線性穩壓器(linear regulator)
線性穩壓器把輸出電壓穩住的方式,是像一個聰明、會自我調整的閥,坐在原始輸入與負載之間。想像水管上的一個水龍頭,有隻手盯著下游壓力,不斷把龍頭開大或關小,剛好讓那壓力保持恆定。穩壓器用一顆電晶體做同樣的事:它把多餘的電壓降掉多少都行,好讓流出來的時時刻刻都恰恰好。
其機制是對著參考電壓的負回授。穩壓器把輸出的一部分與內部電壓參考相比,並驅動一顆串聯通過電晶體去吞掉輸入與輸出之間的差。不論它降掉多少電壓,都是以連續、受控的電阻方式進行——從不切換、永遠線性,這就是它安靜的原因。代價是熱:通過電晶體承載全部負載電流,同時跨在全部的輸入對輸出電壓上,所以它消耗的功率等於 (Vin - Vout) times Iload。例如:12 V 輸入穩壓成 5 V、1 A,穩壓器內燒掉 (12 - 5) times 1 = 7 W,而只送 5 W 給負載——輸入功率不到一半存活下來。
為何重要:線性穩壓器簡單、便宜、低雜訊、反應快,因此非常適合供電給敏感類比、參考電壓與射頻,或從稍高的電壓削出一條乾淨的小電源軌。誠實的限制在效率:效率等於 Vout/Vin,所以大的輸入對輸出差距會浪費大量能量並需要散熱片。當那份浪費不可接受時——電池設備、大幅降壓——你就改用交換式穩壓器。
用 5 V USB 電源軌、0.2 A 供電給 3.3 V 微控制器,線性穩壓器浪費 (5 - 3.3) times 0.2 = 0.34 W、運轉涼爽——完全合理。從 12 V 電源軌以 1 A 供同樣的 3.3 V,浪費 (12 - 3.3) times 1 = 8.7 W、需要正經的散熱片,是用錯工具——那裡該用降壓轉換器。
安靜又簡單,但它把 (Vin - Vout) times 電流燒成熱。
低雜訊不等於零雜訊:線性穩壓器讓輸入漣波以它的漣波抑制比(PSRR)減小後通過,而 PSRR 本身在高頻會下降。它能把市電哼聲清得很好,卻對快速的交換尖峰幾乎無能為力——那些仍需去耦。