用分立元件搭的LDO
误差放大
调整元件
基准电压 取样电路
工作 原理
• 电路开始启动，恒流源电路给整个电路提供偏置，基准源电 压快速建立
• 输出随着输入不断上升，输出达到规定值 • 误差放大器将输出反馈电压和基准电压之间的误差小信号进
行放大，再经调整管放大到输出，从而形成负反馈，保证了 输出电压稳定 • 输入电压变化或输出电流变化，这个闭环回路将使输出电压 保持不变
电源小2——3V(轨到轨运放输 出电压可接近电源电压）
2输.运出VD放电S=带流1.负1520载V几能毫力安很，弱大，的一也般就 100m1A.7左8V右，而且贵
+1+.18.V8V_L_LDDOO
取样电路
可以看成一个带负 载能力很强（输出 大电流）的运放
取样后接入负 端形成负反馈
共漏放大
g Vi
带启动电路的自偏置
电路开始上电，由于上半部分镜 像电流源处于零电流状态，节 点1处于高电位，同样下半部分 也处于零电流状态，节点3处于 低电位，MP1导通，2节点电位 被拉高，MN1导通，这样节点1 被拉低，说明镜像电流源中的 管子导通，有电流流过偏置
电路，电流持续上升，当到达工作点B时，节点3被拉 高，将MP1关断，节点2电位下降，直到MN1关断， 这样启动电路完全脱离偏置电路，偏置电路稳定的工 作在工作点B处。
电流（提供给误差放大器、基准电压源和采样电 阻）与调整管的驱动电流组成，可以表示为
IQ=Iin-Io
对于双级型晶体管，静态 电流随着负载电流成比例 的增加，因为双级型晶体 管是电流驱动器件
对于MOS管，静态电流很 小，几乎不随负载的变化 而变化，几乎是一个恒定 值，因为MOS管是电压驱 动器件
PNP LDO的地脚电流会比较高。在 满载时，PNP管的β值一般是15～20。 也就是说LDO的地脚电流一般达到负 载电流的7% 。达林管和准LDO的静 态电流较小。在应用中如果对静态电
VOUT=（R1+R2）/R2 * Vref
集成LDO结构图
齐纳二极管或 带隙基准源
传统线性稳压 器调整管
达林顿管 PNP管 PMOS NMOS
实际电路比原理框图多 了启动电路和保护电路
过流保护
热保护
一些复杂的LDO还会 加过压保护、欠压保 护、反接保护等
基准电压源
• 对输出电压影响最大 • 稳定性好，低温漂，高精度，内阻小 • 带隙基准电压源
线性电源
开关电源
• 优点 外围器件少，PCB面 积小，花费少 无开关噪声，纹波小
• 缺点 降压输出 效率低，功耗大
优点 可升压、可降压 效率高，功耗小
缺点 设计更复杂，外围器 件多，花费也较高 输出纹波大
线性稳压器原理框图
+
调整元件
Ui
误差放大
取
负
UL
-
基准电压
样
载
• 调整元件 • 基准电压源 • 误差放大器 • 反馈网络（取样电路）
2.6V
P2
2P.45V
P1
P5
2.4V
VGS=2.3V
1.2 1.6 2.0 VDS/V
3. 反馈电压降低，放大器输出(VG)增大
4. 共源放大，0<AV<1。VS(VO)增大，VGS 增大，VDS减小，ID增大。工作点移到P3
5. VF与VREF之差趋于0，个系统恢复了平
LDO频率补偿
• 所有稳压器都使用反馈回路（Feedback Loop）以保持输出电压的稳定。 反馈信号 在通过回路后都会在增益和相位上有所改变 ，通过在单位增益（Unity Gain，0dB）频 率下的相位偏移总量来确定回路的稳定性。
调整管
• LDO 稳压器（LDO regulators）
在LDO(Low Dropout)稳压器中，导通管是一个 PNP管。LDO的最大优势就是PNP管只会带来 很小的导通压降，满载的 跌落电压的典型值小于 500mV，轻载时的压降 仅有10～20mV。LDO 的压差为： Vdrop ＝ Vsat
带 隙 基 准 原 理 图
VREF
n
R2 R1
ln m VT
VEB3
误差放大器
• 误差放大一般采 用三级结构，与 集成运放相似
• 差分输入级提电 路共模抑制比，并且输入电阻很大
• 电压放大级进一步提高电路增益 • 输出级一般除了提高电路增益外，最主要的作
用是提高输出摆幅，最大可能的减小输出电阻 • 偏置电路为电路的三部分提供合适的静态工作
VREF VBE KVT
K=2.2/0.085=23.5，在 理论实现零温度系数
VREF 0.65 0.026 23.5 1.26V
由于该电压等于硅的带隙电压（外推到绝对温度）， 所以这类基准电路也叫“带隙”基准电路。
注：实际上利用的不是带隙电压，有些Bandgap结构输出电压与带隙电压也不一致
Vin Vout Vin
Q1 Vin+
Cin
Vin-
L1 Vin+
Cin
VinVin+
Cin Vin-
Q1 D1
L1 D1
V o ut + Cout
D1 Q1
V o ut V o ut + Cout
V o ut -
L1
D1Βιβλιοθήκη V o ut +Q2
Cout
V o ut -
线性电源、开关电源 哪个更好？？
德州仪器（TI）电压差定义为输 出电压较其标称值跌落2％的输 入、输出电压的差值.其它的如， 美信（Maxim），圣邦微电子 (SGMC)电压差定义为输出电压 较其标称值小于100mV时的输 入、输出电压的差值
静态电流
• 静态电流定义为输入输出电流之差，它反映了 LDO内部电路的功率消耗，静态电流主要由偏置
Charge pump (inductor less DC-DC) DC-DC (inductor)
Charge pump（电荷泵）
• 原理
VIN
Cin
SHDN
CONTROL / CLOCK
S1
S3
S2
S4
GND
C+
Cfly
CVOUT
Cout
倍压电荷泵示意图 (Vout = 2 x Vin)
倍压电荷泵
注意：一个极点只能增加－ 90°的相移，所以最少需 要两个极点来到达－180° （不稳定点）。
零点（ZEROS）
• 零点（Zero）定义为在增益曲线中斜度为＋ 20dB/十倍频程的点。零点产生的相移为0到 ＋90°，在曲线上有＋45°角的转变。必须 清楚零点就是“反极点”
（Anti-pole）,它在增益 和相位上的效果与极点 恰恰相反。在LDO稳压 器的回路中添加零点可 以抵消极点。
id VDD
d
s
R
VO
Vi Vo
Vg Vo ↓
取样后接入正 端形成负反馈
调整管工作原理
ID/mA
400
3.0V 2.9V
P3 2.7V
300
2.8V
200
1.LDO正常工作在点P1
2. 负载电阻降低，输出电流增大， 输出电压Vo降低，VGS增大，VDS 增大，工作点移动到P2
100
0 0
0.4 0.8
点偏置。
调整管
• NPN 稳压器（NPN regulators） 在NPN稳压器的内部使用一个 PNP管来驱动 NPN 达林顿管（NPN Darlington pass transistor），输入输 出之间存在至少1.5V～ 2.5V的压差（dropout voltage）。这个压差为： Vdrop ＝ 2Vbe ＋Vsat
LDO频率响应
1
f p1 2 ROCO
1
f 2 R C fp3
1
2 Rpoa2Cpar
ESR b
fz
1
2 RESRCO
LDO主要参数
• 压差 • 静态电流 • 待机电流 • 瞬态响应 • 线性调整率 • 负载调整率 • 电源抑制比 • 精度 • 功耗
压差
• 压差是LDO线性稳压器最重要的参数，它是指系 统能够调节地，使输出稳定在期望输出的最小输 入电压和输出电压值差，也就是说这个输入电压 将是系统能够调整地最小输入电压，比这更小的 电压，输入与输出将成线性关系下降，这一临界 输入电压值去期望输出值所得的结果，就是ＬＤ Ｏ线性稳压器的压差电压。
流的消耗比较苛刻的话，最好是采用 MOS管作为调整管的LDO
待机电流
• 待机电流是指带有使能信号的LDO，当该 信号关闭的时候LDO消耗的电流。参考电 压和误差放大器同样也处于不供电的状态 。可以进一步减小功耗。
PMOS的漏端与负载并联使得输出端是一个 高阻抗节点，LDO的输出阻抗大且受负载电 阻影响。输出端会给系统引入一个位于低频 段的极点，为系统的稳定性带来影响。
分立元件搭的LDO
LDO工作原理
基准电压
误加差三放极大管或MOS 起扩流作用
4.24V
VGS=2.46V
为什么不直接使用运放？
1.一般的调运放整输元出电件压比电源
• 引入反馈的电路必须考虑回路稳定性问题。 负反馈越深，也容易自激振荡。为了提高放 大器在深度负反馈条件下的工作稳定性，一 般采用的消振方法为频率补偿（相位补偿）
极点（POLES）
• 极点（Pole）定义为增益曲线(Gain curve)中斜度 （Slope）为－20dB/十倍频程的点（图9：波特 图中的极点）。每添加一个极点，斜度增加20dB/ 十倍频程。增加n个极点，n ×（－20dB/十倍频 程）。每个极点表示的相位偏移都与频率相关， 相移从0到－90°（增加极点就增加相移）。最 重要的一点是几乎所有由极点（或零点）引起的 相移都是在十倍频程范围内。