LDO内部电路分析--关于运算放大器

Question

关于LDO内部电路的分析，

在百科上，是这么讲的：
如右图所示，该LDO电路由串联调整管VT、取样电阻R1和R2、比较放大器A组成。
取样电压加在放大器A的同相输入端，与加在反相输入端的基准电压Uref相比较，两者的差值经放大器A放大后，控制串联调整管的压降，从而稳定输出电压。当输出电压Uout降低时，基准电压与取样电压的差值增加，比较放大器输出的驱动电流增加，串联调整管压降减小，从而使输出电压升高。相反，若输出电压Uout超过所需要的设定值，比较放大器输出的前驱动电流减小，从而使输出电压降低。供电过程中，输出电压校正连续进行，调整时间只受比较放大器和输出晶体管回路反应速度的限制。

问题：
1、运放净输入电压增大，输出电流会变小？
2、为什么调整管用了PNP管？
3、LDO电路与串联型稳压电路有什么不同？

Answer 1

我来回答你吧。
这个电路的关键在于调整管状态的分析，首先回答你第三个问题，
LDO也就是低压差线性稳压电源与串联型稳压电源最大的不同在于，调整管的工作状态。
LDO中的调整管工作在饱和状态，运放控制的是饱和程度的高低，而串联型稳压电源，调整管工作在放大状态。这也就可以解释，为什么LDO的压差能做得那么小。很明显，三极管处于放大状态时，UCE至少要有1V以上，一般都是好几V。而饱和状态下，一般只有零点几V。这也就是低压差的根本原因。
再回答你的第一个问题，运放净输入增大，输出自然增大。这样就导致发射结UBE电压减小，根据三极管输入特性曲线，UBE下降，则IB自然减小。再看输出特性曲线，IB减小后，在饱和区，IC也跟着大幅度下降，而整个电路的输出电流就是由调整管的IC电流决定的。
之所以选用PNP管，也是跟状态有关系，PNP 管子做开关更容易（单片机驱动输出就经常这么做），只要运放输出介于发射极、集电极电压之间（确保发射结正偏，集电结正偏即可），而且由于需要变化的范围小，比较容易控制调整管的饱和程度。用NPN做开关，陷入饱和状态，理论上也可以，但是你自己看一下，此时它的饱和控制比较困难，一方面是运放输出，另一方面是，UE的电压（E刚好又在输出端） ，两者合成对UBE的控制，很困难。另外一点，从三极管的使用来看，三极管的集电极面积最大，最适合带负载，所以一般电路用三极管驱动的话，负载都在集电极上，而用NPN管的话，负载是在发射极上。这就导致了一个后果，你仔细看看，LDO往往可以用比较小的三极管实现比较大的电流输出，而NPN型电源，使用的管子很大，输出却很一般。相比之下，PNP型管的使用效率更高，成本也更低。
从这个问题看，其实你只要对三极管特性掌握好一些，就可以自行分析了。

Answer 2

1：输入电流的确变小，由于这是个负反馈的回路。净输入电压升高，意味着Vout比参考电压高，需要减小电源对输出提供的能量。这就通过运放调整调（减小）PNP基极电流来控制减小输出电流，以达到动态的平衡。
2：用PNP管的是要注意LDO含义，叫低压差线性稳压电源，强调输入和输出低压差；如果如果采用NPN结构的话由于Vbe需要大于0.6，所以Vout最大值只能在Vdd-0.6一下。这不仅限制了输出的电压范围，更降低了电路的效率（LDO的效率=vo/vin）；而是用P管我们不需要担心这个其输出范围为（Vdd-I*Rpnp）；

3：串联型稳压电路属于开关电源，即buck结构，其调整管处于开关状态（LDO处于线性调整状态），而且需要额外的电感、二极管；二者应用范围不同；各有优缺点；
PS：如果楼主从事电路设计的话，请看看《A Frequency Compensation Scheme for LDO Voltage Regulators 》，很好的paper