根據調節管的工作狀態,我們通常將穩壓電源分為兩類:線性穩壓電源和開關穩壓電源。此外,還有一個使用電壓調節器的小型電源。
這里的線性穩壓電源指的是DC穩壓電源,其中調節管在線性狀態下工作。調節管在線性狀態下工作,這可以理解為:RW(見下面的分析)是連續可變的,即線性的。然而,在開關電源中,開關管(在開關電源中,我們一般稱調節管為開關管)工作在兩種狀態:導通電阻很小;關-電阻非常高。在開關狀態下工作的管道顯然不是線性的。
線性穩壓電源是較早使用的一種DC穩壓電源。線性穩壓DC電源的特點是:輸出電壓低于輸入電壓;反應速度快,輸出紋波小;工作產生的噪音低;低效率(LDO經常被認為解決了效率問題);高熱值(尤其是高功率電源)會間接增加系統的熱噪聲。
工作原理:首先,我們用下圖說明線性穩壓電源的調壓原理。如下圖所示,可變電阻RW和負載電阻R1組成分壓電路,輸出電壓為:
uo=UiR1/(RW R1),因此可以通過調整RW的大小來改變輸出電壓。請注意,在這個公式中,如果我們只看可調電阻RW的值變化,Uo的輸出不是線性的,但是如果我們一起看RW和R1,它是線性的。還應該注意的是,我們的圖紙并沒有將RW的引出端畫在左邊,而是畫在右邊。雖然公式上沒有區別,但右邊的圖只是反映了“采樣”和“反饋”的概念——實際電源大多以采樣和反饋的方式工作,很少使用前饋方法,或者只是使用,只是一種輔助方法。
讓我們繼續:如果我們用三極管或場效應晶體管代替圖中的變阻器,通過檢測輸出電壓來控制這個“變阻器”的電阻,使輸出電壓保持恒定,那么我們就可以達到穩壓的目的。這個三極管或場效應晶體管用來調節電壓輸出,所以它被稱為調節管。
如圖1所示,因為調節管串聯在電源和負載之間,所以它被稱為串聯調節電源。因此,存在并聯調節電源,即,調節管與負載并聯以調節輸出電壓。典型的參考電壓調節器TL431是一個并聯調節器。所謂的并聯意味著,像圖2中的電壓調節器一樣,通過分流,衰減放大器的發射極電壓是“穩定的”。也許這個數字不能讓你立刻看出它是“平行連接”,但當你仔細看時,它是真的。然而,我們在這里也應該注意:這里的電壓調節器通過它的非線性區域工作,所以如果它被認為是一個電源,它也是一個非線性電源。為了便于大家理解,讓我們回顧一下一個合理的數字,直到我們能簡明地理解它。
由于調節管相當于一個電阻,當電流流過電阻時,它會產生熱量,所以在線性狀態下工作的調節管一般會產生大量的熱量,導致效率低下。這是線性穩壓電源最重要的缺點之一。有關線性穩壓電源的更詳細理解,請參考模擬電子電路教科書。在這里,我們主要幫助您澄清這些概念及其關系。
一般來說,線性穩壓電源由調節管、基準電壓、采樣電路和誤差放大電路等幾個基本部分組成。此外,還可以包括保護電路、啟動電路等部分。下圖是線性穩壓電源的簡單原理圖(原理圖,省略了濾波電容和其他元件)。采樣電阻對輸出電壓進行采樣,并將其與參考電壓進行比較。比較結果經誤差放大電路放大后,控制調整管的導通程度,保持輸出電壓穩定。
常用的線性系列穩壓電源芯片有:78XX系列(正電壓型)、79XX系列(負電壓型)(在實際產品中,XX用數字表示,輸出電壓和XX一樣多。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,有很多型號,電壓值用尾數表示。例如1117-3.3是3.3V,1117-ADJ是可調節的)。