一次搞懂線性穩(wěn)壓器/LDO的工作原理

這個(gè)元器件能把電壓放大100萬倍，它就是運(yùn)算放大器。計(jì)算方法很簡(jiǎn)單，同相輸入端電壓，減去反向輸入端電壓，再乘以100萬倍，就等于輸出電壓。假設(shè)同相輸入是0.5V，反相輸入是0.3V，再乘以100萬，得出200,000V。

當(dāng)然實(shí)際應(yīng)用中不可能這么猛。運(yùn)放還要接上電源，假設(shè)接上10V的電源，那么此時(shí)輸出的電壓，最高只能達(dá)到10V。

現(xiàn)在將正輸入端電壓值固定，然后負(fù)輸入端抬高，同樣遵循正輸入減負(fù)輸入，得出的是負(fù)數(shù)，那么此時(shí)輸出的電壓就變成接地0V。

大家發(fā)現(xiàn)沒有，由于放大倍數(shù)過于大，假設(shè)差異只有0.0001V，只要Vp大于Vn，輸出就等于（正）電源電壓，反過來Vp小于Vn，輸出就等于接地/負(fù)電源電壓。也就是此時(shí)輸出只有兩種狀態(tài)，要么最高，要么最低。

現(xiàn)在將輸出和負(fù)輸入端相連，也就是輸出端和Vn相等。此時(shí)當(dāng)Vn大于Vp，輸出端會(huì)往下降。一旦降到Vn反而小于Vp，輸出端又會(huì)往上提，所以最終會(huì)使得輸出端無限接近等于Vp，也就是這三個(gè)的電壓值會(huì)相等。

接下來可以利用這個(gè)特性，制作一個(gè)線性穩(wěn)壓電路，我們先看左右兩邊。左邊電源提供15V，然后在右邊這個(gè)位置給負(fù)載輸入5V的電壓，但是電源和負(fù)載會(huì)有波動(dòng)，導(dǎo)致這個(gè)點(diǎn)的輸入會(huì)變化。我們要做的，是將它鎖定在5V，如果比5V高了它能自動(dòng)降下來，如果比5V低了，又能自動(dòng)提高。我們來看看，這個(gè)電路是怎么實(shí)現(xiàn)的。

先看這個(gè)位置，通過電阻和穩(wěn)壓二極管分壓，這里會(huì)固定一個(gè)電壓值作為運(yùn)放的同相輸入電壓。

再來看另一側(cè)，在5V的基礎(chǔ)上，通過兩個(gè)電阻分壓得到中間這個(gè)點(diǎn)的電壓，將它直接連接反相輸入端。這里設(shè)定這兩個(gè)點(diǎn)的電壓相同，也就是Vp=Vn。

當(dāng)上邊等于5V時(shí)，也就是這個(gè)點(diǎn)Vn等于Vp，輸出Vo控制三極管導(dǎo)通，5V保持不變。

當(dāng)上邊大于5V時(shí)，意味著這個(gè)點(diǎn)電壓跟著升高，也就是就Vn大于Vp，所以運(yùn)放控制Vo下降，使得三極管基極導(dǎo)通電流減小，從而控制上邊這條路線電流減小，那么這個(gè)點(diǎn)電壓就會(huì)下降。同理如果這個(gè)點(diǎn)低于5V，就會(huì)使這個(gè)點(diǎn)電壓下降，也就是Vn小于Vp，那么Vo輸出增大，基極導(dǎo)通電流增大，控制上邊通過電流增大，從而使這個(gè)點(diǎn)電壓回升。

根據(jù)三極管的伏安特性曲線，控制這條路CE之間的電流變化，從最大值到最小值，都要確保是在放大區(qū)之內(nèi)。

這個(gè)電路還有個(gè)缺點(diǎn)，輸入15V，穩(wěn)壓輸出5V，也就是另外10V壓在三極管上，會(huì)導(dǎo)致三極管發(fā)熱嚴(yán)重。如果改為穩(wěn)壓輸出為12V，那么三極管分壓只有3V，發(fā)熱就會(huì)好很多，所以這個(gè)電路輸入和輸出的差距太大的話，能耗會(huì)比較嚴(yán)重。