根據調整管的工作狀態，我們常把穩壓電源分成兩類：xianxingwenyadianyuanhekaiguanwenyadianyuan。ciwai
，haiyouyizhongshiyongwenyaguandexiaodianyuan。zhelishuodexianxingwenyadianyuan，shizhitiaozhengguangongzuozaixianxingzhuangtaixiadezhiliuwenyadianyuan。erzaikaiguandianyuanzhongzebuyiyang
，kaiguanguanshigongzuozaikai、關兩種狀態下的。

 

簡單介紹下分類：

NPN穩壓管：內部用一個PNP管控製達林頓調整管。

LDO穩壓管：調整管是一個PNP管。

Squasi-LDO：調整管是由一個PNP管控製一個NPN管。

　　　

LDO（low drop output）低壓差線性穩壓

LDO的工作原理是通過反饋調整MOSFET的Vsd壓降以使輸出電壓不變。輸出電壓紋波小，電流也較小，用於RF模mo塊kuai或huo音yin頻pin模mo塊kuai等deng對dui電dian壓ya要yao求qiu高gao的de電dian路lu。特te點dian是shi成cheng本ben低di噪zao音yin小xiao。缺que點dian是shi效xiao率lv低di，輸shu出chu電dian流liu小xiao，隻zhi能neng用yong在zai降jiang壓ya的de場chang合he。必bi須xu要yao注zhu意yi，為wei了le達da到dao穩wen定ding的de回hui路lu就jiu必bi須xu使shi用yong負fu反fan饋kui。

 

下麵是LDO S-1167 Series的基本原理圖。

　　　

 

該電路主要是由串聯調整管、取樣電阻

、比較放大器組成。取樣電壓加在比較放大器的同相輸入端，與加在反相輸入端的基準電壓Uref相比較，兩者的差值經放大器A放大後
，控製串聯調整管的壓降
，從而穩定輸出電壓。當輸出電壓Uout降(jiang)低(di)時(shi)，基(ji)準(zhun)電(dian)壓(ya)與(yu)取(qu)樣(yang)電(dian)壓(ya)的(de)差(cha)值(zhi)增(zeng)加(jia)，比(bi)較(jiao)放(fang)大(da)器(qi)輸(shu)出(chu)的(de)驅(qu)動(dong)電(dian)流(liu)增(zeng)加(jia)，串(chuan)聯(lian)調(tiao)整(zheng)管(guan)壓(ya)降(jiang)減(jian)小(xiao)
，從(cong)而(er)使(shi)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)升(sheng)高(gao)。相(xiang)反(fan)
，若(ruo)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)Uout超chao過guo所suo需xu要yao的de設she定ding值zhi，比bi較jiao放fang大da器qi輸shu出chu的de前qian驅qu動dong電dian流liu減jian小xiao，從cong而er使shi輸shu出chu電dian壓ya降jiang低di。供gong電dian過guo程cheng中zhong
，輸shu出chu電dian壓ya校xiao正zheng連lian續xu進jin行xing，調tiao整zheng時shi間jian隻zhi受shou比bi較jiao放fang大da器qi和he串chuan聯lian調tiao整zheng管guan回hui路lu反fan應ying速su度du的de限xian製zhi。環huan路lu內nei的de負fu反fan饋kui總zong是shi強qiang製zhi比bi較jiao放fang大da器qi調tiao節jie輸shu入ru兩liang端duan的de電dian壓ya使shi其qi相xiang等deng。

 

LDO的效率不高

，下表是3.3v的LDO量得的數據。

　　　

 

在diag下效率為67.86%，在OS下效率為66.62%。輸入輸出電流基本相等
，是因為輸入電流到輸出電流，經過PNP調整管，隻在柵極消耗了一點。以S1167B33-I6T2G為例測得的輸入輸出曲線如下圖：

　　　

 

輸入端大於3.3V時，一直有恒定的3.3V輸出，大於2.8V小於3.3V時，輸入等於輸出，小於2.8V時，係統就不穩定了。把輸出端對地短路，並未出現大電流（0.02mA）。6.5V是spec中定義的
，由於怕損傷器件，輸入並未超過6.5V測量。

 

穩wen壓ya管guan的de另ling一yi個ge重zhong要yao的de指zhi標biao就jiu是shi穩wen定ding性xing

，在zai我wo們men的de設she計ji線xian路lu中zhong常chang常chang看kan到dao在zai其qi輸shu出chu端duan會hui有you大da大da小xiao小xiao的de電dian容rong
，其qi作zuo用yong是shi什shen麼me呢ne？下xia麵mian具ju體ti分fen析xi穩wen壓ya管guan的de反fan饋kui及ji回hui路lu穩wen定ding性xing。

 

前麵提到過三中穩壓管：

1.NPN穩壓管

　　　

例如：LM340 LM317 比較老的3端穩壓管

 

2.LDO穩壓管

 

例如：S-1167 Series

　　　

3.準LDO穩壓器

 

 

三種穩壓器的最大區別在於壓降和接地引腳電流。很明顯NPN和準LDO的穩壓管在調整管上稍微複雜點
，所以壓降也大些。達林管的增益很高
，所以隻需要很小的電流就可以驅動，準LDO也是這樣，IGND很小。PNP管的放大係數一般是15-20，LDO的IGND電流能達到負載電流的7%。 NPN穩壓管的最大好處就是無條件的穩定（大多數不需要加外接電容），LDO則需要在輸出端加上電容


，以減少回路帶寬及提供些正的相位補償。

 

所有的穩壓器都使用負反饋回路以保持輸出電壓的穩定。但反饋信號在通過回路後都有一定的增益和相位變化。如果反饋信號相位有180度變化，負反饋就會變成正反饋，造成輸出不穩定。因此反饋信號經過整個回路的相位偏移，需要有至少20度的相位裕度
，這樣才能保證電路的穩定。（相位裕度定義為回路總的相位偏移與-180度的差）

　　　

環路的不穩定來自於相位移量

，我們可以在反饋回路中通過變壓器注入正弦小信號，如下圖所示,Loop Gain=Va/Vb,從Vb傳入交流小信號，同過回路產生相移到達Va。這樣可以計算回路增益，相位的偏移量。（此處以LDO分析）

　　　

 

可以通過網絡分析儀來測量回路增益
，它通過向網絡回路注入低電平的正弦波，然後從直流信號掃描到使增益下降到0dB的頻率來測量增益的響應。

 

下麵以一幅波特圖具體分析反饋回路的增益及相位變化情況。

　　

　

概念： 

極點 增益曲線出現-20dB/10倍頻變化的點

零點 在增益與相位上的效果與極點相反。

極點相移=-arctan（f/fp）

零點相移=arctan（f/fz）

　　　

假設直流增益為80dB（10-100Hz處的增益），100到1KHz增益減少了20dB，10K-100KHz增益減少20dB
，100K-1MHz增益減少40dB（斜率有-20dB/10倍頻的變化）。圖中可以看出有3個POLE

，一個ZERO。1MHz處的增益是0dB，說明1MHz的小信號在此截止，此回路的帶寬就是1MHz。

 

從這個波特圖能看出這個係統穩定麼？前麵說了係統是否穩定主要看相位移量
，而我們隻要看在0dB時的相移就可以了（圖中是1MHz）。

 

上圖中有3個極點和1個零點，前兩個極點產生-180度相移，零點產生90度相移
，最後一個極點在40dB到0dB處

，斜率為-40dB/10倍頻。根據極點相移公式-arctan（f/fp）=-arctan(10)=-1.47,換算成角度為-84.3度。所以總的相移為-180+90-84.3=174.2度。前麵說到相位裕度等於｜-180+174.2｜=5.8<20.所以此回路不穩定。

 

看似上麵的分析比較複雜
，其實是自動控製理論裏麵的傳輸函數和根跡圖的概念.簡單的說,一個(線形)係統是否穩定(不會產生振蕩)取決於它的傳輸函數的極點分布.(極點的實部必須小於零),而且極點實部負數的絕對值越大,係統越穩定.我們就可以通過增加極點或是零點來調節相位裕度，從而使係統達到穩定。

 

調節LDO係統的穩定性，最常見的補償方法是在係統中插入零點來取消相移和極點。由於 LDO 已經就正常運行要求了一個輸出電容器,因此使用輸出電容器的ESR通常就是最簡單也最廉價的生成零點的方法。等效串聯電阻（ESR）是每個電容都具有的幾個基本特性。可以看為電阻和電容的串聯等效電路。

　　　

輸出電容的ESR在回路增益中產生一個零點，用來減少過量的負相移。增加係統的帶寬
，使更穩定。零點處的頻值：

Fzero = 1/（2πxCoutxESR）

假設一個LDO係統在0dB時的截止頻率是30kHz。在其輸出端增加輸出電容為10uF，輸出電容的ESR=1ohm。則在16kHz處產生零點。

 

 

一般的LDO會由負載阻抗、輸出容抗等自身產生一些極點。圖中有3個極點（具體由來就不做分析

，可由網絡分析儀掃描出），但有1個Ppwr在0dB之後的頻段
，也就是帶寬之外，可以不考慮。從上麵兩幅波特圖的對比看出，第二張圖增益曲線，當增加了輸出電容後，從80dB到0dB變得更平緩些。係統的帶寬大概從40KHz增加到100KHz左右。相位裕度也相應的增加（此例就不仔細計算了）。

 

那麼係統對ESR又有什麼要求呢？比如此例中設ESR=20ohm，則零點頻率會降低到Fzero=800Hz
，使係統的帶寬增加到2MHz
，從整個的波特圖我們發現在100K到2MHz之間又多了一個極點Ppwr。這就意味著係統又有了-90度的相移，零點就失去了其意義。那麼ESR是不是越小越好呢
？設ESR=50mohm。零點頻率會降到320kHz。不用看就知道

，係統地穩定性基本沒改變，因為係統的帶寬就是40KHz，增加的零點頻率為320KHz已經超出了帶寬。

　　　

為了補償LDO穩壓器的。所以選擇的電容ESR要(yao)求(qiu)要(yao)嚴(yan)格(ge)，首(shou)先(xian)要(yao)符(fu)合(he)係(xi)統(tong)的(de)回(hui)路(lu)頻(pin)率(lv)特(te)性(xing)，同(tong)時(shi)也(ye)要(yao)有(you)較(jiao)好(hao)的(de)溫(wen)度(du)特(te)性(xing)

，不(bu)能(neng)隨(sui)溫(wen)度(du)變(bian)化(hua)而(er)變(bian)化(hua)過(guo)大(da)。頻(pin)率(lv)響(xiang)應(ying)也(ye)是(shi)重(zhong)要(yao)的(de)指(zhi)標(biao)。這(zhe)點(dian)鉭(tan)電(dian)容(rong)是(shi)比(bi)較(jiao)好(hao)的(de)選(xuan)擇(ze)。（ESR是指在一定溫度下的某個頻率下的最大阻值
，廠商一般定義為25攝氏度100KHz）