Войти
В электронике, линейный регулятор - это система, используемая для поддержания постоянного напряжения. Сопротивление регулятора изменяется в зависимости от входного напряжения и нагрузки, в результате чего выходное напряжение остается постоянным. Регулирующее устройство действует как переменный резистор, непрерывно регулируя сеть делителя напряжения для поддержания постоянного выходного напряжения и постоянно уменьшая разницу между входным и регулируемым напряжениями как отходящее тепло. Напротив, импульсный регулятор использует активное устройство, которое включается и выключается для поддержания среднего значения выхода. Поскольку регулируемое напряжение линейного регулятора всегда должно быть ниже, чем входное напряжение, эффективность ограничена, и входное напряжение должно быть достаточно высоким, чтобы активное устройство всегда теряло некоторое напряжение.
Линейные регуляторы могут размещать регулирующее устройство параллельно нагрузке (шунтирующий регулятор) или могут размещать регулирующее устройство между источником и регулируемой нагрузкой (последовательный регулятор). Простые линейные регуляторы могут содержать всего лишь стабилитрон и последовательный резистор; более сложные стабилизаторы включают в себя отдельные этапы опорного напряжения, усилитель мощности и ошибки прохода элемента. Поскольку линейный стабилизатор напряжения является обычным элементом многих устройств, однокристальные стабилизаторы ИС очень распространены. Линейные регуляторы также могут состоять из сборок дискретных твердотельных компонентов или компонентов вакуумной лампы.
Транзистор (или другое устройство) используется как половина делителя потенциала для установления регулируемого выходного напряжения. Выходное напряжение сравнивается с опорным напряжением, чтобы создать управляющий сигнал для транзистора, который будет управлять его затвором или базой. При отрицательной обратной связи и хорошем выборе компенсации выходное напряжение остается достаточно постоянным. Линейные регуляторы часто неэффективны: поскольку транзистор действует как резистор, он будет тратить электрическую энергию впустую, преобразовывая ее в тепло. Фактически, потеря мощности из-за нагрева в транзисторе представляет собой ток, умноженный на разность напряжения между входным и выходным напряжением. Эту же функцию часто может выполнять гораздо более эффективно импульсный источник питания, но линейный регулятор может быть предпочтительным для легких нагрузок или там, где желаемое выходное напряжение приближается к напряжению источника. В этих случаях линейный регулятор может рассеивать меньше энергии, чем коммутатор. Линейный регулятор также имеет то преимущество, что не требует магнитных устройств (индукторов или трансформаторов), которые могут быть относительно дорогими или громоздкими, часто имеют более простую конструкцию и вызывают меньше электромагнитных помех. В некоторых конструкциях линейных регуляторов используются только транзисторы, диоды и резисторы, которые легче встроить в интегральную схему, что еще больше снижает их вес, площадь на печатной плате и цену.
Все линейные регуляторы требуют входного напряжения, по крайней мере, на некоторую минимальную величину, превышающую желаемое выходное напряжение. Эта минимальная величина называется падением напряжения. Например, обычный регулятор, такой как 7805, имеет выходное напряжение 5 В, но может поддерживать его только в том случае, если входное напряжение остается выше примерно 7 В, до того, как выходное напряжение начнет падать ниже номинального выходного напряжения. Таким образом, его падение напряжения составляет 7-5 В = 2 В. Когда напряжение питания примерно на 2 В выше желаемого выходного напряжения, как в случае низковольтных микропроцессорных источников питания, поэтому: должны использоваться так называемые регуляторы с малым падением напряжения (LDO).
Когда выходное регулируемое напряжение должно быть выше доступного входного напряжения, никакой линейный регулятор не будет работать (даже стабилизатор с малым падением напряжения ). В этой ситуации необходимо использовать повышающий преобразователь или нагнетательный насос. Большинство линейных регуляторов будут продолжать обеспечивать некоторое выходное напряжение, приблизительно равное падению напряжения ниже входного напряжения для входов ниже номинального выходного напряжения, пока входное напряжение не упадет значительно.
Линейные регуляторы существуют в двух основных формах: шунтирующие регуляторы и последовательные регуляторы. Большинство линейных регуляторов имеют максимальный номинальный выходной ток. Обычно это ограничивается либо способностью рассеивания мощности, либо пропускной способностью выходного транзистора по току.
Шунтирующий регулятор работает, обеспечивая путь от напряжения питания до земли через переменное сопротивление (главный транзистор находится в «нижней половине» делителя напряжения). Ток через шунтирующий регулятор отводится от нагрузки и течет прямо на землю, что делает эту форму обычно менее эффективной, чем последовательный регулятор. Это, однако, более простой, иногда состоящее только из напряжения ссылок диода, и используется в очень маломощных схемы, где напрасный ток слишком мал, чтобы быть озабоченность. Эта форма очень часто для эталонного напряжения цепей. Шунтирующий регулятор обычно может только поглощать (поглощать) ток.
Регуляторы серии являются более распространенной формой; они более эффективны, чем шунтирующие конструкции. Последовательный стабилизатор работает, обеспечивая путь от напряжения питания к нагрузке через переменное сопротивление, обычно транзистор (в этой роли он обычно называется последовательным проходным транзистором ); он находится в «верхней половине» делителя напряжения, а нижняя половина является нагрузкой. Мощность, рассеиваемая регулирующим устройством, равна выходному току источника питания, умноженному на падение напряжения в регулирующем устройстве. Для повышения эффективности и снижения нагрузки на проходной транзистор разработчики стараются минимизировать падение напряжения, но не все схемы хорошо регулируются, когда входное (нерегулируемое) напряжение приближается к требуемому выходному напряжению; те, которые это делают, называются регуляторами с малым падением напряжения . Регулятор серии A обычно может только подавать (питать) ток, в отличие от шунтирующих регуляторов.
Простой шунтирующий регулятор напряжения На изображении показан простой шунтирующий регулятор напряжения, который работает посредством действия стабилитрона по поддержанию постоянного напряжения на когда ток через него достаточен, чтобы перевести его в область пробоя стабилитрона . Резистор R1обеспечивает ток стабилитрона 
Этот регулятор используется для очень простых приложений с низким энергопотреблением, где токи, участвующие очень малы и нагрузка постоянно соединена через диод Зенера (например, опорное напряжение или напряжения источник схемы). После расчета R 1 удаление R 2 позволит пропустить через диод ток полной нагрузки (плюс ток Зенера) и может превысить максимальный номинальный ток диода, тем самым повредив его. Регулирование этой схемы также не очень хорошее, потому что ток стабилитрона (и, следовательно, напряжение стабилитрона) будет изменяться в зависимости от 
Простой последовательный регулятор напряжения Добавление каскада эмиттерного повторителя к простому шунтирующему регулятору образует простой последовательный регулятор напряжения и существенно улучшает регулирование цепи. Здесь ток нагрузки I R2 обеспечивается транзистором, база которого теперь подключена к стабилитрону. Таким образом, базовый ток транзистора (I B) формирует ток нагрузки для стабилитрона и намного меньше, чем ток через R 2. Этот регулятор классифицируется как "последовательный", потому что регулирующий элемент, а именно транзистор, включен последовательно с нагрузкой. R 1 устанавливает ток Зенера (I Z) и определяется как 
Эта схема имеет гораздо лучшее регулирование, чем простой шунтирующий стабилизатор, поскольку базовый ток транзистора формирует очень небольшую нагрузку на стабилитрон, тем самым сводя к минимуму колебания напряжения стабилитрона из-за изменения нагрузки. Обратите внимание, что выходное напряжение всегда будет примерно на 0,65 В меньше стабилитрона из-за падения транзистора V BE. Хотя эта схема имеет хорошее регулирование, она все же чувствительна к колебаниям нагрузки и питания. Это можно решить, включив в него схему отрицательной обратной связи. Этот регулятор часто используется в качестве «предварительного регулятора» в более совершенных схемах последовательного регулятора напряжения.
Схема легко настраивается путем добавления потенциометра через стабилитрон, перемещая соединение базы транзистора от верхней части стабилитрона к очистителю потенциометра. Его можно сделать ступенчато регулируемым путем переключения разных стабилитронов. Наконец, его иногда делают микрорегулируемым, добавляя последовательно с стабилитроном низкую емкость; это позволяет немного регулировать напряжение, но ухудшает регулировку (см. также емкостной умножитель ).
Ассортимент микросхем серии 78xx «Фиксированные» трехконтактные линейные регуляторы обычно доступны для генерации фиксированного напряжения +3,3 В, плюс или минус 5 В, 6 В, 9 В, 12 В или 15 В, когда нагрузка меньше 1,5 A.
Серия «78xx » (7805, 7812 и т. Д.) Регулирует положительные напряжения, в то время как Серия «79xx » (7905, 7912 и т. Д.) Регулирует отрицательные напряжения. Часто последние две цифры номера устройства являются выходным напряжением (например, 7805 - это регулятор +5 В, а 7915 - регулятор -15 В). На ИС серии 78xx существуют варианты, такие как 78L и 78S, некоторые из которых могут обеспечивать ток до 2 А.
Путем добавления еще одного элемента схемы к ИС фиксированного напряжения регулятор, есть возможность регулировать выходное напряжение. Два примера методов:
Регулируемый регулятор генерирует фиксированное низкое номинальное напряжение между своим выходом и его регулировочной клеммой (эквивалентно заземлению. терминал в фиксированном регуляторе). Это семейство устройств включает устройства малой мощности, такие как LM723, и устройства средней мощности, такие как LM317 и L200 . Некоторые из регулируемых регуляторов доступны в корпусах с более чем тремя контактами, включая двухрядные корпуса. Они предлагают возможность регулировки выходного напряжения с помощью внешних резисторов определенных номиналов.
Схема регулируемого регулятора напряжения с выводом «Регулировка» Для выходных напряжений, не обеспечиваемых стандартными фиксированными регуляторами, и токов нагрузки менее 7 А можно использовать общедоступные регулируемые трехконтактные линейные регуляторы. Серия LM317 (+1,25 В) регулирует положительные напряжения, а серия LM337 (-1,25 В) регулирует отрицательные напряжения. Регулировка выполняется путем создания делителя потенциала, концы которого находятся между выходом регулятора и землей, а его центральный отвод соединен с клеммой «Adjust» регулятора. Соотношение сопротивлений определяет выходное напряжение с использованием тех же механизмов обратной связи, которые описаны ранее.
Регулируемые стабилизаторы с двойным отслеживанием и одиночной ИС доступны для таких приложений, как схемы операционных усилителей, требующие согласованных положительных и отрицательных источников постоянного тока. У некоторых также есть выбираемое ограничение тока. Для некоторых регуляторов требуется минимальная нагрузка.
Линейные регуляторы напряжения IC могут включать в себя различные методы защиты:
Иногда используется внешняя защита, например, защита от лома.
Линейные регуляторы могут быть построены с использованием дискретных компонентов, но обычно встречаются в формах интегральных схем. Наиболее распространенными линейными регуляторами являются трехконтактные интегральные схемы в корпусе ТО-220.
Обычными твердотельными последовательными регуляторами напряжения являются LM 78xx (для положительного напряжения) и LM79xx (для отрицательного напряжения). Альтернативными вариантами являются стабилизаторы с малым падением напряжения, такие как серии AMS1117 и Holtek HT7xxx, оба также доступны для напряжений ниже поддерживаемых серией LM78xx. Регуляторы Holtek имеют ток покоя <5 µA (approximately 1000 times less than the LM78xx series) making them better suited for battery-powered devices.
. Общие фиксированные напряжения составляют 1,8 В, 2,5 В, 3,3 В (оба для низковольтных логических схем CMOS ), 5 В (для схемы транзисторно-транзисторной логики ) и 12 В (для цепей связи и периферийных устройств, таких как дисководы ).
В стабилизаторах постоянного напряжения опорный вывод связан с землей, тогда как в регулируемых регуляторах опорный вывод подключен к центральной точке фиксированного или переменного делителя напряжения, питаемого от выхода регулятора. Переменный делитель напряжения, такой как потенциометр, позволяет пользователю регулировать регулируемое напряжение.
Портал электроники 