通過使用通用運算放大器 (op-amp) 和一些其他外部組件，可以設計出能夠提供出色性能并特別適合為低功率負載供電的線性穩壓器。

“ ”This is another article of series about the design of power supply. We will analyze several hardware and simulation aspects. Here is the previous article. Enjoy!

大多數情況下，線性穩壓器使用閉環控制來保持輸出電壓恒定。今天，市場上有幾種線性穩壓器可供選擇：有些具有固定的輸出電壓，有些具有可通過分壓器調節的輸出電壓。還有負輸出電壓的穩壓器。最后，即使輸入值非常接近輸出值，低壓差輸出(LDO) 穩壓器也能調節電壓。

示意圖

圖 1所示電路不僅執行穩壓器的功能，而且可以產生誤差小于 1% 的穩定輸出電壓。該電路由未調節的直流電壓供電，并使用放置在反饋回路中的射極跟隨器配置的晶體管 (Q 1 )。該晶體管具有供給有電流大于僅具有運算放大器可獲得的最大負荷的任務，而齊納二極管(在的例子中圖1，V ? = 12V)提供輸入參考電壓V REF的運算放大器 電阻器 R 1大小可以極化齊納二極管，使其保持在反向傳導區域。運算放大器用作電壓比較器：在同相輸入端是參考電壓VREF(之所以這么稱呼是因為它在輸入電壓變化時保持穩定)，而在反相輸入端是將在反相輸入端產生的電壓輸出。

圖 1：帶運算放大器的線性穩壓器

運算放大器輸出電壓 V OP-AMP可以計算如下：

V OP-AMP = A × (V NON-INV – V INV )

其中V NON-INV和V INV分別是同相和反相輸入端的電壓，而A是運算放大器開環增益。理論上，A具有無限值，但實際上，最常見的運算放大器的值在 100,000 到 1,000,000 之間。

如何改變輸出電壓

在圖 1的電路中，輸出電壓等于施加到運算放大器同相輸入端的參考電壓。可以通過兩種不同的方式獲得不同的輸出電壓值，但取決于齊納 V Z電壓。第一個涉及將可變分壓器與齊納二極管并聯，將其中央插座連接到運算放大器的同相輸入端。第二種方法是指圖 2中所示的同相運算放大器方案，與圖 1中的電路使用的配置相同。由電阻器 R 1和 R 2 構成的分壓器是這樣的：

V OUT = V IN × ((R 1 + R 2 )/R 1 )

圖 2 基于運算放大器的穩壓器

一個例子如圖 3所示：在這種情況下，齊納二極管提供的參考電壓等于 5V，而輸入電壓等于 15V。利用圖 3所示的值，我們得到：

V OUT = 5 × ((10K + 10K)/ 10K)V = 10V

圖 3：線性降壓穩壓器

線性穩壓器：優缺點

線性穩壓器的主要優點是成本低且易于使用。市場上可用的線性穩壓器是高度集成的器件，引腳數量減少：這使設計人員能夠使用很少的外部組件輕松創建電源。此外，它們對負載電壓的變化提供快速響應，產生幾乎完全無紋波的輸出電壓。與開關穩壓器不同，線性穩壓器不受高頻開關產生的噪聲的影響。線性穩壓器的主要缺點是效率低下，這主要是由于晶體管 Q 1 的功耗過大，其工作在線性區域。因為效率由 V OUT /V IN 給出因此，圖 3中的電路的效率等于 10 V/15 V = 66.6%，因此，33.4% 的能量以熱量的形式耗散。因此有必要提供適當的冷卻系統，例如 PCB 上的散熱器或散熱層，由銅或其他金屬制成。

審核編輯：湯梓紅