直流稳压电源 - Shaw 的小屋

p95（9 分钟）、p96（4.4 分钟）、p97（11.3 分钟）

两种方案#

1
带反馈：  运放          →  输出精确稳定
2
不带反馈：稳压管 + 三极管 →  简单便宜，但不精确

带反馈型#

电路#

1
Vref → 运放同相端
2
Vout 经两个 1K 分压 → 反向端
3
运放输出 → 三极管基极
4
集电极接 12V，发射极输出 Vout

存在明显负反馈 → 可用虚短。

快速推导#

1
V正 = V负 = Vref
2
V负 = Vout × 1K/(1K + 1K) = Vout / 2
3
整理得：
4
Vout = 2 × Vref
5
Vref = 1.25V  →  Vout = 2.5V

用运放工作特性逐步分析#

1
上电 12V 接入、Vref 立刻变 1.25V，V负 初始为 0
2
→ V正 > V负 → Vout 上升
3
Vout = 0.6V 三极管开始导通
4
Vout = 1V    → 发射极 ≈ 1 − 0.6 = 0.4V
5
Vout = 2V    → 发射极 1.4V → 分压 0.7V，仍小于 1.25V，继续上升
6
Vout = 3.1V  → 发射极 3.1 − 0.6 = 2.5V → 分压 1.25V = Vref → 达到平衡
7
之后在 3.1V 附近微调（3.0999V ↔ 3.1V），输出稳定在 2.5V

注意运放输出电压（3.1V）比输出（2.5V）高 0.6V——这 0.6V 就是三极管的 Vbe 压降。

仿真#

Vref 设 1.25V；上电时输出有过充（因运放输出速度太快，V正 > V负 时一瞬间冲很高），随后从 3V 多慢慢降到 2.5V 并长期保持。

这个电路的设计过程就是基于上面那个框图一点点扩展外部器件、按实际理论值调整，由最简电路扩大成完整电路。

不带反馈型#

不需要运放，只需稳压管 + 三极管 + 电阻 + 电容。

原理#

1
三极管导通时 Vbe ≈ 0.6 ~ 0.7V（取 0.6V）
2
只要控制住基极电压，就相当于控制住发射极（输出）电压
3
稳压管导通后两端电压基本恒定 → 用它钳住基极

具体数值#

1
输入 12V 经电阻
2
稳压管取 5.6V → 击穿后基极 = 5.6V
3
发射极 = 5.6 − 0.6 = 5V  →  输出稳定在 5V

缺点#

三极管 Vce 不等于饱和态的 0.3V，而是等于「电源电压 − 输出电压」：

1
12 − 5 = 7V      即开关管承受 7V

能量账（负载 5Ω → 电流 1A）：

1
电源输出总功耗 = 12V × 1A = 12W
2
负载上有效功耗 = 5V × 1A = 5W
3
三极管功耗 = 7V × 1A = 7W    ← 全部变成热

所以直流稳压电源效率很低，是三极管主动承担了电源多余的那部分能量。

这也是「线性电源」名字的由来——调整管工作在线性区，多余电压以热的形式消耗掉。

两者对比#

最大区别是输出点的稳定性。

仿真对比（都设计输出 5V）#

1
空载/轻载：带反馈精确 5V ✓；  不带反馈约 5.2V ✗
2
加载后：  带反馈仍为 5V ✓；  不带反馈由 5.2V 变成 5.083V ✗

不带反馈为什么不精确#

原因一：稳压管有偏差——标称 5.6V，实际可能 5.5V 或 5.7V。

原因二：三极管 Vbe 随工作电流变化：

1
工作电流 1mA   →  Vbe 0.5V
2
工作电流 5mA   →  Vbe 0.6V
3
工作电流 10mA  →  Vbe 0.7V
4
工作电流 500mA →  Vbe 0.8V

而且还跟温度相关。

带反馈电路的自调节过程#

1
【轻载】1K 负载、电流 5mA、Vbe = 0.5V
2
→ 运放自动把输出调到 5.5V → 输出 5V ✓
3
（过程：上电时 V负 = 0、V正 = 2.5V → 运放输出上升；
4
  到 0.5V 三极管导通；到 1.5V 时输出 1V → 反馈回来 0.5V；
5
  继续升到 5.5V 时输出 5V、反馈 2.5V → 稳态）
6

7
【突然挂 10Ω 负载】电流从 5mA 跳到约 500mA
8
→ Vbe 立刻变 0.8V → 输出电压瞬间从 5V 掉到 4.5V
9
→ 运放发现 V负 变小 → 输出上调到 5.6V
10
→ 但 500mA 时 Vbe = 0.8V，5.6V 只能对应输出 4.8V
11
   → 分压 2.4V < 2.5V，运放继续上调
12
→ 调到 5.8V 时输出刚好 5V、分压 2.5V → 重新稳态 ✓

关键的一点：运放会自动把「基极电压」抬高 0.3V 来补偿 Vbe 的变化。

不带反馈电路的同样场景#

1
理想稳压管恒 5.6V，Vbe 由 0.5V 变 0.8V
2
→ 输出从 5.1V 掉到 4.9V

稳压管「不知道」输出变了，像瞎子一样不管后级。

结论#

要让输出更稳定，必须把电路做成负反馈系统（可实时自我调节）。

不带反馈相当于开环，「自己以为是 5V 但实际是多少不知道」。

带反馈 vs 不带反馈#

	带反馈	不带反馈
核心器件	运放 + 三极管	稳压管 + 三极管
输出精度	高	低（有偏差、随负载漂移）
负载调整率	好	差
电路复杂度	高	低
成本	高	低
是否需要运放	是	否
典型应用	精密电源、可调电源	简单固定的辅助电源

两种线性稳压方案的位置#

1
线性电源（LDO / 三端稳压器）  →  就是上面这两种
2
    特点：电路简单、纹波小、效率低（多余能量变成热）
3

4
开关电源（BUCK/BOOST）
5
    特点：效率高、纹波大、电路复杂

坑#

线性电源效率低是原理决定的，不是设计不好。7V × 1A = 7W 全变热。
不带反馈的输出会随负载和温度漂移（Vbe 变化 + 稳压管偏差）。
运放输出电压 = 输出 + Vbe，设计时要考虑这个偏移。
上电瞬间会有过充，因为运放响应太快。
压差大、电流大时别用线性电源，会烧；稳压管精度不高，要精确基准得用基准芯片。