【線(xian)(xian)性穩壓(ya)電(dian)源(yuan)】線(xian)(xian)性穩壓(ya)器的原理(li) 線(xian)(xian)性穩壓(ya)電(dian)源(yuan)優缺點

線性穩壓(ya)器(qi)主(zhu)要(yao)(yao)包(bao)括(kuo)普通線性穩壓(ya)器(qi)和LDO（Low Dropout Regulator，低壓(ya)差線性穩壓(ya)器(qi)）兩(liang)種類型(xing)，它們的主(zhu)要(yao)(yao)區別(bie)是：普通線性穩壓(ya)器(qi)（如常(chang)見(jian)的78系列三端穩壓(ya)器(qi)）工(gong)作時要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)輸入與(yu)輸出(chu)之間(jian)的壓(ya)差值較(jiao)大（一(yi)般(ban)要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)在2～3V以(yi)上），功(gong)耗(hao)較(jiao)高；而LDO工(gong)作時要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)輸入與(yu)輸出(chu)之間(jian)的壓(ya)差值較(jiao)小（可以(yi)為IV以(yi)下甚(shen)至更低），功(gong)耗(hao)較(jiao)低。

（1）線性穩壓器基本工作原理

線性穩壓器是(shi)通過輸(shu)(shu)出電(dian)壓(ya)(ya)反饋，經誤(wu)差放大器等組成的(de)控制(zhi)電(dian)路來控制(zhi)調整管(guan)的(de)管(guan)壓(ya)(ya)降VDD（即壓(ya)(ya)差）來達到穩(wen)壓(ya)(ya)的(de)目的(de)，其原理框圖如圖1所示(shi)。特點(dian)是(shi)VIN必須大于VOUT，調整管(guan)工作在線性區（線性穩(wen)壓(ya)(ya)器從此(ci)得名(ming)）。輸(shu)(shu)入電(dian)壓(ya)(ya)的(de)變(bian)動(dong)或負載(zai)電(dian)流的(de)變(bian)化(hua)引起輸(shu)(shu)出電(dian)壓(ya)(ya)變(bian)動(dong)時，通過反饋及控制(zhi)電(dian)路，改變(bian)VDO的(de)大小(xiao)，使輸(shu)(shu)出電(dian)壓(ya)(ya)VOUT基本不(bu)變(bian)。

普通線性穩壓器(qi)和LD0的(de)工作原理是一致的(de)，不(bu)同的(de)是，二者采用(yong)的(de)調(diao)整(zheng)管結(jie)構不(bu)同，從(cong)而(er)使LD0比(bi)普通線性穩壓器(qi)壓差更小，功(gong)耗(hao)更低。

有(you)些液晶(jing)顯示器(qi)中使用(yong)的線(xian)性穩(wen)壓(ya)器(qi)i設有(you)輸出(chu)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)端，也就是說，這種穩(wen)壓(ya)器(qi)輸出(chu)電壓(ya)受(shou)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)端的控(kong)(kong)(kong)制(zhi)。圖(tu)2所示是可控(kong)(kong)(kong)穩(wen)壓(ya)器(qi)的內部(bu)框(kuang)圖(tu)。

EN（有時(shi)也用(yong)符號SHDN表示）為輸出(chu)控制端(duan)，一般由微處(chu)理器加低電平（或高(gao)電平）使LDO關(guan)閉(bi)(bi)（或工作），在關(guan)閉(bi)(bi)電源狀態時(shi)，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(cheng)本低(di)、封(feng)(feng)裝(zhuang)小(xiao)(xiao)、外(wai)圍器(qi)件少和噪(zao)聲小(xiao)(xiao)的(de)特點(dian)。線(xian)性穩壓(ya)器(qi)的(de)封(feng)(feng)裝(zhuang)類型很多(duo)，非常適合在液晶顯示器(qi)中使(shi)用。對于固定電(dian)(dian)壓(ya)輸(shu)出的(de)場(chang)合，外(wai)圍只需2～3個很小(xiao)(xiao)的(de)電(dian)(dian)容即可構(gou)成(cheng)整(zheng)個電(dian)(dian)路。

超低的(de)輸出電(dian)(dian)壓(ya)(ya)噪聲是線性穩壓(ya)(ya)器最(zui)大的(de)優勢。輸出電(dian)(dian)壓(ya)(ya)的(de)紋(wen)波不到35μV（RMS），又有極高的(de)信(xin)噪抑制比，非常適合(he)用(yong)做對噪聲敏(min)感(gan)的(de)小信(xin)號處理電(dian)(dian)路供電(dian)(dian)。同時(shi)，由于沒(mei)有開關時(shi)大的(de)電(dian)(dian)流變化所(suo)引發的(de)電(dian)(dian)磁干(gan)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)線性穩(wen)壓器都有各(ge)自(zi)的(de)優缺點，最終得(de)由設(she)計師(shi)根據壓差(cha)、接地電流和(he)穩(wen)定(ding)性補償方法等要求，確定(ding)某種(zhong)類型穩(wen)壓器是否適合設(she)備使用。

電壓差和(he)接(jie)地電流值主(zhu)要由線性穩壓器的(de)(de)旁(pang)路(lu)元件(jian)(pass element)確(que)定，電壓差和(he)接(jie)地電流值定了后(hou)就可確(que)定穩壓器適用的(de)(de)設備類型。目前(qian)使用的(de)(de)五大主(zhu)流線性穩壓器每個(ge)都具有不同(tong)的(de)(de)旁(pang)路(lu)元件(jian)(pass element)和(he)獨特性能(neng)，分別適合不同(tong)的(de)(de)設備使用。

標準NPN穩壓(ya)器(qi)的(de)(de)優點是具有(you)約等于PNP晶(jing)體管基極電流的(de)(de)穩定(ding)接(jie)地電流，即(ji)使沒有(you)輸出(chu)電容也(ye)相當穩定(ding)。這種穩壓(ya)器(qi)比(bi)較(jiao)適(shi)合電壓(ya)差較(jiao)高的(de)(de)設備使用，但(dan)較(jiao)高的(de)(de)壓(ya)差使得這種穩壓(ya)器(qi)不適(shi)合許多嵌入(ru)式設備使用。

對于嵌入式應用(yong)而言，NPN旁路(lu)晶體管(guan)(guan)穩壓(ya)(ya)(ya)器(qi)是一種不(bu)錯的(de)(de)選(xuan)擇，因為它(ta)(ta)的(de)(de)壓(ya)(ya)(ya)差(cha)小，而且非常容易(yi)使(shi)(shi)用(yong)。不(bu)過這種穩壓(ya)(ya)(ya)器(qi)仍不(bu)適(shi)合具有很低(di)壓(ya)(ya)(ya)差(cha)要求(qiu)的(de)(de)電池供(gong)電設備使(shi)(shi)用(yong)，因為它(ta)(ta)的(de)(de)壓(ya)(ya)(ya)差(cha)不(bu)夠低(di)。它(ta)(ta)的(de)(de)高增(zeng)益NPN旁路(lu)管(guan)(guan)可使(shi)(shi)接地電流穩定(ding)在幾(ji)個毫(hao)安，而且它(ta)(ta)的(de)(de)公共發(fa)射極結構具有很低(di)的(de)(de)輸出阻抗。

PNP旁路晶(jing)(jing)體管是一種低(di)(di)壓差穩壓器(qi)，其中的旁路元(yuan)件(jian)就是PNP晶(jing)(jing)體管。它(ta)的輸(shu)入(ru)輸(shu)出(chu)壓差一般在(zai)0.3到0.7V之間。因(yin)為壓差低(di)(di)，因(yin)此(ci)這種PNP旁路晶(jing)(jing)體管穩壓器(qi)非常適合電(dian)(dian)池供電(dian)(dian)的嵌入(ru)式設備使(shi)用(yong)。不(bu)過它(ta)的大接(jie)地電(dian)(dian)流(liu)(liu)會(hui)縮短電(dian)(dian)池的壽命。另外，PNP晶(jing)(jing)體管增(zeng)益較(jiao)低(di)(di)，會(hui)形成(cheng)數(shu)毫安(an)的不(bu)穩定接(jie)地電(dian)(dian)流(liu)(liu)。由于采(cai)用(yong)公共發射(she)極結構，因(yin)此(ci)它(ta)的輸(shu)出(chu)阻抗比(bi)較(jiao)高，這意味(wei)著需要外接(jie)特定范(fan)圍容量和(he)等效串(chuan)聯電(dian)(dian)阻(ESR)的電(dian)(dian)容才能夠穩定工作。

由于(yu)P溝(gou)(gou)(gou)道(dao)FET穩(wen)(wen)壓器(qi)具有較(jiao)低(di)(di)的(de)壓差(cha)和接(jie)地電(dian)(dian)(dian)流，因(yin)此目前被廣(guang)泛用于(yu)許多電(dian)(dian)(dian)池供電(dian)(dian)(dian)的(de)設備。該類型穩(wen)(wen)壓器(qi)將(jiang)(jiang)P溝(gou)(gou)(gou)道(dao)FET用作它(ta)的(de)旁路元件。這(zhe)種穩(wen)(wen)壓器(qi)的(de)電(dian)(dian)(dian)壓差(cha)可以很(hen)(hen)低(di)(di)，因(yin)為很(hen)(hen)容易(yi)通過調(diao)整(zheng)FET尺(chi)寸將(jiang)(jiang)漏-源阻抗調(diao)整(zheng)到較(jiao)低(di)(di)值(zhi)。另一個(ge)有用的(de)特(te)性(xing)是低(di)(di)的(de)接(jie)地電(dian)(dian)(dian)流，因(yin)為P溝(gou)(gou)(gou)道(dao)FET的(de)“柵極電(dian)(dian)(dian)流”很(hen)(hen)低(di)(di)。然(ran)而，由于(yu)P溝(gou)(gou)(gou)道(dao)FET具有相對大的(de)柵極電(dian)(dian)(dian)容，因(yin)此它(ta)需(xu)要外接(jie)具有特(te)定范(fan)圍(wei)容量與ESR的(de)電(dian)(dian)(dian)容才能穩(wen)(wen)定工作。

N溝(gou)(gou)道(dao)FET穩(wen)壓(ya)(ya)器非常適合(he)那些要求(qiu)低壓(ya)(ya)差、低接地電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)和高負載電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)的(de)設備(bei)使用。用于旁路管采用的(de)是N溝(gou)(gou)道(dao)FET，因(yin)此這種穩(wen)壓(ya)(ya)器的(de)壓(ya)(ya)差和接地電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)都(dou)很(hen)低。雖然它(ta)也需要外接電(dian)(dian)(dian)容(rong)才能穩(wen)定工作，但電(dian)(dian)(dian)容(rong)值不用很(hen)大，ESR也不重(zhong)要。N溝(gou)(gou)道(dao)FET穩(wen)壓(ya)(ya)器需要充(chong)電(dian)(dian)(dian)泵來建立(li)柵極偏(pian)置電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)，因(yin)此電(dian)(dian)(dian)路相對(dui)復雜(za)一些。幸運的(de)是，相同負載電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)下N溝(gou)(gou)道(dao)FET尺(chi)寸最(zui)多(duo)時可比P溝(gou)(gou)道(dao)FET小50%。