了解線性穩(wěn)壓器

長期以來，線性穩(wěn)壓器一直得到業(yè)界的廣泛采用。在開關(guān)模式電源于上世紀(jì)60年代后成為主流之前，線性穩(wěn)壓器曾經(jīng)是電源行業(yè)的基礎(chǔ)。即使在今天，線性穩(wěn)壓器仍然在眾多的應(yīng)用中廣為使用。

線性穩(wěn)壓器將未調(diào)節(jié)的直流電壓轉(zhuǎn)換為已調(diào)節(jié)的直流電壓。它們是開始電壓調(diào)節(jié)器研究的好工具，因為有了它們，線性穩(wěn)壓器將出色的調(diào)節(jié)特性與出色的噪聲性能和使用簡單性結(jié)合在一起，但它們的低效率和高壓差電壓略微抵消了這些優(yōu)勢。

當(dāng)輸入電壓 V IN或輸出電流發(fā)生變化時，串聯(lián)傳輸晶體管 Q 1會改變電阻以保持輸出電壓恒定。Q 1如何 實現(xiàn)這一改變?R 1 和 R 2 對輸出電壓 (V OUT ) 進(jìn)行采樣，并將該樣本與運算放大器電路中的參考電壓 V REF進(jìn)行比較。您將差電壓乘以級增益(大約為 R F /(R 1 ||R 2 ))并將其應(yīng)用于傳輸晶體管的基極。(RB 在啟動期間提供偏置電流。)當(dāng)輸出電壓增加時，采樣電壓增加，運放降低傳輸晶體管基極電壓，從而恢復(fù)原始輸出電壓。穩(wěn)壓器設(shè)計通常會消除RF，從而產(chǎn)生極高的控制回路增益，從而實現(xiàn)高精度。

該線性穩(wěn)壓器在除效率和壓差電壓之外的所有類別中都具有出色的性能。壓差電壓為 V IN +V P (通過晶體管壓降);調(diào)節(jié)器不能調(diào)節(jié)低于這個電壓。以下效率等式 假設(shè)輸入紋波電壓為零且負(fù)載電流遠(yuǎn)大于穩(wěn)壓器電流。

穩(wěn)壓器消除了 V IN的容差，但這個容差(可能是紋波電壓)會導(dǎo)致效率低下。此外，V P 也導(dǎo)致效率低下。線性穩(wěn)壓器在將輸入電壓容差降至最低的高輸出電壓下效率最高。當(dāng)您將傳輸晶體管從 npn 更改為 pnp 以降低 V P時，效率會提高，而壓差電壓會降低。pnp 性能是足夠的。然而，如今 FET 很受歡迎，因為它們產(chǎn)生較低的壓差電壓。當(dāng)輸出電壓較大、V IN 容差較小且 V P 是小。許多電池應(yīng)用符合后兩個要求，因此今天，工程師廣泛使用線性穩(wěn)壓器。

穩(wěn)壓器輸出阻抗 Z OUT與 C OUT起反應(yīng)， 在反饋回路中形成一個極點。隨著 C OUT值的增加，它與 Z OUT 形成的極點 向 s 平面中的低頻軸移動。當(dāng)斷極頻率變得足夠低時，它就成為主導(dǎo)，它對電路進(jìn)行頻率補(bǔ)償，從而使電路穩(wěn)定。如果 C OUT 具有較大的等效串聯(lián)電阻，則 R ESR會在反饋回路中形成一個極點和零點。極零組合總是比單極更穩(wěn)定。C F 還在反饋回路中形成一個極點。實現(xiàn)低誤差需要非常剛性的環(huán)路(高環(huán)路增益)，因此您可以消除 RF 并擴(kuò)大 R 1 ||R 2 以實現(xiàn)具有 C F的主導(dǎo)極點。主極點補(bǔ)償技術(shù)對誤差的響應(yīng)總是很慢，因此您需要 C OUT 提供或吸收電流以最大限度地減少誤差。請注意，穩(wěn)壓器只能提供電流，因此您可以在傳輸晶體管(輸出端的陽極)上連接一個二極管，以 在感性負(fù)載放電到 V OUT時將負(fù)載電流轉(zhuǎn)儲到 V IN。

穩(wěn)壓器不可能比參考電壓更穩(wěn)定，因此您必須謹(jǐn)慎選擇參考電壓。參考產(chǎn)生的任何噪聲都會在輸出端放大，因此您需要低噪聲穩(wěn)定參考。獲得足夠的參考噪聲性能通常需要過濾。線性穩(wěn)壓器的輸出電壓是您可以獲得的最純凈的直流電壓;因此，線性穩(wěn)壓器適用于為具有低信號電壓的電路供電。