LDO穩(wěn)壓器工作原理

隨著便攜式設(shè)備（電池供電）在過(guò)去十年間的快速增長(zhǎng)，象原來(lái)的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn) LM340 和 LM317 這樣的穩(wěn)壓器件已經(jīng)無(wú)法滿足新的需要。這些穩(wěn)壓器使用NPN 達(dá)林頓管，在本文中稱其為NPN 穩(wěn)壓器（NPN regulators）。預(yù)期更高性能的穩(wěn)壓器件已經(jīng)由新型的低壓差（Low-dropout）穩(wěn)壓器（LDO）和準(zhǔn)LDO穩(wěn)壓器（quasi-LDO）實(shí)現(xiàn)了。

NPN 穩(wěn)壓器（NPN regulators）

在NPN穩(wěn)壓器（圖1：NPN穩(wěn)壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖）的內(nèi)部使用一個(gè) PNP管來(lái)驅(qū)動(dòng) NPN 達(dá)林頓管（NPN Darlington pass transistor），輸入輸出之間存在至少1.5V～2.5V的壓差（dropout voltage）。這個(gè)壓差為：

Vdrop ＝ 2Vbe ＋Vsat（NPN 穩(wěn)壓器） （1）

LDO 穩(wěn)壓器（LDO regulators）

在LDO(Low Dropout)穩(wěn)壓器（圖2：LDO穩(wěn)壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖）中，導(dǎo)通管是一個(gè)PNP管。LDO的最大優(yōu)勢(shì)就是PNP管只會(huì)帶來(lái)很小的導(dǎo)通壓降，滿載（Full-load）的跌落電壓的典型值小于500mV，輕載（Light loads）時(shí)的壓降僅有10～20mV。LDO的壓差為：

Vdrop ＝ Vsat （LDO 穩(wěn)壓器） （2）

準(zhǔn)LDO 穩(wěn)壓器（Quasi-LDO regulators）

準(zhǔn)LDO（Quasi-LDO）穩(wěn)壓器（圖3： 準(zhǔn) LDO 穩(wěn)壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖）已經(jīng)廣泛應(yīng)用于某些場(chǎng)合，例如：5V到3.3V 轉(zhuǎn)換器。 準(zhǔn)LDO介于 NPN 穩(wěn)壓器和 LDO 穩(wěn)壓器之間而得名， 導(dǎo)通管是由單個(gè)PNP 管來(lái)驅(qū)動(dòng)單個(gè)NPN 管。 因此，它的跌落壓降介于NPN穩(wěn)壓器和LDO之間：

Vdrop ＝ Vbe ＋Vsat （3）

穩(wěn)壓器的工作原理（Regulator Operation）

所有的穩(wěn)壓器，都利用了相同的技術(shù)實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定（圖4：穩(wěn)壓器工作原理圖）。輸出電壓通過(guò)連接到誤差放大器（Error Amplifier）反相輸入端（Inverting Input）的分壓電阻（Resistive Divider）采樣（Sampled），誤差放大器的同相輸入端（Non-inverting Input）連接到一個(gè)參考電壓Vref。 參考電壓由IC內(nèi)部的帶隙參考源(Bandgap Reference)產(chǎn)生。 誤差放大器總是試圖迫使其兩端輸入相等。為此，它提供負(fù)載電流以保證輸出電壓穩(wěn)定：

Vout = Vref(1 + R1 / R2) （4）

性能比較(Performance Comparison)

NPN，LDO和準(zhǔn)LDO在電性能參數(shù)上的最大區(qū)別是：跌落電壓（Dropout Voltage）和地腳電流（Ground Pin Current）。跌落電壓前文已經(jīng)論述。為了便于分析，我們定義地腳電流為Ignd （參見(jiàn)圖4），并忽略了IC到地的小偏置電流。那么，Ignd等于負(fù)載電流IL除以導(dǎo)通管的增益。

NPN 穩(wěn)壓器中，達(dá)林頓管的增益很高（High Gain）， 所以它只需很小的電流來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載電流IL。這樣它的地腳電流Ignd也會(huì)很低，一般只有幾個(gè)mA。 準(zhǔn)LDO也有較好的性能，如國(guó)半（NS）的LM1085能夠輸出3A的電流卻只有10mA的地腳電流。

然而，LDO的地腳電流會(huì)比較高。在滿載時(shí)，PNP管的β值一般是15～20。也就是說(shuō)LDO的地腳電流一般達(dá)到負(fù)載電流的7%。

NPN穩(wěn)壓器的最大好處就是無(wú)條件的穩(wěn)定，大多數(shù)器件不需額外的外部電容。 LDO在輸出端最少需要一個(gè)外部電容以減少回路帶寬（Loop Bandwidth）及提供一些正相位轉(zhuǎn)移（Positive Phase Shift）補(bǔ)償。 準(zhǔn)LDO一般也需要有輸出電容，但容值要小于LDO的并且電容的ESR局限也要少些。

反饋及回路穩(wěn)定性（Feedback and Loop Stability）

所有穩(wěn)壓器都使用反饋回路（Feedback Loop）以保持輸出電壓的穩(wěn)定。 反饋信號(hào)在通過(guò)回路后都會(huì)在增益和相位上有所改變，通過(guò)在單位增益（Unity Gain，0dB）頻率下的相位偏移總量來(lái)確定回路的穩(wěn)定性。

波特圖（Bode Plots）

波特圖(Bode Plots)可用來(lái)確認(rèn)回路的穩(wěn)定性，回路的增益（Loop Gain，單位：dB）是頻率（Frequency）的函數(shù)（圖5：典型的波特圖）。 回路增益及其相關(guān)內(nèi)容在下節(jié)介紹。 回路增益可以用網(wǎng)絡(luò)分析儀（Network Analyzer）測(cè)量。 網(wǎng)絡(luò)分析儀向反饋回路(Feedback Path)注入低電平的正弦波(Sine Wave)，隨著直流電壓（DC）的不斷升高， 這些正弦波信號(hào)完成掃頻，直到增益下降到0dB。然后測(cè)量增益的響應(yīng)（Gain Response）。

波特圖是很方便的工具，它包含判斷閉環(huán)系統(tǒng)（Closed-loop System）穩(wěn)定性的所有必要信息。 包括下面幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)：環(huán)路增益（Loop Gain），相位裕度（Phase Margin）和零點(diǎn)（Zeros）、極點(diǎn)（Poles）。

回路增益（LOOP GAIN）

閉環(huán)系統(tǒng)（Closed-loop System）有個(gè)特性稱為回路增益（Loop Gain）。在穩(wěn)壓電路中，回路增益定義為反饋信號(hào)（Feedback Signal）通過(guò)整個(gè)回路后的電壓增益（Voltage Gain）。為了更好的解釋這個(gè)概念，LDO的結(jié)構(gòu)框圖（圖2）作如下修改（圖6：回路增益的測(cè)量方法）。

變壓器（Transformer）用來(lái)將交流信號(hào)（AC Signal）注入（Inject）到“A”、“‘B”點(diǎn)間的反饋回路。借助這個(gè)變壓器，用小信號(hào)正弦波（Small-signal Sine Wave）來(lái)“調(diào)制”（modulate）反饋信號(hào)。可以測(cè)量出A、B兩點(diǎn)間的交流電壓（AC Voltage），然后計(jì)算回路增益?；芈吩鲆娑x為兩點(diǎn)電壓的比（Ratio）：

Loop Gain ＝ Va / Vb （5）

需要注意， 從Vb點(diǎn)開(kāi)始傳輸?shù)男盘?hào)， 通過(guò)回路（Loop）時(shí)會(huì)出現(xiàn)相位偏移（Phase Shift），最終到達(dá)Va點(diǎn)。相位偏移（Phase Shift）的多少?zèng)Q定了回路的穩(wěn)定程度（Stability）。

反饋（FEEDBACK）

如前所述，所有的穩(wěn)壓器都采用反饋（ Feedback）以使輸出電壓穩(wěn)定。輸出電壓是通過(guò)電阻分壓器進(jìn)行采樣的（圖6），并且該分壓信號(hào)反饋到誤差放大器的一個(gè)輸入端，誤差放大器的另一個(gè)輸入端接參考電壓，誤差放大器將會(huì)調(diào)整輸出到導(dǎo)通管（Pass Transistor）的輸出電流以保持直流電壓（DC Valtage）的穩(wěn)定輸出。

為了達(dá)到穩(wěn)定的回路就必須使用負(fù)反饋（Negative Feedback）。負(fù)反饋，有時(shí)亦稱為改變極性的反饋（degenerative feedback），與源信號(hào)的極性相反（圖7：反饋信號(hào)的相位示意圖）。

負(fù)反饋與源(Source)的極性相反，它總會(huì)阻止輸出的任何變化。也就是說(shuō)，如果輸出電壓想要變高（或變低），負(fù)反饋回路總會(huì)阻止，強(qiáng)制其回到正常值。

正反饋（Positive Feedback）是指當(dāng)反饋信號(hào)與源信號(hào)有相同的極性時(shí)就發(fā)生的反饋。此時(shí)，回路響應(yīng)會(huì)與發(fā)生變化的方向一致。顯而易見(jiàn)不能達(dá)到輸出的穩(wěn)定，不能消除輸出電壓的改變，反而將變化趨勢(shì)擴(kuò)大了。

當(dāng)然，不會(huì)有人在線性穩(wěn)壓器件中使用正反饋。但是如果出現(xiàn)180°的相移，負(fù)反饋就成為正反饋了。

相位偏移（PHASE SHIFT）

相位偏移就是反饋信號(hào)經(jīng)過(guò)整個(gè)回路后出現(xiàn)的相位改變（Phase Change）的總和（相對(duì)起始點(diǎn)）。相位偏移，單位用度（Degrees）表示，通常使用網(wǎng)絡(luò)分析儀（network analyzer）測(cè)量。理想的負(fù)反饋信號(hào)與源信號(hào)相位差180°（如圖8：相位偏移示意圖），因此它的起始點(diǎn)在－180°。在圖7中可以看到這180°的偏置，也就是波型差半周。

可以看到，從－180°開(kāi)始，增加180°的相移，信號(hào)相位回到零度，就會(huì)使反饋信號(hào)與源信號(hào)的相位相同，從而使回路不穩(wěn)定。

相位裕度（PHASE MARGIN）

相位裕度（Phase Margin，單位：度），定義為頻率的回路增益等 0dB（單位增益，Unity Gain）時(shí)，反饋信號(hào)總的相位偏移與－180°的差。一個(gè)穩(wěn)定的回路一般需要20°的相位裕度。

相位偏移和相位裕度可以通過(guò)波特圖中的零、極點(diǎn)計(jì)算獲得。

極點(diǎn)（POLES）

極點(diǎn)（Pole）定義為增益曲線(Gain curve)中斜度（Slope）為－20dB/十倍頻程的點(diǎn)（圖9：波特圖中的極點(diǎn)）。每添加一個(gè)極點(diǎn)，斜度增加20dB/十倍頻程。增加n個(gè)極點(diǎn)，n ×（－20dB/十倍頻程）。每個(gè)極點(diǎn)表示的相位偏移都與頻率相關(guān)，相移從0到－90°（增加極點(diǎn)就增加相移）。最重要的一點(diǎn)是幾乎所有由極點(diǎn)（或零點(diǎn)）引起的相移都是在十倍頻程范圍內(nèi)。

注意：一個(gè)極點(diǎn)只能增加－90°的相移，所以最少需要兩個(gè)極點(diǎn)來(lái)到達(dá)－180°（不穩(wěn)定點(diǎn)）。

零點(diǎn)（ZEROS）

零點(diǎn)（Zero）定義為在增益曲線中斜度為＋20dB/十倍頻程的點(diǎn)（如圖10：波特圖中的零點(diǎn)）。零點(diǎn)產(chǎn)生的相移為0到＋90°，在曲線上有＋45°角的轉(zhuǎn)變。必須清楚零點(diǎn)就是“反極點(diǎn)”（Anti-pole），它在增益和相位上的效果與極點(diǎn)恰恰相反。這也就是為什么要在LDO穩(wěn)壓器的回路中添加零點(diǎn)的原因，零點(diǎn)可以抵消極點(diǎn)。

波特圖分析

用包含三個(gè)極點(diǎn)和一個(gè)零點(diǎn)的波特圖（圖11：波特圖）來(lái)分析增益和相位裕度。

假設(shè)直流增益（DC gain）為80dB，第一個(gè)極點(diǎn)（pole）發(fā)生在100Hz處。在此頻率，增益曲線的斜度變?yōu)椋?0dB/十倍頻程。1kHz處的零點(diǎn)使斜度變?yōu)?dB/十倍頻程，到10kHz處斜度又變成－20dB/十倍頻程。在100kHz處的第三個(gè)也是最后一個(gè)極點(diǎn)將斜度最終變?yōu)椋?0dB/十倍頻程。

圖11中可看到單位增益點(diǎn)（Unity Gain Crossover，0dB）的交點(diǎn)頻率(Crossover Frequency)是1MHz。0dB頻率有時(shí)也稱為回路帶寬（Loop Bandwidth）。

相位偏移圖表示了零、極點(diǎn)的不同分布對(duì)反饋信號(hào)的影響。為了產(chǎn)生這個(gè)圖，就要根據(jù)分布的零點(diǎn)、極點(diǎn)計(jì)算相移的總和。在任意頻率（f）上的極點(diǎn)相移，可以通過(guò)下式計(jì)算獲得：

極點(diǎn)相移 ＝ -arctan(f/fp) （6）

在任意頻率（f）上的零點(diǎn)相移，可以通過(guò)下式計(jì)算獲得：

零點(diǎn)相移 ＝ -arctan(f/fz) （7）

此回路穩(wěn)定嗎？為了回答這個(gè)問(wèn)題，我們根本無(wú)需復(fù)雜的計(jì)算，只需要知道0dB時(shí)的相移（此例中是1MHz）。

前兩個(gè)極點(diǎn)和第一個(gè)零點(diǎn)分布使相位從-180°變到+90°，最終導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)相位轉(zhuǎn)變到-90°。最后一個(gè)極點(diǎn)在十倍頻程中出現(xiàn)了0dB點(diǎn)。代入零點(diǎn)相移公式，可以計(jì)算出該極點(diǎn)產(chǎn)生了－84°的相移（在1MHz時(shí)）。加上原來(lái)的-90°相移，全部的相移是-174°（也就是說(shuō)相位裕度是6°）。由此得出結(jié)論，該回路不能保持穩(wěn)定，可能會(huì)引起振蕩。

NPN 穩(wěn)壓器補(bǔ)償

NPN 穩(wěn)壓器的導(dǎo)通管（見(jiàn)圖1）的連接方式是共集電極的方式。所有共集電極電路的一個(gè)重要特性就是低輸出阻抗， 意味著電源范圍內(nèi)的極點(diǎn)出現(xiàn)在回路增益曲線的高頻部分。

由于NPN穩(wěn)壓器沒(méi)有固有的低頻極點(diǎn)，所以它使用了一種稱為主極點(diǎn)補(bǔ)償（dominant pole compensation）的技術(shù)。方法是，在穩(wěn)壓器的內(nèi)部集成了一個(gè)電容，該電容在環(huán)路增益的低頻端添加了一個(gè)極點(diǎn)（圖12：NPN穩(wěn)壓器的波特圖）。

NPN穩(wěn)壓器的主極點(diǎn)（Dominant Pole）， 用P1點(diǎn)表示， 一般設(shè)置在100Hz處。100Hz處的極點(diǎn)將增益減小為－20dB/十倍頻程直到3MHz處的第二個(gè)極點(diǎn)（P2）。在P2處，增益曲線的斜率又增加了－20dB/十倍頻程。P2點(diǎn)的頻率主要取決于 NPN 功率管及相關(guān)驅(qū)動(dòng)電路， 因此有時(shí)也稱此點(diǎn)為功率極點(diǎn)（Ppower pole）。另外，P2點(diǎn)在回路增益為－10dB處出現(xiàn)，也就表示了單位增益（0dB）頻率處（1MHz）的相位偏移會(huì)很小。

為了確定穩(wěn)定性，只需要計(jì)算0dB頻率處的相位裕度。

第一個(gè)極點(diǎn)（P1）會(huì)產(chǎn)生－90°的相位偏移，但是第二個(gè)極點(diǎn)（P2）只增加了－18°的相位偏移（1MHz處）。也就是說(shuō)0dB點(diǎn)處的相位偏移為－108°，相位裕度為72°，表明回路非常穩(wěn)定。

需要兩個(gè)極點(diǎn)才有可能使回路要達(dá)到－180°的相位偏移（不穩(wěn)定點(diǎn)），而極點(diǎn)P2又處于高頻，它在0dB處的相位偏移就很小了。

LDO 穩(wěn)壓器的補(bǔ)償

LDO穩(wěn)壓器中的PNP導(dǎo)通管的接法為共射方式（common emitter）。它相對(duì)共集電極方式有更高的輸出阻抗。由于負(fù)載阻抗和輸出容抗的影響在低頻程處會(huì)出現(xiàn)低頻極點(diǎn)（low－frequency pole）。此極點(diǎn)，又稱負(fù)載極點(diǎn)（load pole），用Pl表示。負(fù)載極點(diǎn)的頻率由下式計(jì)算獲得：

F(Pl) ＝1 / (2π × Rload × Cout) （8）

從此式可知，LDO不能通過(guò)簡(jiǎn)單的添加主極點(diǎn)的方式實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。為什么? 先假設(shè)一個(gè)5V/50mA的LDO穩(wěn)壓器有下面的條件,在最大負(fù)載電流時(shí)，負(fù)載極點(diǎn)（Pl）出現(xiàn)的頻率為：

Pl ＝ 1 / (2π × Rload × Cout)＝1/(2π × 100 × 10-5)＝160Hz （9）

假設(shè)內(nèi)部的補(bǔ)償在1kHz處添加了一個(gè)極點(diǎn)。由于PNP功率管和驅(qū)動(dòng)電路的存在，在500kHz處會(huì)出現(xiàn)一個(gè)功率極點(diǎn)（Ppwr）。

假設(shè)直流增益為80dB。在最大輸出電流時(shí)的負(fù)載阻值為RL＝100Ω，輸出電容為Cout ＝10uF。

使用上述條件可以畫出相應(yīng)的波特圖（如圖13：未補(bǔ)償?shù)腖DO增益波特圖）。

可以看出回路是不穩(wěn)定的。極點(diǎn)PL和P1每個(gè)都會(huì)產(chǎn)生－90°的相移。在0dB處（此例為40kHz），相移達(dá)到了－180°為了減少負(fù)相移（阻止振蕩），在回路中必須要添加一個(gè)零點(diǎn)。一個(gè)零點(diǎn)可以產(chǎn)生＋90°的相移，它會(huì)抵消兩個(gè)低頻極點(diǎn)的部分影響。

因此，幾乎所有的LDO都需要在回路中添加這個(gè)零點(diǎn)。該零點(diǎn)一般是通過(guò)輸出電容的等效串聯(lián)電阻（ESR）獲得的。

使用 ESR 補(bǔ)償 LDO

等效串聯(lián)電阻（ESR）是電容的一個(gè)基本特性?？梢詫㈦娙荼硎緸殡娮枧c電容的串聯(lián)等效電路（圖14：電容器的等效電路圖）。

輸出電容的ESR在回路增益中產(chǎn)生一個(gè)零點(diǎn)，可以用來(lái)減少負(fù)相移。零點(diǎn)處的頻率值（Fzero）與ESR和輸出電容值密切相關(guān)：

Fzero ＝ 1 / (2π × Cout × ESR) （10）

再看上一節(jié)的例子（圖13），假設(shè)輸出電容值Cout ＝10uF，輸出電容的ESR ＝ 1Ω。則零點(diǎn)發(fā)生在16kHz。圖15的波特圖顯示了添加此零點(diǎn)如何使不穩(wěn)定的系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定。

回路的帶寬增加了，單位增益（0dB）的交點(diǎn)頻率從30kHz移到了100kHz。到100kHz處該零點(diǎn)總共增加了＋81°相移（Positive Phase Shift）。也就是減少了極點(diǎn)PL和P1造成的負(fù)相移（Negative Phase Shift）。 極點(diǎn)Ppwr處在500kHz，在100kHz處它僅增加了－11°的相移。累加所有的零、極點(diǎn)，0dB處的總相移為－110°。也就是有＋70°的相位裕度，系統(tǒng)非常穩(wěn)定。

這就解釋了選擇合適ESR值的輸出電容可以產(chǎn)生零點(diǎn)來(lái)穩(wěn)定LDO系統(tǒng)。

ESR 和穩(wěn)定性

通常所有的LDO都會(huì)要求其輸出電容的ESR值在某一特定范圍內(nèi)，以保證輸出的穩(wěn)定性。 LDO制造商會(huì)提供一系列由輸出電容ESR和負(fù)載電流（Load Current）組成的定義穩(wěn)定范圍的曲線（圖16：典型LDO的ESR穩(wěn)定范圍曲線），作為選擇電容時(shí)的參考。

要解釋為什么有這些范圍的存在，我們使用前面提到的例子來(lái)說(shuō)明ESR的高低對(duì)相位裕度的影響。

高ESR

同樣使用上一節(jié)提到的例子，我們假設(shè)10uF輸出電容的ESR增加到20Ω。這將使零點(diǎn)的頻率降低到800Hz（圖17：高ESR引起回路振蕩的波特圖）。

降低零點(diǎn)的頻率會(huì)使回路的帶寬增加，它的單位增益（0Db）的交點(diǎn)頻率從100kHz 提高到2MHz。 帶寬的增加意味著極點(diǎn) Ppwr 會(huì)出現(xiàn)在帶寬內(nèi)（對(duì)比圖15）。分析圖17波特圖中曲線的相位裕度，發(fā)現(xiàn)如果同時(shí)拿掉該零點(diǎn)和P1或PL中的一個(gè)極點(diǎn)，對(duì)曲線的形狀影響很小。也就是說(shuō)該回路受到－90° 相移的低頻極點(diǎn)和發(fā)生－76° 相移的高頻極點(diǎn)Ppwr共同影響。

盡管有 14° 的相位裕度，系統(tǒng)可能會(huì)穩(wěn)定。但很多經(jīng)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)ESR ＞10Ω時(shí)，由于其它的高頻極點(diǎn)的分布（在此簡(jiǎn)單模型中未表示）很可能會(huì)引入不穩(wěn)定性。

低ESR

選擇具有很低的ESR的輸出電容，由于一些不同的原因也會(huì)產(chǎn)生振蕩。繼續(xù)沿用上一節(jié)的例子，假定10uF輸出電容的ESR只有50mΩ，則零點(diǎn)的頻率會(huì)變到320kHz（圖18：低ESR引起回路振蕩的波特圖）。

不用計(jì)算就知道系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。兩個(gè)極點(diǎn)P1和PL在0dB處共產(chǎn)生了－180°的相移。如果要系統(tǒng)穩(wěn)定，則零點(diǎn)應(yīng)該在0dB點(diǎn)之前補(bǔ)償正相移。然而，零點(diǎn)在320kHz處，已經(jīng)在系統(tǒng)帶寬之外了，所以無(wú)法起到補(bǔ)償作用。

輸出電容的選擇

綜上，輸出電容是用來(lái)補(bǔ)償LDO穩(wěn)壓器的，所以選擇時(shí)必須謹(jǐn)慎?；旧纤械腖DO應(yīng)用中引起的振蕩都是由于輸出電容的ESR過(guò)高或過(guò)低。

LDO的輸出電容，通常鉭電容是最好的選擇（除了一些專門設(shè)計(jì)使用陶瓷電容的LDO，例如：LP2985）。測(cè)試一個(gè)AVX的4.7uF鉭電容可知它在25℃時(shí)ESR為1.3Ω，該值處在穩(wěn)定范圍的中心（圖16）。

另一點(diǎn)非常重要，AVX電容的ESR在－40℃到＋125℃溫度范圍內(nèi)的變化小于2:1。鋁電解電容在低溫時(shí)的ESR會(huì)變大很多，所以不適合作LDO的輸出電容。

必須注意大的陶瓷電容（≥1uF）通常會(huì)用很低的ESR（＜20mΩ），這幾乎會(huì)使所有的LDO穩(wěn)壓器產(chǎn)生振蕩（除了LP2985）。如果使用陶瓷電容就要串聯(lián)電阻以增加ESR。大的陶瓷電容的溫度特性很差（通常是Z5U型），也就是說(shuō)在工作范圍內(nèi)的溫度的上升和下降會(huì)使容值成倍的變化，所以不推薦使用。

準(zhǔn)LDO補(bǔ)償

準(zhǔn)LDO（圖3）的穩(wěn)定性和補(bǔ)償，應(yīng)考慮它兼有LDO和NPN穩(wěn)壓器的特性。因?yàn)闇?zhǔn)LDO穩(wěn)壓器利用NPN導(dǎo)通管，它的共集電極組合也就使它的輸出極（射極）看上去有相對(duì)低的阻抗。

然而，由于NPN的基極是由高阻抗PNP電流源驅(qū)動(dòng)的，所以準(zhǔn)LDO的輸出阻抗不會(huì)達(dá)到使用NPN達(dá)林頓管的NPN穩(wěn)壓器的輸出阻抗那樣低，當(dāng)然它比真正的LDO的輸出阻抗要低。

也就是說(shuō)準(zhǔn)LDO的功率極點(diǎn)的頻率比NPN穩(wěn)壓器的低，因此準(zhǔn)LDO也需要一些補(bǔ)償以達(dá)到穩(wěn)定。當(dāng)然了這個(gè)功率極點(diǎn)的頻率要比LDO的頻率高很多，因此準(zhǔn)LDO只需要很小的電容，而且對(duì)ESR的要求也不很苛刻。

例如，準(zhǔn)LDO LM1085可以輸出高達(dá)3A的負(fù)載電流，卻只需10uF的輸出鉭電容來(lái)維持穩(wěn)定性。準(zhǔn)LDO制造商未必提供ESR范圍的曲線圖，所以準(zhǔn)LDO對(duì)電容的ESR要求很寬松。

低ESR的LDO

國(guó)半（NS）的兩款LCO，LP2985和LP2989，要求輸出電容貼裝象陶瓷電容一樣超低ESR。 這種電容的ESR可以低到5～10mΩ。 然而這樣小的ESR會(huì)使典型的LDO穩(wěn)壓器引起振蕩（圖18）。

為什么LP2985在如此低ESR的電容下仍能夠穩(wěn)定工作？ 國(guó)半在IC內(nèi)部放置了鉭輸出電容來(lái)補(bǔ)償零點(diǎn)。這樣做是為了將可穩(wěn)定的ESR的上限范圍下降。LP2985的ESR穩(wěn)定范圍是3Ω到500MΩ，因此它可以使用陶瓷電容。未在內(nèi)部添加零點(diǎn)的典型LDO的可穩(wěn)定的ESR的范圍一般為100mΩ-5Ω，只適合使用鉭電容并不適合使用陶瓷電容。

要弄清ESR取之范圍上限下降的原因，請(qǐng)參考圖15。上文提到，此LDO的零點(diǎn)已被集成在IC內(nèi)部。因此外部電容產(chǎn)生的零點(diǎn)必須處在足夠高的頻率，這樣就不能使帶寬很寬。否則，高頻極點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生很大的相移從而導(dǎo)致振蕩。

使用場(chǎng)效益管（FET）作為導(dǎo)通管LDO的優(yōu)點(diǎn)

LDO穩(wěn)壓器可以使用P-FET（P溝道場(chǎng)效應(yīng)管）作為導(dǎo)通管（圖19：P溝道場(chǎng)效應(yīng)管LDO內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖）。為了闡述使用Pl-FET LDO 的好處，在PNP LDO（圖2）中要驅(qū)動(dòng)PNP功率管就需要基極電流?；鶚O電流由地腳（ground pin）流出并反饋回反相輸入電壓端。因此，這些基極驅(qū)動(dòng)電流并未用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載。它在LDO穩(wěn)壓器中耗損的功耗由下式計(jì)算：

PWR（Base Drive）＝Vin × Ibase （11）

需要驅(qū)動(dòng)PNP管的基極電流等于負(fù)載電流除以β值（PNP管的增益）。在一些PNP LDO穩(wěn)壓器中β值一般為15～20（與負(fù)載電流相關(guān)）。此基極驅(qū)動(dòng)電流產(chǎn)生的功耗可不是我們期望的（尤其是在電池供電的低功耗應(yīng)用中）。P溝道場(chǎng)效應(yīng)管（P-FET）的柵極驅(qū)動(dòng)電流極小，較好地解決這個(gè)問(wèn)題。

P-FET LDO穩(wěn)壓器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，是通過(guò)調(diào)整場(chǎng)效應(yīng)管（FET）的導(dǎo)通阻抗（ON-resistance）可以使穩(wěn)壓器的跌落電壓更低。 對(duì)于集成的穩(wěn)壓器而言，在單位面積上制造的場(chǎng)效應(yīng)功率管（FET power transistors）的導(dǎo)通阻抗會(huì)比雙極型開(kāi)關(guān)管（Bipolar ONP Devices）的導(dǎo)通阻抗低。這就可以在更小封裝（Packages）下輸出更大的電流。