眾所周知，開(kāi)關(guān)電源的效率很高，但是輸出電壓有紋波，噪聲很大，不能直接接入單片機(jī)控制電路中，而一般選擇的方案都是在開(kāi)關(guān)電源的輸出端接一級(jí)LDO低壓差線性穩(wěn)壓電源，可以保證輸出到單片機(jī)中的電壓很穩(wěn)定，而且在進(jìn)行AD采樣時(shí)減小誤差，如果直接把開(kāi)關(guān)電源輸出接到單片機(jī)的供電端，由于開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓有紋波會(huì)導(dǎo)致AD采樣不準(zhǔn)確，另一個(gè)最大的隱患就是會(huì)直接燒毀單片機(jī)，為什么會(huì)這樣呢？

假設(shè)開(kāi)關(guān)電源短路或者故障，一般情況下都是輸入電壓等于輸出電壓，這么一個(gè)高的電壓直接接到單片機(jī)的電壓輸入端會(huì)瞬間損毀單片機(jī)，且給維修帶來(lái)很大的麻煩，如果把開(kāi)關(guān)電源的輸出端接一個(gè)低壓差線性穩(wěn)壓電源，可以起到保護(hù)單片機(jī)的作用，低壓差線性穩(wěn)壓電源起到一個(gè)緩沖的做用。

下面介紹一下低壓差線性穩(wěn)壓電源。

LDO是低壓差線性穩(wěn)壓器，簡(jiǎn)稱線性穩(wěn)壓電源。低壓差線性穩(wěn)壓器，工作原理是一個(gè)工作在線性區(qū)的晶體管或者MOSFET,由兩個(gè)電阻構(gòu)成的分壓，經(jīng)過(guò)放大器放大后，與VREF進(jìn)行對(duì)比，實(shí)現(xiàn)對(duì)VOUT的調(diào)整。在電子電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，大大小小的電路板基本上都會(huì)用到低壓差線性穩(wěn)壓電源，因?yàn)榈蛪翰罹€性穩(wěn)壓電源具有輸出精度高，電路簡(jiǎn)單，價(jià)格低等優(yōu)勢(shì)。

如果想要使用分離器件搭建一個(gè)低壓差線性穩(wěn)壓電源那需要怎么操作呢？

首先我們要知道低壓差線性穩(wěn)壓電源的輸入輸出電壓需要有一個(gè)最低壓差至少需要輸入高于輸出電壓2V---3V.

假設(shè)我們現(xiàn)在要設(shè)計(jì)一個(gè)輸出+5V、100mA的電源，輸入電壓+12V，那看一下圖一這個(gè)電路圖，穩(wěn)壓管D101是一個(gè)5V1的，實(shí)際浮動(dòng)電壓是5V1---5V2，因?yàn)榉€(wěn)壓管的精度不高，我們就認(rèn)為是輸出5V，而穩(wěn)壓管需要正常工作的話需要流過(guò)穩(wěn)壓管的電流2mA以上或者穩(wěn)壓管上的電壓高于標(biāo)稱電壓，那我們看一下輸出電壓確定下來(lái)了，那100mA的電流怎么確定呢？是不是由這個(gè)R101限流電阻決定電流的大小呢？

即：R101=（Vin-Vo）/Io=(12V-5V)/100mA=70Ω，如圖二示，那R101上的功率是多少呢？Pr=Io*Io*R101=0.1*0.1*70=0.7W，那這個(gè)0.7W的功率消耗就白白浪費(fèi)掉了，這不是我們希望看到的，那這個(gè)電路怎么改進(jìn)呢？我們知道什么器件有放大電流的能力啊，是不是三極管呢？

那我們來(lái)改進(jìn)一下這個(gè)電路。

（▲圖一）

（▲圖二）

看一下圖三這個(gè)變化后的電路圖，在穩(wěn)壓管的基礎(chǔ)上加了一個(gè)三極管放大電流，降低功耗,我們一起來(lái)分析一下這個(gè)電路的工作過(guò)程，假設(shè)三極管放大倍數(shù)β=100.

首先看一下穩(wěn)壓管這個(gè)電路，穩(wěn)壓管要想工作穩(wěn)定需要流過(guò)至少2mA的電流，流過(guò)電流越大穩(wěn)壓管電壓越穩(wěn)定，而想要三極管上流過(guò)100mA的電流，則Ib需要保持1mA,那也就是說(shuō)支路I上至少流過(guò)3mA的電流，為了電壓穩(wěn)定我們?nèi)?mA.

（▲圖三）

計(jì)算R102=(vin-5v8)/4mA=(12V-5V8)/4mA=1.55K,我們?nèi)∫粋€(gè)標(biāo)稱的電阻值R102=1K5,重新計(jì)算一下電流I=(vin-5v8)/1K5=(12V-5V8)/1K5=4.1mA電流,穩(wěn)壓管分的3mA，Ib分1mA電流，如圖四示，也是可以接受的。

（▲圖四）

那確定完電阻值后，來(lái)看一下這個(gè)三極管如何選擇？首先需要Ic能流過(guò)100mA的電流，那選擇三極管的Ic時(shí)需要留有余量,一般情況留1.2倍余量就可以，也就是說(shuō)選擇的時(shí)候Ic電流至少是120mA，那三極管上的壓降是多少呢？

輸入12V,輸出5V三極管壓降7V，Pq=U*I=7V*120mA=840mW,那來(lái)看一下長(zhǎng)電的NPN型三極管PZT2222A（這里只是舉例說(shuō)明，并無(wú)宣傳之意）

（▲圖五）

看圖中紅框內(nèi)容：Veb是指射極到基極的反向耐壓，使用三極管時(shí)一定要注意這個(gè)電壓值，否則一不小心就損壞三極管，并且是不可逆的，Ic=600mA，而我們需要的是120mA,那Ic電流沒(méi)有問(wèn)題，Pc=1W,而我們需要840mW，也是滿足要求的并且留有余量，三極管封裝SOT-223，繪制PCB圖時(shí)注意引腳順序需要和原理圖一一對(duì)應(yīng)。

電路參數(shù)確定后，如圖六示，來(lái)分析一下這個(gè)電路實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程：12V電源通過(guò)R111給穩(wěn)壓管和是三極管基極供電，穩(wěn)壓管流過(guò)2mA電流，穩(wěn)壓管被反向擊穿，生成一個(gè)5V8的電壓在三級(jí)管的基極，而Ib=1mA那Ic=Ib*β=100mA,Ic給后面的電容充電，直到充到5V，那為什么后面的輸出電壓是5V而不是4V或6V呢？

來(lái)看一下三極管基極和射極的關(guān)系，是不是射極跟隨電路，那E極電位跟隨B極電位有一個(gè)0.7V的壓降，B極是穩(wěn)壓管的電壓5V7，那E極就是5V.

（▲圖六）

如圖七所示后極負(fù)載有時(shí)候并不是穩(wěn)定的，假設(shè)后極負(fù)載內(nèi)阻突然間減小，需要消耗200mA電流，那三極管是不是無(wú)法提供，因?yàn)槲覀冊(cè)O(shè)計(jì)的Ic只有100mA,那只有后級(jí)電容來(lái)提供這個(gè)瞬間大電流的消耗了，那輸入電流小于輸出電流那電容上的電壓是會(huì)往下降的，B極電壓相對(duì)來(lái)說(shuō)是穩(wěn)定不變的，那E極電壓降低只能是Vbe增大，而Ib也會(huì)隨之增大Ib增大會(huì)讓Ic跟隨增大，假如此時(shí)E極電位高于5V，為5V2時(shí)由于B極電位不變，E極電位上升那Vbe減小，Ib也降低，Ic也會(huì)降低，E極電位隨之下降，假設(shè)E極降至4V9那又會(huì)引起Vbe增大，E點(diǎn)上升，經(jīng)過(guò)幾次調(diào)節(jié)之后最終電容上會(huì)輸出一個(gè)波動(dòng)的5V，在加一個(gè)104小電容進(jìn)行一次濾波會(huì)使得輸出更平穩(wěn)些。

（▲圖七）

穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓精度不是很好，雖然穩(wěn)壓管內(nèi)部有結(jié)電容，但是穩(wěn)定的電壓還是波動(dòng)很大，而我們這里B極，電壓波動(dòng)勢(shì)必會(huì)影響輸出電壓，那怎樣才能使穩(wěn)壓管的輸出電壓穩(wěn)定呢？

電容兩端電壓不能突變，具有穩(wěn)壓作用，所以需要在穩(wěn)壓管的兩端接一個(gè)小電容穩(wěn)定一下電壓，這樣分立器件搭建的LDO電路輸出會(huì)更穩(wěn)定，同時(shí)可以在三極管上反向并聯(lián)一個(gè)二極管，二極管使用普通1N4148就行，用于掉電時(shí)候?qū)敵鲭娙菘焖俜烹姡烹娀芈肥禽敵鲭娙輰?duì)電源地放電，最終電路下圖八示。

（▲圖八）

　　審核編輯：湯梓紅