线性稳压电源与开关电源的区别（线性稳压电源你所不知道的那点事）

工欲善其事必先利其器！

对于电子爱好者来说，电源是一个必不可少的工具。

电源大致可以分为两类

1. 开关类型——电源工作通过功率器件（包括MOS管，IGBT，三极管）工作在开关状态，实现电压变换。
2. 线性类型——电源工作通过使功率器件（三极管，MOS管）工作在线性区，实现电压变换。

开关类型电源

线性类型电源

两种工作类型，各有各的好处和缺点。

作者经常使用的器件多是数字电路的器件，对于数字电路器件，因其工作在数字状态，数字状态最关键的是电平。而其中又以5V的TTL电平，和3.3V的LVTTL最常见。

所以，今天作者就通过实际制作一款输出5V和3.3V的线性稳压电源，来给大家简要说明一下线性稳压电源的弊端和好处。

这次主要使用的器件是三端稳压器——LM7805和AMS1117-3.3V这两个器件。

下面是原理图

线性稳压原理图

先来简要讲解一下电路设计思路

防反接设计

COM1是一个输入的接线端子，因其不具备防呆功能，所以需要防反接设计，最简单的是使用二极管做防反接，并且，此线性稳压电路希望多种供电模式（包括直流输入，工频变压器输入），所以使用整流二极管D1做防反接和交流整流作用

电容滤波

因为需要考虑交流输入，所以需要较大的滤波电容，滤波电容容量参考公式C >= 2.5*(1/f)/RL,其中C是电容（单位F），f是频率（交流全波整流时是100Hz），RL是输出负载，输出电流1A，LM7805最小输入电压是7V，所以负载电阻为7Ω，计算得滤波电容容量为3500UF（作者电路图的容量是按照12V计算的），电容耐压大于最大输入电压即可，C2 电容为高频滤波电容

线性稳压部分

这一部分是线性稳压部分,主要参考数据手册电路，注意芯片引脚排列就基本没有问题了，AMS1117-3.3V的电源取自LM7805的输出5V

设计思路就基本这样了，我们现在看一下电路板以及成品

PCB正面

PCB反面

物料

成品

成品

成品

现在带上负载来测量一下输出纹波，可以看到纹波电压非常小

纹波电压60mv

输出5V1A时纹波电压大概在0.05v左右

纹波电压40mv

对于负载相同的电源来说，对纹波电压影响最大的是响应速度，线性稳压电源功率器件工作在线性状态，对于线性调整不需要经过很多的控制，响应速度高

而开关类型的电源因其功率器件工作在开关状态，且开关类型的电源需要储能元件（包括变压器，电容，电感），对于影响到输出电压的器件需要控制得更多。

有利就有弊，我们现在来看一下线性稳压电源的短处

你们可以看到作者的板子上有一个非常大的散热器，这个散热器是用来干什么用的呢？

巨大的散热器

我们现在来做一个测试，把输入电压分别调节到12V和18V，5V负载都是6Ω，负载电流0.8A。测量LM7805工作30分钟后的温度

无负载时温度33度

输入12V，5V负载电阻6Ω（输出电流800mA），测量数据

输入12V上电30分钟后温度85度

输入18V，5V负载电阻6Ω（输出电流800mA），测量数据

18V输入3分钟后温度达到103度

18V输入30分钟后温度120度

通过数据，我们可以看到，温度上升得非常快，才30分钟

12V输入时就已经达到90度，18V输入时更是到达120度，且电流下降到只有500mA

我们现在加的散热器散热面积已经非常大了，如果不加散热器，温度有多高可想而知

这是为什么呢？

先来说一下线性稳压的原理

如图所示是一个最简单的线性稳压电路

线性稳压电路

其工作原理如图所示

线性稳压电路工作原理

从工作原理中我们可以看到，线性电路（Q1）和负载形成一个串联电路，而串联电路，电流处处相等，所以流过Q1的电流和负载RL一样大，输入电压减去输出电压就等于Q1两端的电压。

其实能量守恒定律也可以用在分析电路上，我们知道能量不会凭空消失，也不会凭空产生

电压*电流=功率，而落在Q1上的功率变成什么了呢？变成了热量

在12V输入时，输出等于5V/800mA时，落在LM7805上的功率是7V*0.8A=5.6W，输入电压18V时更是达到10.4W

现在我想你们应该明白为什么需要这么大的散热器了吧

总结一下线性稳压的优缺点

优点：

1. 因其调整速度快，没有工作在开关状态，纹波电压小
2. 电路简单，外围元件少

缺点：

1. 因其工作在线性状态下，其功耗大，需要非常大的散热面积
2. 其功耗大，所以无法做到非常大的输出电流和较大的输入输出电压差
3. 其稳压回路是串联回路，所以无法输出比输入电压高的电压，只能降压

线性稳压就讲到这里了，谢谢大家

作者已经把此文章中的线性电源的原理图放到百度云了，可以关注作者发送私信“5V线性稳压电源”就可以获得原理图和PCB图还有物料清单了

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