什么是線性電壓穩壓器

線性電壓調節器（Linear regulator），又稱線性穩壓器、線性調節器，是一種常見的7805、7812等元件，其功能是保持電壓穩定。由于負載和輸入電壓的變化，穩壓器的電阻將保持輸出電壓穩定。其動作，特別是不斷自動調節電阻值的可變電阻，使其與負載得到的分壓保持固定，而由于輸出和輸入電壓差而產生的額外能量以加熱的形式消散。開關式穩壓器在導通/斷開之間不斷高速切換，使輸出平均值保持在所需電壓值。輸入線性穩壓器的電壓必須高于輸出電壓，以便穩壓器能夠降低電壓，從而實現輸出穩定，因此效率有限。

線性穩壓器可放置在電源和負載之間（串聯穩壓器）或與負載并聯（并聯穩壓器）。簡單的線性穩壓器只能包括齊納二極管和串聯電阻器；更復雜的線性穩壓器包括多個部件：參考電壓、誤差放大器和功率傳輸元件。由于線性穩壓器被廣泛使用，它主要被制成集成電路，但也可以由固態電子設備或真空管等分離元件組成。

通過晶體管（或其他設備）調整流過負載的電流，負載獲得的電壓為穩壓器的輸出電壓。通過比較輸出電壓和穩壓器內部的參考電壓，產生的差信號用于控制晶體管，形成負反饋電路。通過適當的補償，輸出電壓可以調整到目標電壓，不受輸入電壓或負載變化的影響，并保持合理的穩定性。

當輸入電壓高于輸出電壓值時，線性穩壓器必須穩定到目標電壓。較小電壓稱為壓降電壓、下壓降和電壓差(dropout)。例如，常用的7805是將輸出保持在5V，但輸入必須保持在7V否則，輸出將低于目標電壓5V因此，其壓降電壓為7V-5V=2V。由于壓差的存在，線性穩壓器的效率大多很低：因為其原理是消耗超過穩定電壓下負載所需的能量，并以散熱的形式消耗在晶體管中。晶體管加熱造成的功率損失是電流乘以晶體管兩端的壓降。

如果輸出要求為2，這個問題在低輸出電壓下尤為嚴重V，壓降電壓為2V，效率必須在2V/(2V 2V)=在實際應用中，如此低的效率大多是不可接受的。在這種情況下，需要使用低壓差穩壓器（LDO），其壓降電壓特別低，一般為300mV(0.3V)或者以下，這種情況經常發生在微處理器的電源中。這就是為什么幾乎所有低輸出電壓的線性穩壓IC都是低壓差穩壓器。

開關電源可以更有效地實現相同的功能，但成本較高，具有開關噪聲。線性調節器在輕負荷、高輸出電壓或接近電源電壓的情況下，效率也很好，可能是一個合適的選擇。線性調節器的優點是：不需要磁性設備（電感器或變壓器），磁性設備可能相對昂貴或占用空間；設計更簡單，噪音更低。一些線性調節器只適用于晶體管、二極管和電阻器，更容易制造到集成電路中，進一步降低其質量PCB占地面積和成本。

線性調節器有串聯調節器和并聯調節器兩種基本形式。

串聯調節器：更常用的形式。串聯調節器通過提供從電源電壓到負載的可變電阻路徑（主晶體管在分壓器的上半部分）運行。調節器消耗的功率等于電源輸出電路乘以調節器中的壓降。

并聯調節器：通過提供從電源電壓到地面的可變電阻路徑（主晶體管在分壓器的下半部分）運行。將流經并聯調節器的電流從負載轉移到接地，無用地流向接地，使其比串聯調節器更低效。然而，這種形式更簡單，有時僅由參考電壓二極管組成；用于低功率電路，電流消耗很小，可以忽略不計。這種形式通常用于電壓參考電路。