解析线性稳压器基本知识

线性稳压器的基本概念

线性稳压器(Linear Regulator)使用在其线性区域内运行的晶体管或 FET,从应用的输入电压中减去超额的电压，产生经过调节的输出电压。其产品均采用小型封装，具有出色的性能，并且提供热过载保护、安全限流等增值特性，关断模式还能大幅降低功耗。

线性稳压器的工作原理

我们从一个简单的例子开始。在嵌入式系统中，可从前端电源提供一个12V总线电压轨。在系统板上，需要一个3.3V电压为一个运算放大器(运放)供电。产生3.3V电压最简单的方法是使用一个从12V总线引出的电阻分压器，如图1所示。这种做法效果好吗?回答常常是“否”.在不同的工作条件下，运放的VCC引脚电流可能会发生变化。假如采用一个固定的电阻分压器，则IC VCC电压将随负载而改变。此外，12V总线输入还有可能未得到良好的调节。在同一个系统中，也许有很多其他的负载共享12V电压轨。由于总线阻抗的原因，12V总线电压会随着总线负载情况的变化而改变。因此，电阻分压器不能为运放提供一个用于确保其正确操作的3.3V稳定电压。于是，需要一个专用的电压调节环路。如图2所示，反馈环路必需调整顶端电阻器R1的阻值以动态地调节VCC上的3.3V.

图1 电阻分压器采用12V总线输入产生3.3VDC

图2 反馈环路调整串联电阻器R1的阻值以调节3.3V

此类可变电阻器可利用一个线性稳压器来实现，如图3所示。线性稳压器使一个双极性或场效应功率晶体管(FET)在其线性模式中运作。这样，晶体管起的作用就是一个与输出负载相串联的可变电阻器。从概念上说，如需构建反馈环路，可由一个误差放大器利用一个采样电阻器网络(RA和RB)来检测DC输出电压，然后将反馈电压VFB与一个基准电压VREF进行比较。误差放大器输出电压通过一个电流放大器驱动串联功率晶体管的基极。当输入VBUS电压下降或负载电流增大时，VCC输出电压下降。反馈电压VFB也将下降。因此，反馈误差放大器和电流放大器产生更多的电流并输入晶体管Q1的基极。这将减小电压降VCE,因而使VCC输出电压恢复，这样一来VFB=VREF.另一方面，如果VCC输出电压上升，则负反馈电路采取相似的方式增加VCE以确保3.3V输出的准确调节。总之，VO的任何变化都被线性稳压器晶体管的VCE电压所消减。所以，输出电压VCC始终恒定并处于良好调节状态。

图3 线性稳压器可实现一个可变电阻器以调节输出电压

线性稳压器的特点

所谓的抗短路能力要求，是指在相关材料的短路条件下，稳压器不损坏。稳压器的抗短路能力包括承受短路的耐热能力和承受短路的动稳定能力两个方面。

压差和接地电流值定了后就可确定稳压器适用的设备类型。五大主流线性稳压器每个都具有不同的旁路元件(passelement和独特性能，电压差和接地电流值主要由线性稳压器的旁路元件(passelement确定。分别适合不同的设备使用。

即使没有输出电容也相当稳定，它比较适合电压差较高的设备使用，规范NPN稳压器的优点是具有约等于PNP晶体管基极电流的稳定接地电流。但较高的压差使得这种稳压器不适合许多嵌入式 设备使用。

NPN旁路晶体管稳压器是一种不错的选择，对于嵌入式应用而言，因为它压差小，容易使用。不过这种稳压器仍不适合具有很低压差要求的电池供电设备使用，因为它压差不够低。高增益NPN旁路管可使接地电流稳定在几个毫安，而且它公共发射极结构具有很低的输出阻抗。

其中的旁路元件就是PNP晶体管。输入输出压差一般在0.30.7V之间。因为压差低，PNP旁路晶体管是一种低压差稳压器。因此这种PNP旁路晶体管稳压器非常适合电池供电的嵌入式设备使用。不过它大接地电流会缩短电池的寿另外，PNP晶体管增益较低，会形成数毫安的不稳定接地电流。因为采用公共发射极结构，因此它输出阻抗比较高，这意味着需要外接特定范围容量和等效串联电阻(ESR电容才干够稳定工作。

线性稳压器的优劣势分析

线性稳压器使用在其线性区域内运行的晶体管或FET,从应用的输入电压中减去超额的电压，产生经过调节的输出电压。其产品均采用小型封装，具有出色的性能，并且提供热过载保护、安全限流等增值特性，关断模式还能大幅降低功耗。

长期以来，线性稳压器一直得到业界的广泛采用。在开关模式电源于上世纪60年代后成为主流之前，线性稳压器曾经是电源行业的基础。即使在今天，线性稳压器仍然在众多的应用中广为使用。

1.线性稳压器的优势分析

除了简单易用之外，线性稳压器还拥有其他的性能优势。电源管理供应商开发了许多集成型线性稳压器。典型的集成线性稳压器只需要VIN、VOUT、FB和任选的GND引脚。图4示出了一款典型的3引脚线性稳压器LT1083,它是凌力尔特公司在20多年前开发的。该器件仅需一个输入电容器、输出电容器和两个反馈电阻器以设定输出电压。几乎所有的电气工程师都可以运用这些简单的线性稳压器来设计电源。