线性稳压器介绍

稳压器

稳压器是一种设备或电路，能够在输入电压或负载条件的发生变化时提供恒定的直流输出电压。它是电子产品中重要组成部分。它充当缓冲器，用于保护电路的组件免受损坏。它可以根据其设计调节交流和直流电压。

稳压器主要有两种类型。他们是：

• 线性稳压器（Linear voltage regulator）
• 开关稳压器（Switching voltage regulator）

两种类型的稳压器都调节系统的电压，但线性稳压器的工作效率低于开关稳压器。

在这里，我们将详细讨论线性稳压器。

线性稳压器

线性稳压器是一种稳压器设备，用于在输入电压或者负载条件发生变化时保持指定的输出电压。它使用由高增益放大器控制的有源器件（例如 BJT 或 MOSFET）。它利用有源传输器件的可变电导率（conductivity ）来维持输出电压。线性稳压器的充当分压器以产生调节后的输出电压。

在线性稳压器中，线性元件（如电阻负载）用于调节输出电压。晶体管在电压调节期间停留在其操作的有源区（欧姆区、线性区）中。

为了保持恒定的输出电压，可以改变内阻。可变电阻通过使用由放大器反馈回路控制的晶体管来提供。

线性稳压器也称为降压转换器，其中输出电压始终小于输入电压。它消耗一部分功率并将其转化为热量以产生恒定的输出电压。

线性稳压器通常由三个引脚组成：输入引脚、输出引脚和接地引脚。LM 7805 稳压器的引脚图如下图所示。

线性稳压器的类型

根据负载的接入类型，线性稳压器主要有两种类型。他们是：

• 串联稳压器（Series Voltage Regulator）
• 分流稳压器（Shunt Voltage Regulator）

串联稳压器

在串联稳压器中，可变元件或有源传输元件（例如晶体管）与负载串联连接。负载两端的恒定输出电压是通过改变串联元件相对于负载的电阻来实现的。

串联稳压器是较常见的稳压器形式。它比分流稳压器更有效。

典型串联稳压器的电路图如下图所示。

在该电路中，输出电压通过 R1 和 R2 之间的分压器获取。该电压与参考电压 V_REF 进行比较。产生的误差信号将控制晶体管等传输元件的导通。进而，晶体管两端的电压发生变化，进一步导致负载两端的输出电压保持恒定。

齐纳二极管稳压器是一种串联稳压器。它可以最大限度地减少电源电压的纹波并改善调节。由于齐纳电阻非零，此类稳压器的效率较低，可以通过限制齐纳电流来提高效率。

齐纳二极管稳压器的电路图如下图所示。

串联稳压器的主要优点是负载有效地利用了消耗的电流量。即使负载不需要任何电流，它也不会消耗全部电流。因此，串联稳压器的效率远高于并联稳压器。

与开关稳压器相比，串联稳压器的效率相对较低。但它具有简单易用的优点，而且它的输出没有开关电源的尖峰（switching spikes）。

分流稳压器

在并联稳压器中，调节元件或有源调整元件如晶体管与连接的负载并联连接。此外，限压电阻与负载串联。为了在负载两端保持恒定的输出电压，电流水平必须通过串联电阻。

典型并联稳压器的电路图如下图所示。

在该电路中，晶体管的导通基于反馈和基准电压进行控制。该电路的设计方式使通过串联电阻的电流保持恒定。随着流过晶体管的电流变化，负载两端的输出电压保持不变。

与串联稳压器相比，并联稳压器的效率略低，但实现方式更简单。并联稳压器用于电流非常小的极低功率电路。这种类型的稳压器在电压基准电路中非常常见。

优点

以下是线性稳压器的优点：

• 实施起来非常简单且易于使用
• 它提供低输出纹波电压
• 它具有快速的加载响应时间
• 噪音小，电磁干扰小
• 它更具成本效益

缺点

以下是线性稳压器的缺点：

• 效率比较低
• 输出电压总是小于输入电压，即它只能降压，不能升压。
• 它需要一个散热器，因为它会以热量的形式消耗多余的功率，并在调节过程中变得非常热
• 空间需求大