線性穩壓器為什么被稱為線性穩壓器？是哪里線性了？在【電源專題】線性穩壓器（LDO）簡介中我們介紹到，目前大多數的線性穩壓器使用PMOS架構。因此我們今天就以PMOS為例，從原理上了解線性穩壓器為什么說是線性的?

首先我們要了解一下恒壓源的原理：

穩壓器是一種恒壓源，可以根據負載電阻發生的變化的情況下調整內阻，從而達到穩定電壓的目的。如下圖所示恒壓源的內阻必須要明顯小于外部負載電阻（RIN<<RLOAD）以確保在一定的負載范圍內輸出電壓恒定變化。

輸出電壓可以計算為：

在空載的狀態下（RLOAD=∞） ，最大的輸出電壓與輸入電壓相等(Vout-max= VIN) 。隨著負載的增加，輸出的電壓將從最大值一直下降。這里我們引入一個輸出電壓誤差Evo。輸出電壓誤差(Evo)定義為：空載條件下的Vout（Vout-max）與負載條件下的Vout(Vout-load)之間的差值與空載條件下輸出電壓的百分比。如下公式：

將Vout-max用Vin進行替換，又因為整個回路上的電流是相等的，所以可以使用電阻Rin和Rload表示：

將Evo以圖形的形式進行表示，畫出Evo與Rload/Rin的關系圖。隨著負載電阻的增加，Evo逐漸減小。

負載的變化導致輸出電壓也跟著變化，這不是我們需要的穩壓器。所以為了最大限度的減小這樣的誤差，就需要一個電路來感應負載發生變化，并通過否種方式進行反饋，調整內部電阻（Rin）阻值，使之與負載電阻的比率恒定。這樣Evo就保持了恒定。而此時Rin與Rload承線性關系。

將上圖的拓撲中的可變電阻使用晶體管或MOS管，通過調整可變電阻來實現這種關系的電路就形成了最基礎的線性穩壓器（LDO）。如下圖所示：

通過上圖，我們可以了解到構成LDO的幾個重要組成部分：

電壓參考（Vref）:電壓參考是所有穩壓器的起點。參考通常是帶隙型(帶隙基準源)，因為這種參考有能力在低電源電壓下工作，并提供足夠的精度和熱穩定性，以滿足穩壓器性能要求。帶隙基準源的初始誤差通常是0.5%至1%，溫度系數為25ppm/°C 到50ppm/°C 。(其中ppm為百萬分之一)

誤差放大器：誤差放大器得到的電壓是輸出電壓經過R1和R2等比例縮小的電壓[Vp= Vout*R1 / (R1 + R2)] 。一般規格書都會給出如下公式來計算輸出電壓可調LDO的輸出電壓，前提是Vin要足夠的高，能保持LDO需要的壓降時，這個式子才能成立。我們在星球文章：【電源專題】回顧：了解LDO的的專業術語與定義 1中的壓降有介紹。

誤差放大器將反饋電壓Vp與參考電壓Vref比較，通過控制串聯元件（調整管）將Vout調整到所需要的值。此時誤差信號(Verr = Vp – Vref) 將趨近于0。

反饋網絡：反饋網絡將 Vout調整為適合由誤差放大器與 VREF 進行比較的值，也是我們在應用輸出電壓可調的LDO時需要外部配置的電阻網絡。由于誤差放大器的內部參考電壓Vref 是固定的，因此調節輸出Vout 值的唯一方法是調整 R1、R2的值，從而來調整輸出的電壓值。

串聯元件：在LDO中串聯元件就是使用的調整管。如果使用晶體管的話，串聯元件會將誤差放大器的輸出電流能力提升到負載所需的更高水平。如果使用PMOS增強性場效應管其原理下(今天我們著重以PMOS來介紹)：

PMOS具有源極（S）和漏極（D）的兩個P溝道嵌入n型基板中，基板連接到源極（S），漏極接收最低的電勢。正如PMOS的名稱表示的是器件使用的是空穴導電，這是通過向柵級（G）施加一個負電位來建立的。空穴是n襯底中少數的載流子。被柵級的負電位吸引，成為自由載流子，向上部兩個P溝道的區域移動，形成導電溝道。由于導電溝道由VGS控制，漏極電流也同時被控制。因為這種類型的FET隨著VGS的增加導電性也增加，因此稱為P溝道增強型場效應管。

PMOS的LDO結構可如下圖所示：可以了解到LDO進行電壓調節的步驟。

當負載電阻下降時，輸出電壓從Vout1下降到Vout2，調整管從-Vds1到-Vds2。輸出電壓通過反饋電路形成一個縮小版本的vp，vp在Vout下降的過程中也顯著的下降，導致低于參考值Vref，誤差放大器輸出的電壓也變小了。控制柵源電壓-Vgs從-Vgs1到-Vgs2，負電壓增大導致PMOS中輸出電流（Iout1到Iout2）增加(是因為PMOS的導通電阻變小了)，則建立在負載的電壓也增加，直到增加值通過反饋電路反饋的電壓與內部參考電壓一致時，電源輸出穩定。

如下圖所示：

下圖顯示了PMOS的工作順序，當負載下降時，PMOS FET的工作點從P1跳到P2再調節到P3。（-Vgs逐漸增大）

我們可以定義PMOS FET的內阻和負載電阻。

將式2的Iout代入式1，求解Rin

得出k值 = VDS/VOUT 提供了線性穩壓器的線性關系。

李光熠

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的【电源专题】线性稳压器基础（线性稳压器是哪里线性了？）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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