线性稳压器LDO原理
线性稳压器这是一种极其基础且重要的电源管理器件，其工作原理与开关稳压器截然不同。
一、核心定义
线性稳压器是一种通过线性、连续的方式调节输入与输出电压之差的直流稳压器。它利用工作在线性区的晶体管（BJT或MOSFET）作为可变电阻，通过改变自身的等效电阻来分压，从而在输出端得到一个稳定、纯净的电压。
可以把它想象成一个智能的、自动调节的可变电阻：当输入电压或负载变化时，它会立即调整自己的“阻值”，以保证输出电压始终恒定。
二、工作原理
线性稳压器通常由四个部分组成：
1. 误差放大器
2. 电压参考源
3. 串联调整管
4. 反馈电阻网络
其核心是一个闭环负反馈控制系统，工作原理如下图所示：
三、工作流程：
1. 采样：反馈电阻网络（R1和R2）对输出电压
"V_OUT" 进行分压，得到一个采样电压
"V_FB"。
2. 比较：误差放大器将采样电压
"V_FB" 与一个极其稳定的基准电压
"V_REF" 进行比较。
3. 调节：
* 如果
"V_FB" <
"V_REF"（意味着
"V_OUT" 偏低），误差放大器会增大输出，驱动调整管降低其等效电阻，从而使
"V_OUT" 升高。
* 如果
"V_FB" >
"V_REF"（意味着
"V_OUT" 偏高），误差放大器会减小输出，驱动调整管增大其等效电阻，从而使
"V_OUT" 降低。
4. 稳定：这个闭环系统不断进行微调，最终使
"V_FB" 无限接近于
"V_REF"，从而将输出电压稳定在
"V_OUT = V_REF * (1 + R1/R2)"。
四、关键参数与特性
1. 压差
* 定义：维持稳压所需的最低输入-输出电压差（
"V_IN - V_OUT"）。
* 重要性：这是线性稳压器最重要的参数之一。例如，一个压差为0.5V的LDO，要输出3.3V，输入电压必须至少为3.8V。否则， regulator 将失去稳压功能，输出电压会随输入电压跌落。
* LDO：低压差线性稳压器是一种特殊的线性稳压器，其压差非常低（可达100mV以下），非常适合输入输出电压接近的场景（如从锂电3.7V输出3.3V）。
2. 效率
* 计算：效率
"η = (P_OUT / P_IN) * 100% = (V_OUT * I_LOAD) / (V_IN * I_LOAD) * 100% = (V_OUT / V_IN) * 100%"。
* 结论：效率完全由输入输出电压比决定。当
"V_IN" 远大于
"V_OUT" 时，效率会非常低，且所有未被输出的能量都以热量的形式耗散在调整管上（功耗
"P_LOSS = (V_IN - V_OUT) * I_LOAD"）。这是线性稳压器最大的缺点。
3. 电源抑制比
* 定义：衡量稳压器抑制输入电源上的纹波和噪声，使其不传递到输出端的能力。PSRR越高，对噪声的抑制能力越强。
* 重要性：这是线性稳压器相对于开关稳压器的核心优势。在高频下，LDO可以提供40dB、60dB甚至更高的抑制比，能产生极其“干净”的电源，为对噪声敏感的模拟电路、RF模块、音频编解码器等供电。
4. 噪声
* 线性稳压器自身也会产生少量噪声，主要来自基准电压源和误差放大器。对于超低噪声应用，需要选择专门的低噪声LDO。
五、优缺点总结
优点 缺点
电路简单，外部通常只需1-2个电容 效率低，尤其当输入输出电压差很大时
低噪声，输出纹波极小 发热严重，功耗以热量形式耗散，可能需加散热器
高速响应，对负载瞬变响应快 只能降压，不能升压或反相
低成本 输入电压必须始终高于输出电压
六、与开关稳压器的对比与应用场景
特性 线性稳压器 (LDO) 开关稳压器 (DCDC)
工作原理 线性调节，可变电阻分压 开关调节，通过储能元件（电感、电容）转换能量
效率 低，由压差决定 高（通常 >85%），与压差无关
噪声 极低，高PSRR 高，有开关纹波和EMI问题
尺寸 小（无电感） 大（需要电感和多个电容）
成本 低 相对较高
典型应用 1. 为噪声敏感电路供电<br> - 模拟传感器<br> - RF和音频电路<br> - ADC/DAC的参考电压<br>2. 后级稳压<br> - 用于开关电源之后，进一步降低噪声和纹波<br>3. 小电流、低压差应用<br> - 设备待机电源 1. 为主芯片供电<br> - CPU、GPU、FPGA核心电源<br>2. 大电流、高效率应用<br> - 电池供电设备<br>3. 输入输出电压差大的场景
七、总结
线性稳压器（尤其是LDO）是电子系统中的 “精调电源” 和 “净化器”。虽然其效率低下，无法胜任高功率、大压差的主功率转换任务，但其简单、低噪声、高PSRR的特性，使其在以下场景中不可替代：
* 为对噪声敏感的模块提供“清洁”的电源。
* 作为开关电源的后级，进一步滤除纹波。
在现代复杂的电子系统中，开关稳压器和线性稳压器往往协同工作，各司其职：开关稳压器负责高效地完成“粗调”和大部分功率转换，而LDO则负责最终的“精调”和噪声过滤，共同为系统提供高质量的电能。