線(xiàn)性穩壓器的基本知識解析

　　長(cháng)期以來(lái)，線(xiàn)性穩壓器一直得到業(yè)界的廣泛采用。在開(kāi)關(guān)模式電源于上世紀60年代后成為主流之前，線(xiàn)性穩壓器曾經(jīng)是電源行業(yè)的基礎。即使在今天，線(xiàn)性穩壓器仍然在眾多的應用中廣為使用。下面我們來(lái)就針對線(xiàn)性穩壓器的基本知識作一一相關(guān)介紹。

　　一、線(xiàn)性穩壓器的基本概念

　　線(xiàn)性穩壓器(LinearRegulator)使用在其線(xiàn)性區域內運行的晶體管或FET,從應用的輸入電壓中減去超額的電壓，產(chǎn)生經(jīng)過(guò)調節的輸出電壓。其產(chǎn)品均采用小型封裝，具有出色的性能，并且提供熱過(guò)載保護、安全限流等增值特性，關(guān)斷模式還能大幅降低功耗。

　　二、線(xiàn)性穩壓器的工作原理

　　我們從一個(gè)簡(jiǎn)單的例子開(kāi)始。在嵌入式系統中，可從前端電源提供一個(gè)12V總線(xiàn)電壓軌。在系統板上，需要一個(gè)3.3V電壓為一個(gè)運算放大器(運放)供電。產(chǎn)生3.3V電壓最簡(jiǎn)單的方法是使用一個(gè)從12V總線(xiàn)引出的電阻分壓器，如圖1所示。這種做法效果好嗎?回答常常是“否”.在不同的工作條件下，運放的VCC引腳電流可能會(huì )發(fā)生變化。假如采用一個(gè)固定的電阻分壓器，則ICVCC電壓將隨負載而改變。此外，12V總線(xiàn)輸入還有可能未得到良好的調節。在同一個(gè)系統中，也許有很多其他的負載共享12V電壓軌。由于總線(xiàn)阻抗的原因，12V總線(xiàn)電壓會(huì )隨著(zhù)總線(xiàn)負載情況的變化而改變。因此，電阻分壓器不能為運放提供一個(gè)用于確保其正確操作的3.3V穩定電壓。于是，需要一個(gè)專(zhuān)用的電壓調節環(huán)路。如圖2所示，反饋環(huán)路必需調整頂端電阻器R1的阻值以動(dòng)態(tài)地調節VCC上的3.3V。

　　圖1電阻分壓器采用12V總線(xiàn)輸入產(chǎn)生3.3VDC

　　圖2反饋環(huán)路調整串聯(lián)電阻器R1的阻值以調節3.3V　　此類(lèi)可變電阻器可利用一個(gè)線(xiàn)性穩壓器來(lái)實(shí)現，如圖3所示。線(xiàn)性穩壓器使一個(gè)雙極性或場(chǎng)效應功率晶體管(FET)在其線(xiàn)性模式中運作。這樣，晶體管起的作用就是一個(gè)與輸出負載相串聯(lián)的可變電阻器。從概念上說(shuō)，如需構建反饋環(huán)路，可由一個(gè)誤差放大器利用一個(gè)采樣電阻器網(wǎng)絡(luò )(RA和RB)來(lái)檢測DC輸出電壓，然后將反饋電壓VFB與一個(gè)基準電壓VREF進(jìn)行比較。誤差放大器輸出電壓通過(guò)一個(gè)電流放大器驅動(dòng)串聯(lián)功率晶體管的基極。當輸入VBUS電壓下降或負載電流增大時(shí)，VCC輸出電壓下降。反饋電壓VFB也將下降。因此，反饋誤差放大器和電流放大器產(chǎn)生更多的電流并輸入晶體管Q1的基極。這將減小電壓降VCE,因而使VCC輸出電壓恢復，這樣一來(lái)VFB=VREF.另一方面，如果VCC輸出電壓上升，則負反饋電路采取相似的方式增加VCE以確保3.3V輸出的準確調節?？傊?，VO的任何變化都被線(xiàn)性穩壓器晶體管的VCE電壓所消減。所以，輸出電壓VCC始終恒定并處于良好調節狀態(tài)。

　　圖3線(xiàn)性穩壓器可實(shí)現一個(gè)可變電阻器以調節輸出電壓

　　三、線(xiàn)性穩壓器的特點(diǎn)

　　所謂的抗短路能力要求，是指在相關(guān)材料的短路條件下，穩壓器不損壞。穩壓器的抗短路能力包括承受短路的耐熱能力和承受短路的動(dòng)穩定能力兩個(gè)方面。

　　壓差和接地電流值定了后就可確定穩壓器適用的設備類(lèi)型。五大主流線(xiàn)性穩壓器每個(gè)都具有不同的旁路元件(passelement和獨特性能，電壓差和接地電流值主要由線(xiàn)性穩壓器的旁路元件(passelement確定。分別適合不同的設備使用。

　　即使沒(méi)有輸出電容也相當穩定，它比較適合電壓差較高的設備使用，規范NPN穩壓器的優(yōu)點(diǎn)是具有約等于PNP晶體管基極電流的穩定接地電流。但較高的壓差使得這種穩壓器不適合許多嵌入式設備使用。

　　NPN旁路晶體管穩壓器是一種不錯的選擇，對于嵌入式應用而言，因為它壓差小，容易使用。不過(guò)這種穩壓器仍不適合具有很低壓差要求的電池供電設備使用，因為它壓差不夠低。高增益NPN旁路管可使接地電流穩定在幾個(gè)毫安，而且它公共發(fā)射極結構具有很低的輸出阻抗。

　　其中的旁路元件就是PNP晶體管。輸入輸出壓差一般在0.30.7V之間。因為壓差低，PNP旁路晶體管是一種低壓差穩壓器。因此這種PNP旁路晶體管穩壓器非常適合電池供電的嵌入式設備使用。不過(guò)它大接地電流會(huì )縮短電池的壽另外，PNP晶體管增益較低，會(huì )形成數毫安的不穩定接地電流。因為采用公共發(fā)射極結構，因此它輸出阻抗比較高，這意味著(zhù)需要外接特定范圍容量和等效串聯(lián)電阻(ESR電容才干夠穩定工作。　　四、線(xiàn)性穩壓器的優(yōu)劣勢分析

　　線(xiàn)性穩壓器使用在其線(xiàn)性區域內運行的晶體管或FET,從應用的輸入電壓中減去超額的電壓，產(chǎn)生經(jīng)過(guò)調節的輸出電壓。其產(chǎn)品均采用小型封裝，具有出色的性能，并且提供熱過(guò)載保護、安全限流等增值特性，關(guān)斷模式還能大幅降低功耗。

　　長(cháng)期以來(lái)，線(xiàn)性穩壓器一直得到業(yè)界的廣泛采用。在開(kāi)關(guān)模式電源于上世紀60年代后成為主流之前，線(xiàn)性穩壓器曾經(jīng)是電源行業(yè)的基礎。即使在今天，線(xiàn)性穩壓器仍然在眾多的應用中廣為使用。