线性稳压器两端的电容容量选择及作用

　　什么是线性稳压器

　　线性稳压器使用在其线性区域内运行的晶体管或 FET，从应用的输入电压中减去超额的电压，产生经过调节的输出电压。所谓压降电压，是指稳压器将输出电压维持在其额定值上下 100mV 之内所需的输入电压与输出电压差额的最小值。正输出电压的 LDO（低压降）稳压器通常使用功率晶体管（也称为传递设备）作为 PNP.这种晶体管允许饱和，所以稳压器可以有一个非常低的压降电压，通常为 200mV 左右;与之相比，使用 NPN 复合电源晶体管的传统线性稳压器的压降为 2V 左右。负输出 LDO 使用 NPN 作为它的传递设备，其运行模式与正输出 LDO 的 PNP设备类似。

　　线性稳压器的突出优点是具有最低的成本，最低的噪声和最低的静态电流。它的外围器件也很少，通常只有一两个旁路电容。新型线性稳压器可达到以下指标：30μV 输出噪声、60dB PSRR、6μA 静态电流及100mV的压差。线性稳压器能够实现这些特性的主要原因在于内部调整管采用了P沟道场效应管，而不是通常线性稳压器中的PNP晶体管。P沟道的场效应管不需要基极电流驱动，所以大大降低了器件本身的电流；另一方面，在采用PNP管的结构中，为了防止PNP晶体管进入饱和状态降低输出能力，必须保证较大的输入输出压差；而P沟道场效应管的压差大致等于输出电流与其导通电阻的乘积，极小的导通电阻使其压差非常低。当系统中输入电压和输出电压接近时，线性稳压器是最好的选择，可达到很高的效率。所以在将锂离子电池电压转换为3V 电压的应用中大多选用线性稳压器，尽管电池最后放电能量的百分之十没有使用，但是线性稳压器仍然能够在低噪声结构中提供较长的电池寿命。

　　线性稳压器的工作原理

　　我们从一个简单的例子开始。在嵌入式系统中，可从前端电源提供一个12V总线电压轨。在系统板上，需要一个3.3V电压为一个运算放大器（运放）供电。产生3.3V电压最简单的方法是使用一个从12V总线引出的电阻分压器，如图1所示。这种做法效果好吗？回答常常是“否”。在不同的工作条件下，运放的VCC引脚电流可能会发生变化。假如采用一个固定的电阻分压器，则IC VCC电压将随负载而改变。此外，12V总线输入还有可能未得到良好的调节。在同一个系统中，也许有很多其他的负载共享12V电压轨。由于总线阻抗的原因，12V总线电压会随着总线负载情况的变化而改变。因此，电阻分压器不能为运放提供一个用于确保其正确操作的3.3V稳定电压。于是，需要一个专用的电压调节环路。如图2所示，反馈环路必需调整顶端电阻器R1的阻值以动态地调节VCC上的3.3V.　　

　　此类可变电阻器可利用一个线性稳压器来实现，如图3所示。线性稳压器使一个双极性或场效应功率晶体管（FET）在其线性模式中运作。这样，晶体管起的作用就是一个与输出负载相串联的可变电阻器。从概念上说，如需构建反馈环路，可由一个误差放大器利用一个采样电阻器网络（RA和RB）来检测DC输出电压，然后将反馈电压VFB与一个基准电压VREF进行比较。误差放大器输出电压通过一个电流放大器驱动串联功率晶体管的基极。当输入VBUS电压下降或负载电流增大时，VCC输出电压下降。反馈电压VFB也将下降。因此，反馈误差放大器和电流放大器产生更多的电流并输入晶体管Q1的基极。这将减小电压降 VCE，因而使VCC输出电压恢复，这样一来VFB=VREF.另一方面，如果VCC输出电压上升，则负反馈电路采取相似的方式增加VCE以确保3.3V 输出的准确调节。总之，VO的任何变化都被线性稳压器晶体管的VCE电压所消减。所以，输出电压VCC始终恒定并处于良好调节状态。

　　线性稳压器的特点/作用

　　电容是没有稳压功能的！它在电源滤波电路里所起到的作用是蓄能提升直流电压有效值和滤除残余交流成分！与稳压是两个概念 ！稳压是 由稳压管二极管或散极管及稳压集成电路电路来实现的 ！

　　有整流电路输出的并不是真正的直流电压而是由单方向半波组成的单向脉动电压！它不但有强度变化的跳跃！还包含了残余的交流及谐波成份！这样的直流电源是无法使精密的电子电路正常工作的！我们知道电容器的特性就是能容纳大量的电荷！而且还能释放！同时它又是交流电的放行者！我们把足够大容量的电容并接在整流输出的两端！它的充电蓄能作用就有了用场！它首先是把输出端的单向波脉动电压高充低放地拉到一个近似于平滑的电压值！同时也增强了电源输出的电流负荷性能！再者就是它还能将电源里残余的交流及谐波成份回路入地！这就是电容在电源滤波里的作用！

　   稳压器的抗短路能力包括承受短路的耐热能力和承受短路的动稳定能力两个方面。

　　压差和接地电流值定了后就可确定稳压器适用的设备类型。五大主流线性稳压器每个都具有不同的旁路元件（passelement和独特性能，电压差和接地电流值主要由线性稳压器的旁路元件（passelement确定。分别适合不同的设备使用。

　　即使没有输出电容也相当稳定，它比较适合电压差较高的设备使用，规范NPN稳压器的优点是具有约等于PNP晶体管基极电流的稳定接地电流。但较高的压差使得这种稳压器不适合许多嵌入式 设备使用。

　　NPN旁路晶体管稳压器是一种不错的选择，对于嵌入式应用而言，因为它压差小，容易使用。不过这种稳压器仍不适合具有很低压差要求的电池供电设备使用，因为它压差不够低。高增益NPN旁路管可使接地电流稳定在几个毫安，而且它公共发射极结构具有很低的输出阻抗。

　　其中的旁路元件就是PNP晶体管。输入输出压差一般在0.30.7V之间。因为压差低，PNP旁路晶体管是一种低压差稳压器。因此这种PNP旁路晶体管稳压器非常适合电池供电的嵌入式设备使用。不过它大接地电流会缩短电池的寿另外，PNP晶体管增益较低，会形成数毫安的不稳定接地电流。因为采用公共发射极结构，因此它输出阻抗比较高，这意味着需要外接特定范围容量和等效串联电阻（ESR电容才干够稳定工作。

　　稳压器LM7815两端的电容容量的选择

　　电子爱好者常用78xx稳压器制作稳压电源。在用78xx制作输出电压固定的稳压电源时，都要用到输入滤波电容C1和输出滤波电容C2，那么C1和C2的容量应如何选择呢？在选用滤波电容C1和C2时，如果C1和C2的容量选择过大，一方面，会增加稳压电源的造价；另一方面，在电源开机的瞬间，由于电容的容量过大，充电电流也会很大，带来很大的冲击电流。实验表明：电容的滤波能力并不随电容容量的增大而线性增大，当滤波电容的容量增大到一定值时，再增大滤波电容的容量，电容的滤波能力增加也极小。

　　如果C1和C2的容最选择过小，电源输出电压的纹波较大，那么，在用78xx制作输出电压固定的稳压电源时，输入滤波电容和输出滤波电容应该选择多大的容量呢？经过多次实验总结出附表所示的数据，供广大的电子爱好者参考。

　　输入滤波电容C1的容量都比输出滤波电容C2的容最大，C1比C2大的好处是，当附图中A点和B点同时断开时，由于C1的容量大于C2的容量，这样就避免了C2对78xx进行反向充电，对78xx有一定的保护作用。

　　没有特定的容量大小的，应取决于负载。

　　一般最起码输入端、输出端都得有0.1μF的滤波电容。实际则要根据负载大小、工作频率、纹波要求来计算和选取。

　　另外7815的输入电压一般是DC35V，有些高压型号有50V以上的，但是肯定没法直接接220整流后的输出。还需要有一级降压的，一般是通过变压器将220VAC降为十几VAC，再进行整流。

　　整流管注意电流足够、电压能顶住、发热能承受。