线性电源的原理及特性
本节我们开始讲电源相关的电路，由于这个系列属于模电，我们仅限于讲直流电源。
直流电源大致可分为线性电源和开关电源，二者的从原理上区分，主要在于其电路中的主功率输出管(三极管或mos)工作的状态不同，线性电源工作在线性区(也即放大区)，而开关电源工作在开关区(也即饱和区和截止区)。
1)线性电源的原理
一个简单的线性电源的原理图如下所示：
主要分为三个部分：
a)基准电压源，为电路提供一个不随外界变化的参考电压;图中是最左边的稳压管和电阻实现的，可以实现当输入电压发生变化时，供给后端的参考电压大致保持不变;
b)比较放大电路，用于实现将基准源和输出电压(或输出电压的分压)比较，将误差放大之后去控制调整管;图中是运算放大器实现的;
c)调整管，也就是主输出的功率管，用于控制输出电压;图中q1是调整管;
d)输出取样电路，从输出端电压取样后，送给放大电路比较;图中是r2和r4将输出分压后得到的。
整个电路的工作过程如下：
当输入电压升高时，会使得输出电压vo有升高的趋势;vo升高会使得vn升高;而由于vref基准电压源基本不变化，vn升高会使得运放的输出降低;调整管q1工作为射级跟随器的状态，其基极电压降低时，即会使得射级电压vo也降低，抑制了vo升高的趋势。
当输入电压降低时，分析结果也是一样的，电路会抑制vo降低的趋势。
所以，该电路能够保持输出电压vo的稳定。
由于运放的输入虚短特性，可以认为vn=vref，所以其输出vo=vn*(r3+r4)/r4=vref*(r3+r4)/r4。图中电路的参数计算如下：
vref=6.2v，则vo=6.2v*(1k+1k)/1k=12.4v，与仿真结果是相符的。
如果想要调整输出电压vo，最简单的方法是改变图中r2和r4的比值。
2)线性电源的效率
一般情况下，相比于输出电流i，线性电源自身的基准电压源、放大器、取样等电路消耗的功率比较小，工程实现时经常忽略不计，即可以认为线性电源的输入电流和输出电流大致相等，而线性电源自身的功耗可以认为就是调整管上的功耗。
整个电路的功耗为调整管功耗+负载rl上的功耗，又由于调整管上的电流和负载rl上的电流近似相等，所以线性电源的效率近似为：
η = po/pi = vo*i/(vi*i) = vo/vi
即线性电源的效率近似为输出电压比上输入电压。
以1)中仿真图的参数计算，则效率近似为η = 12.4/24 = 51.7%;输出电流为 i = vo/rl = 124ma;则线性电压自身的功耗可以近似为124ma*(24v-12.4v)= 1.4384w。
3)线性电源的特性
由上述电路分析可以知道，线性电源的调整管工作在放大区，调整管分掉了部分电压，使得输出vo得到稳定，所以，线性电源的输出总是会比输入电源低一些(如果是调整管三极管则是ce级的压降，如果是mos管则是ds间的压降)，一般至少会低1~2v，也有低压差的线性电源可以做到只低0.3~0.5v，这种低压差的线性电源专业术语简称为ldo(low dropout regulator)。只能用于降压电路。
线性电源是由调整管分压来实现输出电压稳定的，也即是有(vi-vo)的电压是加在调整管上的，如果输入电压vi比输出电压vo高出比较多，则会有大部分的压降消耗在调整管上，使得线性电源的效率降低。有时候其自身功耗很大时，需要加散热片。
另外线性电源由于结构简单，整个反馈环路只有分压电阻、运放、调整管，响应速度非常快，对于纹波的抑制和瞬态响应都有很好的效果;也是因为它的原理简单，电路的稳定性和可靠性都比较高。
4)常用的线性电源举例
常用的固定输出的线性电源有：78xx系列，1117系列等。78xx系列有5v、9v、12v、15v等多种电压输出，如7805就是输出固定5v的具体型号;1117一般用于电压较低的场合，有5v、3.3v、2.5v等多种电压输出。
使用线性电源时，需要注意以下几点：
a)输入电压不能高于线性电源的最大输入电压;
b)输出电流不能大于线性电源的最大输出电流;
c)输入输出的压差不能太小，确保输入电压高于输出一定的电压，如78xx系列要求至少高出2v，1117系列的要求高出1v，某些低压差的线性电源(ldo)可以低至0.3~0.4v，这个数值需要查阅芯片手册获取，这类常用的芯片很多芯片厂家都有生产，各家的参数会有细微不同;
d)线性电源自身的功耗不能太大，可以用 (vi-vo)*i 这个公式来估算自身的功耗，如果比较大，会发热严重，可能会热保护或者烧坏芯片，则需要增加散热片。
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直流电源大致可分为线性电源和开关电源，二者的从原理上区分，主要在于其电路中的主功率输出管(三极管或mos)工作的状态不同，线性电源工作在线性区(也即放大区)，而开关电源工作在开关区(也即饱和区和截止区)。
1)线性电源的原理
一个简单的线性电源的原理图如下所示：
主要分为三个部分：
a)基准电压源，为电路提供一个不随外界变化的参考电压;图中是最左边的稳压管和电阻实现的，可以实现当输入电压发生变化时，供给后端的参考电压大致保持不变;
b)比较放大电路，用于实现将基准源和输出电压(或输出电压的分压)比较，将误差放大之后去控制调整管;图中是运算放大器实现的;
c)调整管，也就是主输出的功率管，用于控制输出电压;图中q1是调整管;
d)输出取样电路，从输出端电压取样后，送给放大电路比较;图中是r2和r4将输出分压后得到的。
整个电路的工作过程如下：
当输入电压升高时，会使得输出电压vo有升高的趋势;vo升高会使得vn升高;而由于vref基准电压源基本不变化，vn升高会使得运放的输出降低;调整管q1工作为射级跟随器的状态，其基极电压降低时，即会使得射级电压vo也降低，抑制了vo升高的趋势。
当输入电压降低时，分析结果也是一样的，电路会抑制vo降低的趋势。
所以，该电路能够保持输出电压vo的稳定。
由于运放的输入虚短特性，可以认为vn=vref，所以其输出vo=vn*(r3+r4)/r4=vref*(r3+r4)/r4。图中电路的参数计算如下：
vref=6.2v，则vo=6.2v*(1k+1k)/1k=12.4v，与仿真结果是相符的。
如果想要调整输出电压vo，最简单的方法是改变图中r2和r4的比值。
2)线性电源的效率
一般情况下，相比于输出电流i，线性电源自身的基准电压源、放大器、取样等电路消耗的功率比较小，工程实现时经常忽略不计，即可以认为线性电源的输入电流和输出电流大致相等，而线性电源自身的功耗可以认为就是调整管上的功耗。
整个电路的功耗为调整管功耗+负载rl上的功耗，又由于调整管上的电流和负载rl上的电流近似相等，所以线性电源的效率近似为：
η = po/pi = vo*i/(vi*i) = vo/vi
即线性电源的效率近似为输出电压比上输入电压。
以1)中仿真图的参数计算，则效率近似为η = 12.4/24 = 51.7%;输出电流为 i = vo/rl = 124ma;则线性电压自身的功耗可以近似为124ma*(24v-12.4v)= 1.4384w。
3)线性电源的特性
由上述电路分析可以知道，线性电源的调整管工作在放大区，调整管分掉了部分电压，使得输出vo得到稳定，所以，线性电源的输出总是会比输入电源低一些(如果是调整管三极管则是ce级的压降，如果是mos管则是ds间的压降)，一般至少会低1~2v，也有低压差的线性电源可以做到只低0.3~0.5v，这种低压差的线性电源专业术语简称为ldo(low dropout regulator)。只能用于降压电路。
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另外线性电源由于结构简单，整个反馈环路只有分压电阻、运放、调整管，响应速度非常快，对于纹波的抑制和瞬态响应都有很好的效果;也是因为它的原理简单，电路的稳定性和可靠性都比较高。
4)常用的线性电源举例
常用的固定输出的线性电源有：78xx系列，1117系列等。78xx系列有5v、9v、12v、15v等多种电压输出，如7805就是输出固定5v的具体型号;1117一般用于电压较低的场合，有5v、3.3v、2.5v等多种电压输出。
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b)输出电流不能大于线性电源的最大输出电流;
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