一次搞懂线性稳压器/LDO的工作原理

timbok

这个元器件能把电压放大100万倍，它就是运算放大器。计算方法很简单，同相输入端电压，减去反向输入端电压，再乘以100万倍，就等于输出电压。假设同相输入是0.5V，反相输入是0.3V，再乘以100万，得出200,000V。

当然实际应用中不可能这么猛。运放还要接上电源，假设接上10V的电源，那么此时输出的电压，最高只能达到10V。

现在将正输入端电压值固定，然后负输入端抬高，同样遵循正输入减负输入，得出的是负数，那么此时输出的电压就变成接地0V。

大家发现没有，由于放大倍数过于大，假设差异只有0.0001V，只要Vp大于Vn，输出就等于(正)电源电压，反过来Vp小于Vn，输出就等于接地/负电源电压。也就是此时输出只有两种状态，要么最高，要么最低。

现在将输出和负输入端相连，也就是输出端和Vn相等。此时当Vn大于Vp，输出端会往下降。一旦降到Vn反而小于Vp，输出端又会往上提，所以最终会使得输出端无限接近等于Vp，也就是这三个的电压值会相等。

接下来可以利用这个特性，制作一个线性稳压电路，我们先看左右两边。左边电源提供15V，然后在右边这个位置给负载输入5V的电压，但是电源和负载会有波动，导致这个点的输入会变化。我们要做的，是将它锁定在5V，如果比5V高了它能自动降下来，如果比5V低了，又能自动提高。我们来看看，这个电路是怎么实现的。

先看这个位置，通过电阻和稳压二极管分压，这里会固定一个电压值作为运放的同相输入电压。

再来看另一侧，在5V的基础上，通过两个电阻分压得到中间这个点的电压，将它直接连接反相输入端。这里设定这两个点的电压相同，也就是Vp=Vn。

当上边等于5V时，也就是这个点Vn等于Vp，输出Vo控制三极管导通，5V保持不变。

当上边大于5V时，意味着这个点电压跟着升高，也就是就Vn大于Vp，所以运放控制Vo下降，使得三极管基极导通电流减小，从而控制上边这条路线电流减小，那么这个点电压就会下降。同理如果这个点低于5V，就会使这个点电压下降，也就是Vn小于Vp，那么Vo输出增大，基极导通电流增大，控制上边通过电流增大，从而使这个点电压回升。

根据三极管的伏安特性曲线，控制这条路CE之间的电流变化，从最大值到最小值，都要确保是在放大区之内。

这个电路还有个缺点，输入15V，稳压输出5V，也就是另外10V压在三极管上，会导致三极管发热严重。如果改为稳压输出为12V，那么三极管分压只有3V，发热就会好很多，所以这个电路输入和输出的差距太大的话，能耗会比较严重。

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