線性穩壓器,線性穩壓器的結構原理是什么?

穩壓器的一般原理

穩壓器，顧名思義，就是使輸出電壓穩定的設備。所有的穩壓器，都利用了相同的技術實現輸出電壓的穩定輸出電壓通過連接到誤差放大器（Error Amplifier）反相輸入端（Inverting Input）的分壓電阻（Resistive Divider）采樣（Sampled），誤差放大器的同相輸入端（Non-inverting Input）連接到一個參考電壓Vref。 參考電壓由IC內部的帶隙參考源(Bandgap Reference)產生。 誤差放大器總是試圖迫使其兩端輸入相等。為此，它提供負載電流以保證輸出電壓穩定。

根據調整管的工作狀態，我們常把穩壓電源分成兩類：線性穩壓電源和開關穩壓電源。此外，還有一種使用穩壓管的小電源。

線性穩壓器的基本概念

這里說的線性穩壓電源，是指調整管工作在線性狀態下的直流穩壓電源。調整管工作在線性狀態下，可這么來理解：RW（見下面的分析）是連續可變的，亦即是線性的。而在開關電源中則不一樣，開關管（在開關電源中，我們一般把調整管叫做開關管）是工作在開、關兩種狀態下的：開——電阻很小；關——電阻很大。工作在開關狀態下的管子顯然不是線性狀態。

線性穩壓電源是比較早使用的一類直流穩壓電源。線性穩壓直流電源的特點是：輸出電壓比輸入電壓低；反應速度快，輸出紋波較小；工作產生的噪聲低；效率較低(現在經常看的LDO就是為了解決效率問題而出現的)；發熱量大（尤其是大功率電源），間接地給系統增加熱噪聲。

線性穩器的相關工作原理

我們先用下圖來說明線性穩壓電源調節電壓的原理。如下圖所示，可變電阻RW跟負載電阻RL組成一個分壓電路，輸出電壓為：

Uo=Ui×RL/(RW+RL)，因此通過調節RW的大小，即可改變輸出電壓的大小。請注意，在這個式子里，如果我們只看可調電阻RW的值變化，Uo的輸出并不是線性的，但如果把RW和RL一起看，則是線性的。還要注意，我們這個圖并沒有將RW的引出端畫成連到左邊，而畫在右邊。雖然這從公式上看并沒有什么區別，但畫在右邊，卻正好反映了“采樣”和“反饋”的概念----實際中的電源，絕大部分都是工作在采樣和反饋的模式下的，使用前饋方法很少，或就是用了，也只是輔助方法而已。

讓我們繼續：如果我們用一個三極管或者場效應管，來代替圖中的可變阻器，并通過檢測輸出電壓的大小，來控制這個“變阻器”阻值的大小，使輸出電壓保持恒定，這樣我們就實現了穩壓的目的。這個三極管或者場效應管是用來調整電壓輸出大小的，所以叫做調整管。

像圖1所示的那樣，由于調整管串聯在電源跟負載之間，所以叫做串聯型穩壓電源。相應的，還有并聯型穩壓電源，就是將調整管跟負載并聯來調節輸出電壓，典型的基準穩壓器TL431就是一種并聯型穩壓器。所謂并聯的意思，就是象圖2中的穩壓管那樣，通過分流來保證衰減放大管射極電壓的“穩定”，也許這個圖并不能讓你一下子看出它是“并聯”的，但細心一看，確實如此。不過，大家在此還要注意一下：此處的穩壓管，是利用它的非線性區工作的，因此，如果認為它是一個電源，它也是一個非線性電源。為了便于大家理解，回頭我們找一個理適合的圖來看，直到可以簡明地看懂為止。

由于調整管相當于一個電阻，電流流過電阻時會發熱，所以工作在線性狀態下的調整管，一般會產生大量的熱，導致效率不高。這是線性穩壓電源的一個最主要的一個缺點。想要更詳細的了解線性穩壓電源，請參看模擬電子線路教科書。這里我們主要是幫助大家理清這些概念以及它們之間的關系。

一般來說，線性穩壓電源由調整管、參考電壓、取樣電路、誤差放大電路等幾個基本部分組成。另外還可能包括一些例如保護電路，啟動電路等部分。下圖是一個比較簡單的線性穩壓電源原理圖（示意圖，省略了濾波電容等元件），取樣電阻通過取樣輸出電壓，并與參考電壓比較，比較結果由誤差放大電路放大后，控制調整管的導通程度，使輸出電壓保持穩定。

常用的線性串聯型穩壓電源芯片有：78XX系列（正電壓型），79XX系列（負電壓型）（實際產品中，XX用數字表示，XX是多少，輸出電壓就是多少。例如7805，輸出電壓為5V）；LM317（可調正電壓型），LM337（可調負電壓型）；1117（低壓差型，有多種型號，用尾數表示電壓值。如1117-3.3為3.3V，1117-ADJ為可調型）。