一、为什么需要电源？
几乎每个电路都需要一个稳定的电压。单片机通常要 3.3 V，传感器可能要 5 V，电机要 12 V，而电池的电压会随着用电逐渐下降，适配器的输出也会有波动。电源电路的任务，就是把"来源的电压"变成"需要的电压"，并且保持稳定。
类比：电源就像城市里的自来水厂加上家里的减压阀。水厂的水压忽高忽低，减压阀保证你家龙头的水压始终在 0.2 MPa 左右，不管外面的水压怎么变，你家都用得安心。
1.1 一个电源要满足的几个指标
| 指标 | 含义 | 典型要求 |
|---|
| 输出电压精度 | 实际输出与标称值的偏差 | ±1% ~ ±5% |
| 最大输出电流 | 能提供的最大负载电流 | 根据负载决定 |
| 效率 | 输出功率占输入功率的比例 | 线性 30% ~ 70%，开关 80% ~ 95% |
| 纹波与噪声 | 输出上叠加的交流成分 | 射频、ADC 常要求几 mV 以下 |
| 静态功耗 | 没有负载时电源自己消耗的电流 | 电池设备要求极低（μA 级） |
二、稳压的基本思路：反馈
无论是线性稳压还是开关电源，稳压的核心都是负反馈：
- 对输出电压进行采样（通常用一个电阻分压）。
- 与一个基准电压进行比较（这里用上一课学过的运放或误差放大器）。
- 根据误差调整输出器件的导通程度，使输出回到目标值。
类比：想象一个浮球阀控制水箱水位。浮球就是"采样"，目标水位线就是"基准"，阀门就是"调整元件"。水位一低，阀门开大；水位一高，阀门关小。无论进水压力怎么变，水位都能保持在设定的高度。
一句话概括：稳压 = 采样 + 比较（基准）+ 调整（功率管）。不管是线性稳压还是开关电源，这三步都在做，区别只是"调整"的方式不同。
三、线性稳压器的结构
线性稳压器（Linear Regulator）用一个功率晶体管（或 MOS 管）作为"可变电阻"，串联在输入和输出之间。它不断地改变自己的压降，让输出保持稳定。
线性稳压器 调整管、基准和反馈共同稳定输出
线性稳压的核心缺点：调整管上多出来的电压（Vin − Vout）全部变成了热量。输入电压比输出高得越多，发热越严重。这一点是理解 LDO 与开关电源区别的关键。
3.1 线性稳压的两个基本特性
- 输出只能比输入低：线性稳压只能降压，不能升压（升压需要另外的方法，如开关电源）。
- 输入电流几乎等于输出电流：流过调整管的电流，就是流过负载的电流（外加很小的静态电流）。
四、三端稳压 78xx 与 LM1117：最常见的两种线性稳压器
4.1 78xx 系列（经典三端稳压）
78 系列是老牌的固定输出三端稳压器，型号后两位是输出电压：
| 型号 | 输出电压 | 典型压差 | 特点 |
|---|
| 7805 | 5 V | 约 2 V | 输入至少要比 5 V 高约 2 V，才能稳住 |
| 7809 / 7812 | 9 V / 12 V | 约 2 V | 常用于 12 V 适配器后级 |
| 78L05 | 5 V（小电流版） | 约 1.7 V | 最大约 100 mA，体积小 |
78xx 的三个引脚是：1 脚输入（IN）、2 脚地（GND）、3 脚输出（OUT）（引脚顺序以规格书为准）。它只需要外接输入和输出电容，就能工作。
4.2 LM1117 等"低压差"可调稳压器
LM1117 和它的同类（如 AMS1117）是单片机板子上最常见的 3.3 V 稳压器。它最大电流约 800 mA ~ 1 A，压差较大（约 1.1 ~ 1.3 V），因此输入一般要用 5 V 才能稳定输出 3.3 V。
常见误会：很多人以为 "AMS1117-3.3" 的压差只有 0.1 V，其实它的压差达到 1 V 以上。输入 3.8 V 时它输出可能只有 2.5 V 左右，单片机就会异常复位。选型前一定要查规格书里的压差曲线。
五、压差：LDO 为什么叫"低压差"
LDO（Low Dropout Regulator，低压差稳压器）的名字来源于它的压差 Vdropout：输入与输出之间最小需要保持的电压差。
Vdropout = Vin(min) − Vout
输入电压低于 Vout + Vdropout 时，调整管进入饱和，输出开始下跌，稳压失效
5.1 压差越小，越"省"
压差小意味着：输入电压可以很接近输出电压，因此多余的电压（发热的来源）更少。电池供电时，这一点特别重要：锂电池放电电压从 4.2 V 降到 3.0 V，如果稳压器压差太大，电池就只能用到更高的电压，剩下的电量白白浪费。
| 稳压器类型 | 典型压差 | 适合场景 |
|---|
| 普通三端稳压（78xx） | 约 2 V | 输入电压高、对效率不敏感 |
| 普通 LDO（如 AMS1117） | 约 1 ~ 1.3 V | 5 V 转 3.3 V，板子常用 |
| 真正的低压差 LDO | 约 0.1 ~ 0.3 V | 电池供电，输入与输出接近 |
LDO 的名字可能有误导："低压差"只说明它压差小，并不说明它"不发热"。只要有压差，就有功耗。LDO 也还是线性稳压，效率仍然取决于 Vout / Vin。
六、效率与发热：线性稳压最大的问题
6.1 效率公式
线性稳压器的输入功率、输出功率和损耗之间的关系如下（忽略很小的静态电流）：
输入功率 Pin = Vin × Iout
输出功率 Pout = Vout × Iout
功耗（发热）Pdiss = (Vin − Vout) × Iout
效率 η = Vout / Vin
效率只取决于电压比，与负载电流无关。输入 5 V 输出 3.3 V 时，效率仅约 66%，剩下的 34% 全变成热
6.2 为什么效率这么低？
线性稳压器不会"凭空"减少电压，它只能把多出来的电压消耗掉。电压差越大，被消耗的比例越高。例子：
- 输入 12 V → 输出 5 V：效率只有 42%，58% 的能量变成热。
- 输入 5 V → 输出 3.3 V：效率约 66%。
- 输入 3.7 V → 输出 3.3 V：效率约 89%，发热很小，这正是 LDO 在电池设备中受欢迎的原因。
用 12 V 线性稳压 5 V 的代价：负载只有 1 A 时，发热就达 7 W，而且效率只有 42%。这样的设计只适合小电流、临时用的场合，大电流必须换开关电源（下一页）。
七、动手算一算：功耗与结温
功耗会让芯片发热，芯片温度（结温 Tj）升高。结温超过规格（通常 125 ~ 150 ℃）就会损坏，所以必须计算它。
结温 Tj = 环境温度 Ta + Pdiss × θJA
θJA 是"热阻"，单位 ℃/W，表示每消耗 1 W 功率，芯片温度升高多少。θJA 与封装和铜箔面积有关，以规格书为准
7.1 动手拨一拨
设定输入、输出电压，负载电流，封装的热阻和环境温度，看功耗、效率和结温的变化。
功耗 Pdiss-
效率 Vout/Vin-
估算结温 Tj（Ta = 25 ℃）-
八、静态电流、噪声与纹波抑制
8.1 静态电流 Iq
稳压器本身也要耗电（误差放大器、基准都需要电流）。这部分电流叫静态电流 Iq，负载不工作时它依然存在。
- 普通 78xx：Iq 约几 mA。
- 低功耗 LDO：Iq 可以低到几 μA，适合长期待机的电池设备。
8.2 输出噪声与 PSRR
- 噪声：LDO 的输出会带有一定的宽带噪声，对射频、高精度 ADC 有影响。通常在输出加一颗陶瓷电容或加一级 RC 滤波可以改善。
- PSRR（电源抑制比）：衡量稳压器压制输入纹波的能力，单位 dB，数值越大越好。例如 PSRR = 60 dB 表示输入纹波被衰减到 1/1000。
LDO 的一个优势：线性稳压器本身几乎没有开关噪声，输出干净。所以在开关电源后面，常常再接一级 LDO，专门给对噪声敏感的模拟电路或射频电路供电。这叫"先开关，后线性"的组合。
8.3 电容的作用
- 输入电容（约 1 ~ 10 μF）：靠近稳压器输入脚，防止输入线路上的阻抗引起振荡。
- 输出电容：LDO 对输出电容有稳定性要求（有的要求必须是特定 ESR 的电容）。务必查规格书推荐值，不能随便换。
九、LDO 的典型应用与电路
9.1 例子：锂电池供电的 3.3 V 系统
锂电池电压范围约为 4.2 V（满电）到 3.0 V（放电截止）。如果用 AMS1117-3.3（压差约 1.1 V），电池电压低于 4.4 V 就无法稳压，剩下的电量用不上。换成压差 0.2 V 的 LDO，只要电池高于 3.5 V 就能稳定输出 3.3 V，电量利用率明显提高。
9.2 例子：给传感器供电
传感器和 ADC 对电源纹波很敏感。常见做法是：开关电源（效率高）→ LDO（输出干净）→ 传感器。这样既省电，又保证测量精度。
9.3 基本的 LDO 电路
- 输入端靠近芯片放一颗 1 μF 陶瓷电容，输出端放 10 μF（或数据手册指定的电容）。
- 使能脚（EN）可以接单片机 IO，实现软件开关电源，待机时关掉。
- 若需要可调电压，用两颗电阻分压接到 ADJ 脚，计算公式见规格书：Vout = Vref × (1 + R1/R2)。
一个经典事故：LDO 的输出电容用错了类型（例如 ESR 太小或太大）。有的芯片要求输出电容的 ESR 在一定范围内，否则会产生振荡，输出出现周期性的抖动。
十、选型与常见错误
10.1 选型清单
- 输入电压范围：要覆盖实际的最低和最高输入（如电池放电末期、适配器的最高电压）。
- 压差：最低输入减去输出，要大于压差，留余量。
- 最大电流：大于负载最大电流，并检查功耗和结温。
- 封装与热阻：功耗大时选带散热片的封装，或增大 PCB 铜箔。
- 静态电流：电池设备要看待机电流。
- 噪声与 PSRR：给射频、ADC 供电时要重点看。
10.2 常见错误
- 忽视压差：输入只比输出高一点，结果输出跌落，设备复位。
- 忘了发热：大电流、大压差时，芯片烫手甚至过热关机。
- 输出电容随便换：导致振荡或不稳定。
- 没有输入电容：长线路上的电压跳动会干扰稳压器工作。
- 用线性稳压做大功率降压：如 12 V 降到 5 V 带 2 A 负载，发热 14 W，必须换开关电源。
选型口诀：小电流、压差要求低、要干净的输出，用 LDO；大电流、压差大、要高效率，用开关电源。两者配合，往往效果最好。
十二、本节小结
- 稳压的核心是负反馈：采样、比较基准、调整输出。
- 线性稳压用调整管"耗掉"多余电压，只能降压，输入电流 ≈ 输出电流。
- 效率 η = Vout / Vin，与负载无关；功耗 Pdiss = (Vin − Vout) × Iout。
- 78xx 压差约 2 V，AMS1117 压差约 1.1 V；LDO 压差可低至 0.1 ~ 0.3 V。
- 结温 Tj = Ta + Pdiss × θJA，超温会损坏芯片，需要计算并留余量。
- LDO 输出干净、电路简单，适合小电流和低噪声场合；大电流、大压差要换开关电源。
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