探究和了解線性穩(wěn)壓器

線性穩(wěn)壓器的成功應用取決于對優(yōu)化該系列器件性能的一些專用電路設 計的考慮和對規(guī)范的了解、掌握。

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

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——運算放大器)中所建立起來的非反相運算放大器 (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(負載)改變時其保持規(guī)定輸出電壓的表現(xiàn)來衡量穩(wěn)壓器的動態(tài)性能，即對靜態(tài) 變化和瞬態(tài)變化的響應。我們通常是在最大負載電流下規(guī)定線性調(diào)整率 (line regulation)，而負載調(diào)整率的規(guī)定則可能是在一個或多 個線性電壓條件下完成的。

當輸入未得到調(diào)節(jié)時，可能會存在一定疊加于 DC 之上的電源線頻率 AC，即輸入紋波，應從輸出中將其去除。另一個動態(tài)性能變 量是輸出噪聲。通過增加穩(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，但是會延長瞬態(tài)恢復時間。

線性穩(wěn)壓器的運行依賴于一個內(nèi)部增益級。為了防止該增益級出現(xiàn)振蕩，通常會需要一個最小輸出濾波器電容(請參見圖 1 中的 C2)。一個輸入濾波器電容(請參見圖 1 中的 C1)將有助于穩(wěn)壓器服務于瞬態(tài)負載，尤其是在穩(wěn)壓器遠離電源時更需要這樣一個輸入 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)壓器都會鎖閉在某種未知狀態(tài)中。這種故障狀態(tài)可能會引起穩(wěn)壓器自毀。為了避免出現(xiàn)這種故障模式， 可能會需要一個反向二極管鉗位(請參見圖 3)。

圖 3 反向電壓鉗位

由于缺少一種將未用能量輸入存儲到穩(wěn)壓器的機制，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算得到：

計算過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。

在要求負載電流大于穩(wěn)壓器承受能力的情況下，可以添加一個外部晶體管，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(負載)

該電路可能有助于將穩(wěn)壓器芯片的熱量通過散熱片轉(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的輸出電壓 漂移。