• 線性穩壓器

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    線性穩壓器

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    電子產品中,線性穩壓器是用于維持穩定電壓系統。調節器的電阻根據輸入電壓和負載而變化,從而產生恒定的電壓輸出。該調節裝置的作用類似于可變電阻,不斷調節分壓器網絡以維持恒定的輸出電壓,并不斷消散輸入電壓和調節電壓之間的差值作為廢熱。相比之下,開關穩壓器使用可打開和關閉以保持輸出平均值的有源設備。由于線性穩壓器的穩壓電壓必須始終低于輸入電壓,因此效率受到限制,并且輸入電壓必須足夠高,以始終使有源器件下降一些電壓。

    線性調節器可以將調節器與負載并聯(并聯調節器),也可以將調節器放置在電源和調節后的負載之間(串聯調節器)。簡單的線性穩壓器可能只包含一個齊納二極管和一個串聯電阻。更復雜的調節器包括電壓基準,誤差放大器功率傳遞元件的獨立級。由于線性穩壓器是許多設備的常用元件,因此單芯片穩壓器IC非常常見。線性調節器也可以由離散的固態真空管組件的組件組成。

    概述

    晶體管(或其他設備)用作分壓器的一半,以建立穩定的輸出電壓。將輸出電壓與參考電壓進行比較,以產生控制信號給晶體管,從而驅動晶體管的柵極或基極。具有負反饋和良好的補償選擇,輸出電壓保持合理恒定。線性穩壓器通常效率低下:由于晶體管的作用就像電阻一樣,因此將其轉換為熱量會浪費電能。實際上,由于晶體管中的發熱導致的功率損耗?等于電流乘以輸入和輸出電壓之間的電壓差。相同的功能通常可以通過開關電源,但對于輕負載或所需的輸出電壓接近電源電壓的情況,線性穩壓器可能是首選。在這些情況下,線性穩壓器的耗散功率可能比開關少。線性調節器還具有不需要磁性設備(電感器變壓器)的優點,該磁性設備可能相對昂貴或笨重,通常設計更簡單,并且引起較少的電磁干擾。某些線性穩壓器設計僅使用晶體管、二極管和電阻器,它們更易于制造成集成電路,從而進一步減輕了它們的重量,在PCB上的占位面積和價格

    線性穩壓器

    所有線性穩壓器都要求輸入電壓至少比所需的輸出電壓高至少一些最小量。該最小量稱為壓差。例如,一個普通的穩壓器(例如7805)的輸出電壓為5 V,但只有在輸入電壓保持低于7 V的水平(輸出電壓開始下降到額定輸出以下)之前,才能維持該電壓。因此,它的壓降電壓為7 V-5 V = 2V。當電源電壓比所需的輸出電壓高約2 V時,如低壓微處理器電源中的情況,所謂的低壓降穩壓器(LDO) )必須使用。

    當輸出穩定電壓必須高于可用輸入電壓時,則線性穩壓器將不工作(甚至低壓差穩壓器也不工作)。在這種情況下,必須使用升壓轉換器電荷泵。對于低于額定輸出電壓的輸入,大多數線性穩壓器將繼續提供大約低于輸入電壓的壓差的輸出電壓,直到輸入電壓顯著下降為止。

    線性穩壓器有兩種基本形式:并聯穩壓器和串聯穩壓器。大多數線性穩壓器具有xxx額定輸出電流。這通常受功耗能力或輸出晶體管的載流能力限制。

    并聯穩壓器

    并聯穩壓器的工作原理是通過可變電阻提供一個從電源電壓到地的路徑(主晶體管位于分壓器的“下半部”)。流經并聯穩壓器的電流從負載分流,直接流向地面,因此這種形式的效率通常比串聯穩壓器低。但是,它更簡單,有時僅由一個參考電壓二極管組成,并且用在非常低功率的電路中,在這些電路中浪費的電流太小了,不值得關注。這種形式對于參考電壓電路非常普遍。分流調節器通常只能吸收電流。

    串聯穩壓器

    串聯穩壓器是更常見的形式。它們比并聯設計更有效率。串聯穩壓器的工作原理是通過可變電阻(通常稱為晶體管)提供從電源電壓到負載的路徑(在這種情況下,通常稱為串聯通過晶體管);它位于分壓器的“上半部分”中-下半部分為負載。調節裝置耗散的功率等于電源輸出電流乘以調節裝置中的壓降。為了提高效率并減小傳輸晶體管上的壓力,設計人員嘗試使電壓降最小化,但是一旦輸入(未穩壓)電壓接近所需的輸出電壓,并非所有電路都能很好地調節電壓;那些被稱為低壓差?調節器,與并聯調節器不同,串聯調節器通常只能提供(供電)電流。

    可變調節器

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    可調調節器在其輸出和調節端子(相當于固定調節器中的接地端子)之間產生固定的低標稱電壓。該系列設備包括低功率設備(如LM723)和中功率設備(如LM317L200)某些可變調節器可提供具有三個以上引腳的封裝,包括雙列直插式封裝它們具有通過使用特定值的外部電阻來調節輸出電壓的能力。

    對于標準固定穩壓器無法提供的輸出電壓和小于7 A的負載電流,可以使用通常可用的可調三端子線性穩壓器。在LM317系列(1.25 V)調節正電壓而LM337系列(-1.25 V)調節負電壓。調節是通過構建一個分壓器來實現的,其分壓器的末端在調節器輸出和地面之間,其中心抽頭連接到調節器的“ adjust”(調節)端子。電阻比使用前面所述的相同反饋機制確定輸出電壓。

    單IC雙軌可調穩壓器可用于需要匹配正負直流電源的運算放大器電路等應用。有些也具有可選的電流限制。一些調節器要求最小負載。

    保護

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    線性IC穩壓器可能包括多種保護方法:

    • 電流限制,例如恒定電流限制或折返
    • 熱關斷
    • 安全的工作區域保護

    有時使用外部保護,例如撬棍保護。

    使用線性調節器

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    線性穩壓器可以使用分立元件構建,但通常以集成電路形式出現。最常見的線性調節器是三端的集成電路在TO-220封裝。

    常見的固態串聯穩壓器是LM?78xx(用于正電壓)和LM79xx(用于負電壓)。替代方案是諸如AMS1117和Holtek?HT7xxx系列之類的低壓差穩壓器,它們也可用于低于LM78xx系列支持的電壓的穩壓器。Holtek穩壓器的靜態電流小于5 μA(約為LM78xx系列的1000倍),從而使其更適合于電池供電的設備。

    常見的固定電壓為1.8 V、2.5 V、3.3 V(均用于低壓CMOS邏輯電路)、5 V(用于晶體管-晶體管邏輯電路)和12 V(用于通信電路和磁盤驅動器等xxx設備)。

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    詞條目錄
    1. 線性穩壓器
    2. 概述
    3. 并聯穩壓器
    4. 串聯穩壓器
    5. 可變調節器
    6. 保護
    7. 使用線性調節器

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