這個元器件能把電壓放大100萬倍,它就是運算放大器。計算方法很簡單,同相輸入端電壓,減去反向輸入端電壓,再乘以100萬倍,就等于輸出電壓。假設同相輸入是0.5V,反相輸入是0.3V,再乘以100萬,得出200,000V。
當然實際應用中不可能這么猛。運放還要接上電源,假設接上10V的電源,那么此時輸出的電壓,最高只能達到10V。
現在將正輸入端電壓值固定,然后負輸入端抬高,同樣遵循正輸入減負輸入,得出的是負數,那么此時輸出的電壓就變成接地0V。
大家發現沒有,由于放大倍數過于大,假設差異只有0.0001V,只要Vp大于Vn,輸出就等于(正)電源電壓,反過來Vp小于Vn,輸出就等于接地/負電源電壓。也就是此時輸出只有兩種狀態,要么最高,要么最低。
現在將輸出和負輸入端相連,也就是輸出端和Vn相等。此時當Vn大于Vp,輸出端會往下降。一旦降到Vn反而小于Vp,輸出端又會往上提,所以最終會使得輸出端無限接近等于Vp,也就是這三個的電壓值會相等。
接下來可以利用這個特性,制作一個線性穩壓電路,我們先看左右兩邊。左邊電源提供15V,然后在右邊這個位置給負載輸入5V的電壓,但是電源和負載會有波動,導致這個點的輸入會變化。我們要做的,是將它鎖定在5V,如果比5V高了它能自動降下來,如果比5V低了,又能自動提高。我們來看看,這個電路是怎么實現的。
先看這個位置,通過電阻和穩壓二極管分壓,這里會固定一個電壓值作為運放的同相輸入電壓。
再來看另一側,在5V的基礎上,通過兩個電阻分壓得到中間這個點的電壓,將它直接連接反相輸入端。這里設定這兩個點的電壓相同,也就是Vp=Vn。
當上邊等于5V時,也就是這個點Vn等于Vp,輸出Vo控制三極管導通,5V保持不變。
當上邊大于5V時,意味著這個點電壓跟著升高,也就是就Vn大于Vp,所以運放控制Vo下降,使得三極管基極導通電流減小,從而控制上邊這條路線電流減小,那么這個點電壓就會下降。同理如果這個點低于5V,就會使這個點電壓下降,也就是Vn小于Vp,那么Vo輸出增大,基極導通電流增大,控制上邊通過電流增大,從而使這個點電壓回升。
根據三極管的伏安特性曲線,控制這條路CE之間的電流變化,從最大值到最小值,都要確保是在放大區之內。
這個電路還有個缺點,輸入15V,穩壓輸出5V,也就是另外10V壓在三極管上,會導致三極管發熱嚴重。如果改為穩壓輸出為12V,那么三極管分壓只有3V,發熱就會好很多,所以這個電路輸入和輸出的差距太大的話,能耗會比較嚴重。
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原文標題:一次搞懂線性穩壓器/LDO的工作原理
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