根據調整管的工作狀態(tài)，我們常把穩壓電源分成兩類(lèi)：線(xiàn)性穩壓電源和開(kāi)關(guān)穩壓電源。此外，還有一種使用穩壓管的小電源。這里說(shuō)的線(xiàn)性穩壓電源，是指調整管工作在線(xiàn)性狀態(tài)下的直流穩壓電源。而在開(kāi)關(guān)電源中則不一樣，開(kāi)關(guān)管是工作在開(kāi)、關(guān)兩種狀態(tài)下的。
簡(jiǎn)單介紹下分類(lèi)：
NPN穩壓管：內部用一個(gè)PNP管控制達林頓調整管。
LDO穩壓管：調整管是一個(gè)PNP管。
Squasi-LDO：調整管是由一個(gè)PNP管控制一個(gè)NPN管。
LDO（low drop output）低壓差線(xiàn)性穩壓器
LDO的工作原理是通過(guò)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，用于RF模塊或音頻模塊等對電壓要求高的電路。特點(diǎn)是成本低噪音小。缺點(diǎn)是效率低，輸出電流小，只能用在降壓的場(chǎng)合。必須要注意，為了達到穩定的回路就必須使用負反饋。
下面是LDO S-1167 Series的基本原理圖。
該電路主要是由串聯(lián)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(jīng)放大器A放大后，控制串聯(lián)調整管的壓降，從而穩定輸出電壓。當輸出電壓Uout降低時(shí)，基準電壓與取樣電壓的差值增加，比較放大器輸出的驅動(dòng)電流增加，串聯(lián)調整管壓降減小，從而使輸出電壓升高。相反，若輸出電壓Uout超過(guò)所需要的設定值，比較放大器輸出的前驅動(dòng)電流減小，從而使輸出電壓降低。供電過(guò)程中，輸出電壓校正連續進(jìn)行，調整時(shí)間只受比較放大器和串聯(lián)調整管回路反應速度的限制。環(huán)路內的負反饋總是強制比較放大器調節輸入兩端的電壓使其相等。
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(jīng)過(guò)PNP調整管，只在柵極消耗了一點(diǎn)。以S1167B33-I6T2G為例測得的輸入輸出曲線(xiàn)如下圖：
輸入端大于3.3V時(shí)，一直有恒定的3.3V輸出，大于2.8V小于3.3V時(shí)，輸入等于輸出，小于2.8V時(shí)，系統就不穩定了。把輸出端對地短路，并未出現大電流（0.02mA）。6.5V是spec中定義的，由于怕?lián)p傷器件，輸入并未超過(guò)6.5V測量。
穩壓管的另一個(gè)重要的指標就是穩定性，在我們的設計線(xiàn)路中常�？吹皆谄漭敵龆藭�(huì )有大大小小的電容，其作用是什么呢？下面具體分析穩壓管的反饋及回路穩定性。
前面提到過(guò)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于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復雜點(diǎn)，所以壓降也大些。達林管的增益很高，所以只需要很小的電流就可以驅動(dòng)，準LDO也是這樣，IGND很小。PNP管的放大系數一般是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(wú)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(guò)回路后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(huì )變成正反饋，造成輸出不穩定。因此反饋信號經(jīng)過(guò)整個(gè)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(huán)路的不穩定來(lái)自于相位移量，我們可以在反饋回路中通過(guò)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(guò)回路產(chǎn)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L(fǎng)DO分析）
可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )分析儀來(lái)測量回路增益，它通過(guò)向網(wǎng)絡(luò )回路注入低電平的正弦波，然后從直流信號掃描到使增益下降到0dB的頻率來(lái)測量增益的響應。
下面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(diǎn) 增益曲線(xiàn)出現-20dB/10倍頻變化的點(diǎn)
零點(diǎn) 在增益與相位上的效果與極點(diǎn)相反。
極點(diǎn)相移=-arctan（f/fp）
零點(diǎn)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(gè)POLE，一個(gè)ZERO。1MHz處的增益是0dB，說(shuō)明1MHz的小信號在此截止，此回路的帶寬就是1MHz。
從這個(gè)波特圖能看出這個(gè)系統穩定么？前面說(shuō)了系統是否穩定主要看相位移量，而我們只要看在0dB時(shí)的相移就可以了（圖中是1MHz）。
上圖中有3個(gè)極點(diǎn)和1個(gè)零點(diǎn)，前兩個(gè)極點(diǎn)產(chǎn)生-180度相移，零點(diǎn)產(chǎn)生90度相移，最后一個(gè)極點(diǎn)在40dB到0dB處，斜率為-40dB/10倍頻。根據極點(diǎn)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。前面說(shuō)到相位裕度等于｜-180+174.2｜=5.8<20.所以此回路不穩定。
看似上面的分析比較復雜，其實(shí)是自動(dòng)控制理論里面的傳輸函數和根跡圖的概念.簡(jiǎn)單的說(shuō),一個(gè)(線(xiàn)形)系統是否穩定(不會(huì )產(chǎn)生振蕩)取決于它的傳輸函數的極點(diǎn)分布.(極點(diǎn)的實(shí)部必須小于零),而且極點(diǎn)實(shí)部負數的絕對值越大,系統越穩定.我們就可以通過(guò)增加極點(diǎn)或是零點(diǎn)來(lái)調節相位裕度，從而使系統達到穩定。
調節LDO系統的穩定性，最常見(jiàn)的補償方法是在系統中插入零點(diǎn)來(lái)取消相移和極點(diǎn)。由于 LDO 已經(jīng)就正常運行要求了一個(gè)輸出電容器,因此使用輸出電容器的ESR通常就是最簡(jiǎn)單也最廉價(jià)的生成零點(diǎn)的方法。等效串聯(lián)電阻（ESR）是每個(gè)電容都具有的幾個(gè)基本特性�？梢钥礊殡娮韬碗娙莸拇�(lián)等效電路。
輸出電容的ESR在回路增益中產(chǎn)生一個(gè)零點(diǎn)，用來(lái)減少過(guò)量的負相移。增加系統的帶寬，使更穩定。零點(diǎn)處的頻值：
Fzero = 1/（2πxCoutxESR）
假設一個(gè)LDO系統在0dB時(shí)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(chǎn)生零點(diǎn)。
一般的LDO會(huì )由負載阻抗、輸出容抗等自身產(chǎn)生一些極點(diǎn)。圖中有3個(gè)極點(diǎn)（具體由來(lái)就不做分析，可由網(wǎng)絡(luò )分析儀掃描出），但有1個(gè)Ppwr在0dB之后的頻段，也就是帶寬之外，可以不考慮。從上面兩幅波特圖的對比看出，第二張圖增益曲線(xiàn)，當增加了輸出電容后，從80dB到0dB變得更平緩些。系統的帶寬大概從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）。
那么系統對ESR又有什么要求呢？比如此例中設ESR=20ohm，則零點(diǎn)頻率會(huì )降低到Fzero=800Hz，使系統的帶寬增加到2MHz，從整個(gè)的波特圖我們發(fā)現在100K到2MHz之間又多了一個(gè)極點(diǎn)Ppwr。這就意味著(zhù)系統又有了-90度的相移，零點(diǎn)就失去了其意義。那么ESR是不是越小越好呢？設ESR=50mohm。零點(diǎn)頻率會(huì )降到320kHz。不用看就知道，系統地穩定性基本沒(méi)改變，因為系統的帶寬就是40KHz，增加的零點(diǎn)頻率為320KHz已經(jīng)超出了帶寬。
為了補償LDO穩壓器的。所以選擇的電容ESR要求要嚴格，首先要符合系統的回路頻率特性，同時(shí)也要有較好的溫度特性，不能隨溫度變化而變化過(guò)大。頻率響應也是重要的指標。這點(diǎn)鉭電容是比較好的選擇。（ESR是指在一定溫度下的某個(gè)頻率下的最大阻值，廠(chǎng)商一般定義為25攝氏度100KHz） |
