电源科普：什么是线性稳压电源？原理及特性

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根据调整管的工作状态，稳压电源一般分为两大类：线性稳压电源与开关稳压电源。除此之外，还有一类由齐纳二极管构成的微型稳压电源。

线性稳压电源，指调整管工作在线性区的直流稳压电源。调整管的线性工作状态说明：可变电阻 RW（见图 1）阻值可以连续调节，呈现线性特性；而开关电源中的开关管，仅工作在两种离散状态：导通态（极低电阻）与关断态（极高电阻）。显然，工作在开关模式的晶体管不具备线性特性。

线性稳压电源属于早期的直流稳压电源，它的核心特点总结如下：

  1. 输出电压始终低于输入电压；
  2. 瞬态响应速度快，输出纹波小；
  3. 工作噪声低；
  4. 电源转换效率偏低（LDO 即低压差稳压器，正是为改善低效痛点而发展出来）；
  5. 发热严重（大功率型号尤为突出），会向系统引入热噪声。

工作原理

我们结合图 1 原理图讲解线性电源稳压机制。如下图，可变电阻 RW 与负载电阻 RL 构成分压电路，输出电压公式：

Uo=Ui×RL/(RW+RL)

由该公式可知，调节 RW 阻值，即可改变输出电压。注意：仅单独调节 RW 时，输出 Uo 并非线性变化；只有将 RW 与 RL 作为整体分析，才满足线性关系。另外一处关键细节：RW 的滑动端画在右侧而非左侧，从数学公式上二者没有区别，但该画法直观体现采样‑反馈机制。绝大多数商用电源都采用采样‑反馈控制；前馈控制极少使用，仅作为辅助补偿手段。

图 1
图 1

接下来，将图 1 中的可变电阻 RW 替换为双极型晶体管或者 MOS 管调整器件。实时检测输出电压，动态改变该半导体器件的等效电阻，就可以将输出稳定在固定电压，这类用于稳压的晶体管/MOS管称为**调整管**。

图 2
图 2

如图 2 所示，调整管串联在输入电源与负载之间，该拓扑称为串联型线性稳压电源。与之对应，并联型线性稳压电源将调整器件和负载并联，实现输出稳压。经典基准稳压芯片 TL431 就是典型的并联稳压器。“并联”的工作本质是依靠分流（类似图 2 中的齐纳二极管）稳定放大管发射极电压；原理图从外观不一定能一眼看出并联结构，但工作原理属于并联模式。特别提醒：此处齐纳二极管工作在非线性击穿区，仅依靠齐纳二极管搭建的电源属于非线性电源。后文会附上简化示意图便于理解。

调整管等效为可变电阻，流过的电流会持续产生热量。线性模式调整管的热损耗大，整机转换效率低，这就是线性稳压电源最主要的缺点。深度理论可以查阅模拟电子技术教材；本文主要梳理核心概念与逻辑关系，方便快速理解。

一套完整线性稳压电源一般包含四大基础模块：调整管、基准电压源、采样电路、误差放大器；多数设计还集成保护电路、启动电路等辅助模块。下面简化原理图省略滤波电容等器件；工作逻辑：采样电阻采集实际输出电压，和基准电压做对比；误差放大器放大差值信号，控制调整管导通程度，以此维持输出电压恒定。

常见串联线性稳压IC

  1. 78XX 系列（正输出）、79XX 系列（负输出）：后缀 XX 代表固定输出电压，例如 7805 输出 5V 直流。
  2. LM317（可调正输出）、LM337（可调负输出）
  3. 1117 低压差稳压器（多款固定输出型号）：后缀代表额定输出电压，例如 1117‑3.3 输出 3.3V，1117‑ADJ 为可调输出版本。

德励电源的 KB78xx 系列电源芯片，可以直接替代上述各类串联线性稳压芯片。