對于專用開關模式電源,線性穩壓器通常比由分立元件(如齊納二極管和電阻器,或晶體管甚至運算放大器)制成的等效穩壓器電路更高效且更易于使用。
到目前為止,最流行的線性和固定輸出穩壓器類型是 78… 正輸出電壓系列和 79… 負輸出電壓系列。 這兩種類型的互補穩壓器可產生精確穩定的電壓輸出,范圍從約 5 伏到約 24 伏,可用于許多電子電路。
這些三端固定穩壓器的范圍很廣,每個穩壓器都有自己的內置穩壓和限流電路。 這使我們能夠創建大量不同的電源軌和輸出(單電源或雙電源),適用于大多數電子電路和應用。
甚至還有可變電壓線性穩壓器可供使用,它提供的輸出電壓從剛好高于零到低于其最大電壓輸出幾伏不等。
大多數直流電源包括一個大而重的降壓電源變壓器、二極管整流器(全波或半波)和一個濾波器電路,用于消除整流直流電中的任何紋波成分以產生適當平滑的直流輸出電壓。
此外,某種形式的電壓調節器或穩定器電路(線性或開關)可用于確保在變化的負載條件下正確調節電源輸出電壓。 那么一個典型的直流電源看起來像這樣:
這些典型的電源設計包含一個大型電源變壓器(它還在輸入和輸出之間提供隔離)和一個串聯穩壓器電路。 穩壓器電路可以由單個齊納二極管或三端線性串聯穩壓器組成,以產生所需的輸出電壓。 線性穩壓器的優點是電源電路只需要輸入電容、輸出電容和一些反饋電阻來設置輸出電壓。
線性穩壓器通過在其電流-電壓 (i-v) 特性的線性區域(因此得名)中在輸入和輸出之間串聯放置一個連續導通的晶體管來產生穩壓直流輸出。
因此,晶體管的作用更像是一個可變電阻,它不斷地將自身調整到維持正確輸出電壓所需的任何值。 考慮下面這個簡單的串聯傳輸晶體管穩壓器電路:
這里這個簡單的射極跟隨器穩壓器電路由一個 NPN 晶體管和一個直流偏置電壓組成,用于設置所需的輸出電壓。 由于射極跟隨器電路具有單位電壓增益,向晶體管基極施加合適的偏置電壓,從發射極端子獲得穩定的輸出。
由于晶體管提供電流增益,輸出負載電流將遠高于基極電流,如果使用達林頓晶體管布置,輸出負載電流會更高。
此外,假設輸入電壓足夠高以獲得所需的輸出電壓,則輸出電壓由晶體管基極電壓控制,在本例中為 5.7 伏特,以產生約 0.7 伏特的負載 5 伏特輸出 跨接在基極和發射極端子之間的晶體管上。 然后根據基極電壓的值,可以獲得發射極輸出電壓的任何值。
雖然這個簡單的串聯穩壓器電路可以工作,但缺點是串聯晶體管在其線性區域持續偏置,以熱的形式耗散功率。 由于所有負載電流都必須通過串聯晶體管,這會導致效率低下、浪費 V*I 功率以及晶體管周圍持續發熱。
此外,串聯穩壓器的缺點之一是它們的最大連續輸出電流額定值僅限于幾安培左右,因此通常用于需要低功率輸出的應用中。
當需要更高的輸出電壓或電流功率需求時,通常的做法是使用通常稱為開關模式電源的開關穩壓器將電源電壓轉換為所需的任何更高功率輸出。