【線性(xing)穩壓電(dian)源】線性(xing)穩壓器的原(yuan)理 線性(xing)穩壓電(dian)源優缺點

線性(xing)穩(wen)(wen)壓(ya)器(qi)(qi)主(zhu)要(yao)包括普(pu)通線性(xing)穩(wen)(wen)壓(ya)器(qi)(qi)和LDO（Low Dropout Regulator，低(di)(di)壓(ya)差(cha)線性(xing)穩(wen)(wen)壓(ya)器(qi)(qi)）兩種類型(xing)，它們的(de)主(zhu)要(yao)區別(bie)是：普(pu)通線性(xing)穩(wen)(wen)壓(ya)器(qi)(qi)（如常見的(de)78系列(lie)三端穩(wen)(wen)壓(ya)器(qi)(qi)）工作時(shi)要(yao)求輸入(ru)與輸出之間的(de)壓(ya)差(cha)值較(jiao)大（一般要(yao)求在2～3V以上），功耗較(jiao)高；而(er)LDO工作時(shi)要(yao)求輸入(ru)與輸出之間的(de)壓(ya)差(cha)值較(jiao)小（可以為IV以下甚至更低(di)(di)），功耗較(jiao)低(di)(di)。

（1）線性穩壓器基本工作原理

線性穩壓器是(shi)通過輸出電(dian)壓(ya)反饋(kui)(kui)，經誤差放大器(qi)(qi)等組成(cheng)的控(kong)(kong)制(zhi)電(dian)路來控(kong)(kong)制(zhi)調(diao)整管(guan)(guan)的管(guan)(guan)壓(ya)降VDD（即壓(ya)差）來達(da)到穩(wen)壓(ya)的目的，其原理框(kuang)圖如圖1所示(shi)。特點是(shi)VIN必須大于VOUT，調(diao)整管(guan)(guan)工作在線性(xing)區（線性(xing)穩(wen)壓(ya)器(qi)(qi)從此得名(ming)）。輸入電(dian)壓(ya)的變(bian)動(dong)或(huo)負載(zai)電(dian)流的變(bian)化引起輸出電(dian)壓(ya)變(bian)動(dong)時，通過反饋(kui)(kui)及控(kong)(kong)制(zhi)電(dian)路，改變(bian)VDO的大小，使(shi)輸出電(dian)壓(ya)VOUT基本不變(bian)。

普通線性穩(wen)壓(ya)器和LD0的(de)工作原(yuan)理是(shi)一致的(de)，不(bu)(bu)同的(de)是(shi)，二者采用(yong)的(de)調整管結構(gou)不(bu)(bu)同，從而使LD0比(bi)普通線性穩(wen)壓(ya)器壓(ya)差更小，功耗(hao)更低。

有(you)(you)些液晶顯示器中(zhong)使用的線(xian)性穩壓(ya)(ya)器i設有(you)(you)輸出控(kong)制端(duan)，也(ye)就是說，這種穩壓(ya)(ya)器輸出電壓(ya)(ya)受控(kong)制端(duan)的控(kong)制。圖2所(suo)示是可(ke)控(kong)穩壓(ya)(ya)器的內部(bu)框圖。

EN（有時也用符號SHDN表示）為輸出控制端，一般由(you)微處理(li)器加(jia)低(di)電平（或高(gao)電平）使LDO關閉(bi)（或工作），在(zai)關閉(bi)電源(yuan)狀態(tai)時，電流約為1μA。

（2）線性穩壓器的特點

線(xian)性穩壓(ya)器(qi)具(ju)有成本低、封(feng)裝小(xiao)、外(wai)圍器(qi)件(jian)少和噪(zao)聲小(xiao)的特點。線(xian)性穩壓(ya)器(qi)的封(feng)裝類型很多，非常適合(he)在(zai)液晶(jing)顯示(shi)器(qi)中使用。對于固定電壓(ya)輸(shu)出的場合(he)，外(wai)圍只需2～3個很小(xiao)的電容即可(ke)構成整個電路(lu)。

超低的(de)(de)輸出(chu)電(dian)壓噪聲是線(xian)性穩(wen)壓器(qi)最(zui)大的(de)(de)優勢。輸出(chu)電(dian)壓的(de)(de)紋波不到35μV（RMS），又有(you)極高的(de)(de)信噪抑制比(bi)，非常適合用做對(dui)噪聲敏(min)感的(de)(de)小(xiao)信號處(chu)理電(dian)路供電(dian)。同(tong)時(shi)，由于沒有(you)開關時(shi)大的(de)(de)電(dian)流變化(hua)所(suo)引發的(de)(de)電(dian)磁干擾（EMI），所(suo)以便(bian)于設(she)計。

但線性穩壓器的缺點是效率不高，且只能用于降壓的場合。線性穩壓器的效率取決于輸出電壓與輸入電壓之比η＝Vo：Vio例如，對于普通線性穩壓器，在輸入電壓為5V的情況下，輸出電壓為2.5V時，效率只有50％，也就是約有50％的電能被轉化成熱量流失掉了，這也是普通線性穩壓器工作時易發熱的主要原因：對于LDO，由于是低壓差，因此效率要高得多。例如，在輸入電壓為3.3V的情況下，輸出電壓為2.5V時，效率可達76％。所以，在液晶顯示器中，為了提高電能的利用率，較少采用普通線性穩壓器，而多采用LDO。

線性穩壓電源優缺點

每種(zhong)線性(xing)(xing)穩(wen)壓器都有各(ge)自的優缺點，最終得由設計師根(gen)據壓差、接地電流和穩(wen)定性(xing)(xing)補償方法等要求，確定某種(zhong)類型穩(wen)壓器是否適合設備使用(yong)。

電(dian)壓(ya)(ya)差(cha)和接地(di)電(dian)流值主要由線性穩(wen)壓(ya)(ya)器(qi)的(de)(de)旁(pang)路元件(pass element)確定，電(dian)壓(ya)(ya)差(cha)和接地(di)電(dian)流值定了后就(jiu)可確定穩(wen)壓(ya)(ya)器(qi)適用的(de)(de)設備類型。目前使(shi)用的(de)(de)五大主流線性穩(wen)壓(ya)(ya)器(qi)每個都(dou)具有不(bu)(bu)同的(de)(de)旁(pang)路元件(pass element)和獨(du)特性能，分別適合不(bu)(bu)同的(de)(de)設備使(shi)用。

標(biao)準(zhun)NPN穩(wen)(wen)(wen)壓(ya)器(qi)的(de)優點(dian)是(shi)具有約等于PNP晶體管基極電流(liu)的(de)穩(wen)(wen)(wen)定接(jie)地電流(liu)，即(ji)使沒有輸出電容也相當穩(wen)(wen)(wen)定。這種穩(wen)(wen)(wen)壓(ya)器(qi)比較適合(he)電壓(ya)差較高的(de)設備使用(yong)，但(dan)較高的(de)壓(ya)差使得這種穩(wen)(wen)(wen)壓(ya)器(qi)不(bu)適合(he)許多(duo)嵌入(ru)式設備使用(yong)。

對于嵌入(ru)式(shi)應用(yong)而(er)言(yan)，NPN旁路晶體管(guan)穩(wen)(wen)壓(ya)器(qi)(qi)是一種不(bu)錯的選(xuan)擇，因(yin)為(wei)它的壓(ya)差(cha)小，而(er)且(qie)(qie)非常容易使用(yong)。不(bu)過(guo)這種穩(wen)(wen)壓(ya)器(qi)(qi)仍不(bu)適合具(ju)有很低(di)(di)壓(ya)差(cha)要求(qiu)的電(dian)池供電(dian)設備使用(yong)，因(yin)為(wei)它的壓(ya)差(cha)不(bu)夠低(di)(di)。它的高增益NPN旁路管(guan)可使接(jie)地電(dian)流穩(wen)(wen)定(ding)在(zai)幾個毫安，而(er)且(qie)(qie)它的公(gong)共發射極結構具(ju)有很低(di)(di)的輸出阻抗。

PNP旁(pang)路(lu)晶(jing)體(ti)管(guan)是(shi)一(yi)種低壓(ya)(ya)差穩(wen)壓(ya)(ya)器，其中(zhong)的(de)(de)(de)旁(pang)路(lu)元件就(jiu)是(shi)PNP晶(jing)體(ti)管(guan)。它(ta)的(de)(de)(de)輸入(ru)輸出(chu)(chu)壓(ya)(ya)差一(yi)般(ban)在0.3到0.7V之間。因為壓(ya)(ya)差低，因此這種PNP旁(pang)路(lu)晶(jing)體(ti)管(guan)穩(wen)壓(ya)(ya)器非常適合(he)電(dian)池(chi)供電(dian)的(de)(de)(de)嵌(qian)入(ru)式設(she)備使用。不過(guo)它(ta)的(de)(de)(de)大接(jie)地電(dian)流會(hui)縮短電(dian)池(chi)的(de)(de)(de)壽(shou)命。另外(wai)，PNP晶(jing)體(ti)管(guan)增(zeng)益較(jiao)低，會(hui)形成數(shu)毫安的(de)(de)(de)不穩(wen)定接(jie)地電(dian)流。由于采用公(gong)共(gong)發射極(ji)結(jie)構，因此它(ta)的(de)(de)(de)輸出(chu)(chu)阻抗比較(jiao)高，這意(yi)味著(zhu)需(xu)要外(wai)接(jie)特(te)定范圍容(rong)量和(he)等效串聯(lian)電(dian)阻(ESR)的(de)(de)(de)電(dian)容(rong)才能夠穩(wen)定工作。

由于P溝(gou)道(dao)FET穩(wen)壓(ya)(ya)器具(ju)(ju)(ju)有(you)較低(di)的(de)(de)壓(ya)(ya)差和接地(di)電(dian)流，因此(ci)目前被廣泛用(yong)于許多電(dian)池供電(dian)的(de)(de)設備。該類型穩(wen)壓(ya)(ya)器將(jiang)P溝(gou)道(dao)FET用(yong)作它的(de)(de)旁路元(yuan)件。這種穩(wen)壓(ya)(ya)器的(de)(de)電(dian)壓(ya)(ya)差可以很低(di)，因為很容易通過調(diao)整(zheng)(zheng)FET尺寸將(jiang)漏-源阻抗調(diao)整(zheng)(zheng)到較低(di)值(zhi)。另一(yi)個有(you)用(yong)的(de)(de)特性是低(di)的(de)(de)接地(di)電(dian)流，因為P溝(gou)道(dao)FET的(de)(de)“柵(zha)極(ji)電(dian)流”很低(di)。然而，由于P溝(gou)道(dao)FET具(ju)(ju)(ju)有(you)相對大的(de)(de)柵(zha)極(ji)電(dian)容，因此(ci)它需要外接具(ju)(ju)(ju)有(you)特定范圍容量與ESR的(de)(de)電(dian)容才能穩(wen)定工作。

N溝道(dao)FET穩壓(ya)器非(fei)常適(shi)合那些要求低(di)壓(ya)差、低(di)接地電(dian)(dian)(dian)流(liu)和高負載電(dian)(dian)(dian)流(liu)的(de)(de)設(she)備使用。用于(yu)旁路管(guan)采用的(de)(de)是N溝道(dao)FET，因(yin)此這(zhe)種(zhong)穩壓(ya)器的(de)(de)壓(ya)差和接地電(dian)(dian)(dian)流(liu)都很(hen)低(di)。雖然(ran)它(ta)也需要外接電(dian)(dian)(dian)容(rong)才能穩定(ding)工作，但電(dian)(dian)(dian)容(rong)值不用很(hen)大，ESR也不重要。N溝道(dao)FET穩壓(ya)器需要充電(dian)(dian)(dian)泵(beng)來建立柵極(ji)偏置電(dian)(dian)(dian)壓(ya)，因(yin)此電(dian)(dian)(dian)路相(xiang)(xiang)對(dui)復雜一些。幸運的(de)(de)是，相(xiang)(xiang)同(tong)負載電(dian)(dian)(dian)流(liu)下N溝道(dao)FET尺寸最(zui)多時可比P溝道(dao)FET小50%。