探究和了解線性穩(wěn)壓器

線性穩(wěn)壓器的成功應(yīng)用取決于對(duì)優(yōu)化該系列器件性能的一些專用電路設(shè) 計(jì)的考慮和對(duì)規(guī)范的了解、掌握。

第一個(gè)需要考慮的因素便是確定預(yù)期輸出電壓。最為簡(jiǎn)單的線性穩(wěn)壓器擁有一個(gè)固定的輸出電壓范圍，其由和圖 1 所示 R1/R2 網(wǎng)絡(luò)相類似的內(nèi)部連接確定。可調(diào)穩(wěn)壓器可能會(huì)有四個(gè)引腳：Vin、Vout、接地引腳和調(diào)節(jié)引腳。調(diào)節(jié)引腳是用來(lái)調(diào)節(jié)電壓設(shè)置電阻。

圖 1 基本的線性穩(wěn)壓器

三端可調(diào)穩(wěn)壓器的輸出電壓如圖 2 所示

圖 2 三端可調(diào)穩(wěn)壓器

并由下列關(guān)系式設(shè)定：

1.25 V 為電壓參考值。分子和分母均除以 R1 可以得出：

這就是本系列第一篇文章(第 1 部分 最基本的構(gòu)建塊——運(yùn)算放大器)中所建立起來(lái)的非反相運(yùn)算放大器 (op amp) 傳輸 函數(shù)。

我們通常用輸入電源電壓(線性)或輸出電流需求(負(fù)載)改變時(shí)其保持規(guī)定輸出電壓的表現(xiàn)來(lái)衡量穩(wěn)壓器的動(dòng)態(tài)性能，即對(duì)靜態(tài) 變化和瞬態(tài)變化的響應(yīng)。我們通常是在最大負(fù)載電流下規(guī)定線性調(diào)整率 (line regulation)，而負(fù)載調(diào)整率的規(guī)定則可能是在一個(gè)或多 個(gè)線性電壓條件下完成的。

當(dāng)輸入未得到調(diào)節(jié)時(shí)，可能會(huì)存在一定疊加于 DC 之上的電源線頻率 AC，即輸入紋波，應(yīng)從輸出中將其去除。另一個(gè)動(dòng)態(tài)性能變 量是輸出噪聲。通過(guò)增加穩(wěn)壓器輸出端的濾波器電容一般可以降低輸入紋波和輸出噪聲，但是會(huì)延長(zhǎng)瞬態(tài)恢復(fù)時(shí)間。

線性穩(wěn)壓器的運(yùn)行依賴于一個(gè)內(nèi)部增益級(jí)。為了防止該增益級(jí)出現(xiàn)振蕩，通常會(huì)需要一個(gè)最小輸出濾波器電容(請(qǐng)參見圖 1 中的 C2)。一個(gè)輸入濾波器電容(請(qǐng)參見圖 1 中的 C1)將有助于穩(wěn)壓器服務(wù)于瞬態(tài)負(fù)載，尤其是在穩(wěn)壓器遠(yuǎn)離電源時(shí)更需要這樣一個(gè)輸入 濾波器電容。

許多穩(wěn)壓器都不容許存在反向電壓。如果輸出電容被充電至輸出電壓，同時(shí)輸入短路至接地，那么穩(wěn)壓器將出現(xiàn)反向電壓，并且 在所有電路獲得放電以前穩(wěn)壓器都會(huì)鎖閉在某種未知狀態(tài)中。這種故障狀態(tài)可能會(huì)引起穩(wěn)壓器自毀。為了避免出現(xiàn)這種故障模式， 可能會(huì)需要一個(gè)反向二極管鉗位(請(qǐng)參見圖 3)。

圖 3 反向電壓鉗位

由于缺少一種將未用能量輸入存儲(chǔ)到穩(wěn)壓器的機(jī)制，因此必須將其以散熱的形式耗散掉。該功率可以由下列公式計(jì)算得到：

計(jì)算過(guò)程中輸入電流的使用，使得穩(wěn)壓器靜態(tài)或接地電流均得到考慮。

在要求負(fù)載電流大于穩(wěn)壓器承受能力的情況下，可以添加一個(gè)外部晶體管，如圖 4 所示。這種做法僅適用于可調(diào)輸出穩(wěn)壓器。

圖 4 利用外部晶體管增大 I(負(fù)載)

該電路可能有助于將穩(wěn)壓器芯片的熱量通過(guò)散熱片轉(zhuǎn)移至晶體管。降低穩(wěn)壓器的功耗，可以降低由于溫度變化帶來(lái)的輸出電壓 漂移。