压器的优点包括以下几方面内容：

线性稳压器的实现非常简单并且易于使用。

尽管存在功耗，但线性稳压器在过流保护和热保护方面非常稳健。

可调电压调节器只需要很少的外部元件即可实现其操作，而固定电压调节器几乎不需要外部元件(可能是几个旁路电容器)。

花费较低成本便可以选用多种电压和电流。

快速响应负载或线路变化

低电磁干扰，低噪音

主要缺点

线性稳压器的缺点主要包括以下几方面内容：

线性稳压器只是降压，即输出电压总是低于输入电压。

当使用交流电源供电时，需要使用降压变压器将电压降至可操作水平。因此，通常情况下线性稳压器体积庞大。

由于调节是通过将多余的功率作为热量消散来完成的，因此它们往往会变得非常热，因此不可避免地需要使用散热器。

此外，线性稳压器的效率通常非常低，在20%到60%之间。

总结

简单来说，线性稳压器就是使用在其线性区域内运行的晶体管或FET，从应用的输入电压中减去超额的电压，从而产生经过调节的恒定输出电压。其突出优点是具有最低的成本，最低的噪声和最低的静态电流，而且外围器件也很少，通常只有一两个旁路电容。但是，线性稳压器在工作时可能需要变压器或者散热器，所以它具有大体积、效率低等缺点。