LDO电路的基本原理 介绍三种使用分立元件搭建的LDO
前言
ldo是大家最常见的电源芯片了吧，虽然存在效率不高的缺点，但相对于开关电源纹波更小、电路规模通常也更小，适用于低压差、小功率的应用场合。
在大多数场合我们都是用1117、7805这种ic来制作我们的电源。那我们可否在满足要求的情况下，使用分立元件来实现更低成本的ldo呢？
今天针对不同的应用场景，介绍三种使用分立元件搭建的ldo：
1.低成本 2.输出电压可调 3.精确输出
原理不难，但若使电路可用，需认真设定每个元件的参数，let’s do it
仿真软件版本
文章中的实验通过multisim软件进行仿真，有需要的同学自取↓
使用三种电路分别实现：
1、相对于ldo芯片实现更低成本; 2、输出电压可调； 3、随着负载加大依然可以保证精确输出。
ldo电路基本原理
在介绍电路之前，需要先说明一下ldo电路工作的基本原理↓
电路三极管的ce承受不需要的电压，也就是vin-vout，将这些多余的能量以热能的形式挥发出去(在使用ldo电路时保证封装符合散热要求)。
利用稳压管，在三极管b与gnd之间形成稳定电压，由三极管be约0.6v的压降后形成输出电压。
如何实现稳压？
当负载存在波动， vout过高，则ube减小，三极管uce增大，vout减小； vout过低，ube增大，则三极管uce减少，vout增高； 如此实现稳压的目的。
ldo的基本原理我们知道后，下面介绍三种分立元件搭建的ldo电路！在文章的最后我会说明各个元器件的作用与取值。
1.低成本的ldo电路
先贴出电路图和结果↓
下图中 蓝色为输入15v（加入1v/50hz 输入干扰），黄色为输出为12v。
通过实验我们可以看到输入的纹波经过ldo电路后被削弱了很多，这也就是ldo电路的优势！
下面我们就来对比一下使用ldo芯片和分立元件所搭建的电路的成本↓
输出端滤波电容c3、c2由于无论是l7805还是分立元件搭建，都要有，所以不在成本比较的范围内，l7805一枚的成本市场价在0.5-1元。
使用分立元件搭建的ldo约0.22元，为更低成本的选择。
2.输出电压可调的ldo电路
在上文所介绍的低成本ldo电路可以满足固定输出电压条件下的应用需求，但是若我们要求输出电压可调的ldo又应该怎么实现呢？电路图如下↓
↑图中的电路即为输出电压可调的ldo电路，将稳压管替代为普通二极管in4007（其他的普通二极管也可以），并增加了三级管q2、电阻r3、r4用于输出电压的调节。
输出电压的计算与调节原理：
输出电压通过r3、r4分压后，r4的对地电压等于三极管q2基极的对地电压。 我们近似的认为q2 be的导通电压和d2的导通电压均为0.6v，那么r4的对地电压就固定为1.2v。
＝＞ vout*r4/（r4＋r3）＝1.2v ＝＞ vout＝1.2v *（1+r3/r4）
下面再来看看什么决定了r３、r４的数量级。
若输出vout = 6v ，则q1的基极电压vq1b = 6.6v，则电阻r2流过的电流为（12-6.6）/ 1k = 5.4ma。
当输出电流iout=100ma时，q1的基极电流iqb1 = 2ma,则由节点电流法可知q2的c级以及e级电流为3.4ma,那么q2基极电流应该为170ua左右，则反馈电阻r3、r4流过的电流应远远大于170ua，所以1-2ma比较合适。
则r4取值为1k。若要输出6v那么通过vout＝1.2v *（1+r3／r4）计算得知r3为4k，通过输出结果校正后当r4=1k、r3=3.65k时输出为6v，当需要调整输出端电压时通过调整r3即可。
3.精确输出的ldo电路
之前所介绍的1.低成本的ldo电路、2.输出电压可调的ldo电路都存在一个问题，那就是在负载增大时输出电压会出现下降，如下图所示↓
标准负载↓
负载增大↓
负载再增大↓
通过不断增加负载我们可以看到输出电压分别为6.04v、6.00v、5.88v，出现了一定的偏差，我们来分析一下原因↓
当负载加大时ldo产生输出误差的原因
当负载增大时，由于输出电流增大，那么三极管q1的基极电流便会增大，则保证稳压的稳压管或者普通二极管流过的电流减小，流过不同的电流值就会导致稳压管级二极管两端的压降不同，由于参考电压产生了变化，输出产生误差则是必然！
我们来看一下稳压管和普通二极管的工作曲线↓
①稳压管工作曲线
当流过稳压管的电流iz变化时，稳压电压uz会略微变化，这就会产生输出误差。
②普通二极管工作曲线
当流过二级管的正向电流变化时，正向导通电压u会变化，这也会产生输出误差。
下面将介绍的精确输出的ldo电路为了解决负载加大时的输出误差。
使用运算放大器（射级跟随器）来作为参考源，使用运算放大器产生的参考电压误差会大大减小，精确的参考电压就保证了精确的输出电压。
我们先来看下效果↓
在仿真中，负载变化，但是输出电压精准的保持在6v，相比于之前的ldo精度提高了很多。在仿真中如此，在实际的应用中也如此，使用此中的ldo输出精度会取得相当大的改善！
实际搭建电路时要注意的器件参数
①首先是三极管的确定
由于我们要求的输出电流是50ma，为留有余量，ic>=100ma；uce max >= 15v。满足这一要求的npn三极管有很多，我们选用multisim库中的2n2712。功率为p= 6*0.03 = 0.18w,sot23封装的功率为如下：
为保险起见，我们可以在实际制作时使用to92封装三极管。
三极管的其他参数也贴出来，符合本电路的应用要求↓
②稳压管的确定
以本文第一个电路为例若我们要实现12v的输出，加上三极管be电压0.6v，要求稳压管12.6v。但是没有12.6v的稳压管，那我们选13v的稳压管 1n4468。
1n4468的参数如下↓
我们重点看izk，也就是最小稳压电流，这里是1ma，只有在iz大于1ma时 稳压二极管才能稳压，我们为保险起见，取2ma。
=>那么原理图中的r1 = （15-13）/0.002 = 1k；
=>稳压二极管的功耗 = 0.002*13 = 0.026w;
=>电阻的功耗 = (0.002+ib)*2。ib 约为 ic/80，也就是0.6ma左右。
=>则 电阻功耗= (0.003)*2 = 0.006w;
功耗很小，稳压二极管的功耗和电阻封装都满足功耗要求。
③滤波电容的取值
遵循公式↓
i 是放电电流， v 为纹波，f为频率（开关频率及负载工作频率）
这里的计算只是参考，实际搭电路的时候可以根据实际情况自行调整。
④去耦电容的取值
去耦电容c2一般取值为滤波电容的1/5-1/10，可根据实际效果进行调整。
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今天针对不同的应用场景，介绍三种使用分立元件搭建的ldo：
1.低成本 2.输出电压可调 3.精确输出
原理不难，但若使电路可用，需认真设定每个元件的参数，let’s do it
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文章中的实验通过multisim软件进行仿真，有需要的同学自取↓
使用三种电路分别实现：
1、相对于ldo芯片实现更低成本; 2、输出电压可调； 3、随着负载加大依然可以保证精确输出。
ldo电路基本原理
在介绍电路之前，需要先说明一下ldo电路工作的基本原理↓
电路三极管的ce承受不需要的电压，也就是vin-vout，将这些多余的能量以热能的形式挥发出去(在使用ldo电路时保证封装符合散热要求)。
利用稳压管，在三极管b与gnd之间形成稳定电压，由三极管be约0.6v的压降后形成输出电压。
如何实现稳压？
当负载存在波动， vout过高，则ube减小，三极管uce增大，vout减小； vout过低，ube增大，则三极管uce减少，vout增高； 如此实现稳压的目的。
ldo的基本原理我们知道后，下面介绍三种分立元件搭建的ldo电路！在文章的最后我会说明各个元器件的作用与取值。
1.低成本的ldo电路
先贴出电路图和结果↓
下图中 蓝色为输入15v（加入1v/50hz 输入干扰），黄色为输出为12v。
通过实验我们可以看到输入的纹波经过ldo电路后被削弱了很多，这也就是ldo电路的优势！
下面我们就来对比一下使用ldo芯片和分立元件所搭建的电路的成本↓
输出端滤波电容c3、c2由于无论是l7805还是分立元件搭建，都要有，所以不在成本比较的范围内，l7805一枚的成本市场价在0.5-1元。
使用分立元件搭建的ldo约0.22元，为更低成本的选择。
2.输出电压可调的ldo电路
在上文所介绍的低成本ldo电路可以满足固定输出电压条件下的应用需求，但是若我们要求输出电压可调的ldo又应该怎么实现呢？电路图如下↓
↑图中的电路即为输出电压可调的ldo电路，将稳压管替代为普通二极管in4007（其他的普通二极管也可以），并增加了三级管q2、电阻r3、r4用于输出电压的调节。
输出电压的计算与调节原理：
输出电压通过r3、r4分压后，r4的对地电压等于三极管q2基极的对地电压。 我们近似的认为q2 be的导通电压和d2的导通电压均为0.6v，那么r4的对地电压就固定为1.2v。
＝＞ vout*r4/（r4＋r3）＝1.2v ＝＞ vout＝1.2v *（1+r3/r4）
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若输出vout = 6v ，则q1的基极电压vq1b = 6.6v，则电阻r2流过的电流为（12-6.6）/ 1k = 5.4ma。
当输出电流iout=100ma时，q1的基极电流iqb1 = 2ma,则由节点电流法可知q2的c级以及e级电流为3.4ma,那么q2基极电流应该为170ua左右，则反馈电阻r3、r4流过的电流应远远大于170ua，所以1-2ma比较合适。
则r4取值为1k。若要输出6v那么通过vout＝1.2v *（1+r3／r4）计算得知r3为4k，通过输出结果校正后当r4=1k、r3=3.65k时输出为6v，当需要调整输出端电压时通过调整r3即可。
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1n4468的参数如下↓
我们重点看izk，也就是最小稳压电流，这里是1ma，只有在iz大于1ma时 稳压二极管才能稳压，我们为保险起见，取2ma。
=>那么原理图中的r1 = （15-13）/0.002 = 1k；
=>稳压二极管的功耗 = 0.002*13 = 0.026w;
=>电阻的功耗 = (0.002+ib)*2。ib 约为 ic/80，也就是0.6ma左右。
=>则 电阻功耗= (0.003)*2 = 0.006w;
功耗很小，稳压二极管的功耗和电阻封装都满足功耗要求。
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