电源概述

对于电子产品，必然离不开电源。电源可以为电路提供其所需要的电能，其中包括电压及电流。通常大多数均为电压型电源，为了保证电路能够正常稳定地工作，需要产生一个合适的电压。但电子产品种类繁多，所需要的的电压千奇百怪，当然并没有通用的电源能够为所有的电路供电。因此针对不同的电路，就需要产生对应的电压。

电阻分压电源

那么应该如何产生电压呢？首先最容易想到的就是电阻分压，通过调节合适的电阻比例可以轻易得到想要的电压。

但是这种方式的缺点也很明显，它的带负载能力很小，负载电阻的接入会改变其分压系数，从而使​V_{out}电压下降。其中输出电压​V_{out}与输出电流​I_{load}的关系可以通过计算得出：

从计算结果可以看出，该电路在空载时输出电压由电阻分压决定，在有负载时输出电压会在空载的基础上减少，减少的值为输出电流与输出电阻的乘积。

可见通过电阻分压产生的电源并不可靠，其输出电压会随负载电流变化，为了稳定输出电压，就需要提高电路的带负载能力。

电阻分压接跟随器

通过在电阻分压之后加一级跟随器，可以提高电路的带载能力，其电路图如下所示。

由于三极管的​V_{be}基本可以保持不变，因此输出电压​V_{out}为电阻分压的电压减去​V_{be}，这样输出电压也可以基本保持不变。当然，输出电压并非与负载无关。当负载电流增大时，三极管的​I_c会增大，从而导致​V_{ce}增大（Early 效应），因而使​V_{out}减小。同时​V_{ce}增大使​V_{be}增大，导致​I_b也增大，这就导致电阻分压产生的电压也会降低，从而进一步使​V_{out}降低。这种现象可以等效理解为电路存在输出电阻，由于这一现象较为不明显，故电路输出电阻较小。

除了以上的缺点之外，在实际应用中外部提供的输入电压​V_{in}并不是一直稳定的。比如家用交流电经过整流、滤波后仍然会有较大波动，会导致该电路输出电压也有较大波动。或者输入电压由电池提供，随着持续地使用，电池电压会逐渐降低，那么该电路的输出电压也会逐渐降低。这些显然不是我们所希望的。因此这类开环电路只能应用于一些简单、要求不高的场景，对于需要稳定输出电压的场景，一般会选用闭环控制的电路。

线性电源

线性电源就是一种典型的闭环控制电源产生电路，其简单的等效结构如下图所示。

其环路的具体工作过程为：输出电压被分压电阻采样得到采样电压，该电压与基准电压差分得到误差信号，经过运放放大之后误差信号可以控制三极管的导通程度，从而控制输出电压大小，直到采样电压与基准电压相等。

这个控制过程为负反馈控制，当输出电压减小时，采样电压减小，从而使运放输出电压增大，三极管导通程度增加，从而使输出电压增大。

假设运放的放大倍数为A，运放输入端相等时输出端电压为​V_A，那么可以进行以下计算：

式中​\frac{V_A-V_{be}}{A \beta}为误差项，由于环路增益​\beta A一般很大，因此误差很小。那么该电路的输出电压仅由基准电压​V_{ref}和分压系数​\beta所决定。

假设忽略电路中调整管的基极电流，那么该电路的输入电流和输出电流近似相等，在这个条件下可以求得电路的输入功率、输出功率和转换效率：

显然当输出电压和输入电压相差较大时，在调整管上会浪费掉大量的功率，使整个电路的转换效率较低。另一方面，该电路只能提供较小的电流，若负载电流较大，会使调整管的功率增大，导致发热严重影响性能甚至损坏电路。

开关电源

开关电源中将调整管替换为开关管，其只工作在开或关两个状态，因此可以大大地减小损耗功率，从而提高电路的转换效率。这其中DC-DC变换器是一种用于将一个直流电压转换为另一个直流电压的电路，分为降压型DC-DC、升压型DC-DC以及升降压型DC-DC。本系列主要讲解降压型DC-DC，其结构、工作原理等会在之后进行详细陈述。

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