PL 
EnglishDomyślny
Українська🔋 Liniowy stabilizator napięcia
Liniowy stabilizator LDO utrzymuje napięcie wyjściowe mimo zmian obciążenia i zasilania. Tranzystor szeregowy rozprasza (V_in−V_out)·I_load jako ciepło. Zobacz napięcie dropout, PSRR i ograniczenia termiczne.
Jak to działa
Liniowy regulator napięcia umieszcza rezystancję zmienną (tranzystor przełączający) szeregowo między wejściem a wyjściem. Pętla sprzężenia zwrotnego nieustannie dostosowuje tę rezystancję, aby V_out pozostawało stałe na wartości zadanej. Różnica napięć (V_in − V_out) w całości przypada na tranzystor przełączający, który rozprasza P_diss = (V_in − V_out) × I_load w postaci ciepła.
Symulacja pokazuje: (po lewej) krzywą sprawności w funkcji prądu obciążenia — sprawność η = V_out/V_in, niezależną od obciążenia; (pośrodku) diagram termiczny pokazujący wzrost temperatury złącza ponad temperaturę otoczenia; (po prawej) mapę cieplną pokazującą, jak P_diss zależy od V_in i I_load, z zaznaczonym limitem 125°C.
η = V_out / V_in × 100%
T_j = T_amb + P_diss × θ_JA
V_out = V_ref × (1 + R1/R2)
Najczęściej zadawane pytania
Czym jest liniowy regulator napięcia?
Liniowy regulator napięcia utrzymuje stałe napięcie wyjściowe, zmieniając rezystancję elementu przełączającego (tranzystora) połączonego szeregowo z obciążeniem. Działa poprzez rozpraszanie nadmiaru napięcia w postaci ciepła: P_diss = (V_in − V_out) × I_load.
Czym jest regulator LDO?
LDO oznacza Low Drop-Out (niski spadek napięcia). Regulator LDO może działać przy bardzo małej różnicy między napięciem wejściowym a wyjściowym (nawet 100–300 mV), w przeciwieństwie do starszych regulatorów wymagających 2–3V zapasu. Pozwala to na pracę, gdy napięcie zasilania jest bliskie pożądanemu napięciu wyjściowemu.
Czym jest napięcie dropout?
Napięcie dropout V_do to minimalna różnica napięć V_in − V_out potrzebna, aby regulator utrzymał regulację. Poniżej tej wartości tranzystor przełączający się nasyca, a wyjście podąża za wejściem. LDO mają V_do zwykle w zakresie 100–500 mV.
Jak wydajny jest regulator liniowy?
Sprawność η = V_out/V_in × 100%. Regulator 5V zasilany z 12V ma sprawność zaledwie 42%. Reszta jest tracona jako ciepło. To główna wada w porównaniu z regulatorami impulsowymi, które mogą osiągnąć ponad 90% sprawności.
Czym jest PSRR w regulatorze napięcia?
Współczynnik tłumienia zakłóceń zasilania (PSRR) mierzy, jak dobrze regulator tłumi szum i tętnienia na wejściu. Przy prądzie stałym PSRR wynosi zwykle 60–80 dB. Pogarsza się przy wyższych częstotliwościach. LDO zazwyczaj mają doskonałe PSRR przy niskich częstotliwościach w porównaniu z regulatorami impulsowymi.
Co powoduje wyłączenie termiczne regulatora?
Gdy temperatura złącza tranzystora przełączającego przekroczy zwykle 150°C, obwód wyłączenia termicznego wyłącza regulator. T_j = T_ambient + P_diss × θ_JA, gdzie θ_JA to rezystancja termiczna złącze-otoczenie w °C/W.
Jaka jest rola sieci sprzężenia zwrotnego?
Dzielnik rezystancyjny z V_out podaje sygnał zwrotny do wzmacniacza błędu, który porównuje go z wewnętrznym źródłem odniesienia (~1,2V). Wzmacniacz błędu steruje tranzystorem przełączającym, aby utrzymać V_out = V_ref × (1 + R1/R2) stałe niezależnie od obciążenia lub zmian napięcia wejściowego.
Kiedy stosować LDO, a kiedy regulator impulsowy?
Stosuj LDO, gdy kluczowy jest niski szum (zasilanie RF, audio, ADC), różnica napięć jest mała lub liczy się prostota. Stosuj regulatory impulsowe, gdy kluczowa jest sprawność, potrzebna jest duża konwersja napięcia lub występują wysokie prądy.
Czym jest prąd spoczynkowy LDO?
LDO mają prąd spoczynkowy I_Q płynący nawet przy zerowym obciążeniu (przez wzmacniacz błędu i obwody polaryzacji). Wynosi on od mikroamperów w LDO o ultraniskim poborze mocy do miliamperów w starszych konstrukcjach. Całkowite I_in = I_load + I_Q, co wpływa na sprawność przy lekkich obciążeniach.
Jak obliczyć radiator potrzebny dla LDO?
Moc rozproszona wynosi P = (V_in − V_out) × I_load. Przy rezystancji termicznej θ_JA, T_j = T_amb + P × θ_JA. Jeśli T_j przekracza 125°C, potrzebny jest radiator. Wymagana rezystancja termiczna radiatora: θ_SA = (T_j_max − T_amb)/P − θ_JC.
O tej symulacji
Ta symulacja modeluje liniowy regulator LDO obniżający V_in do docelowego V_out, spalając różnicę jako ciepło w tranzystorze przełączającym. W miarę zmiany prądu obciążenia i warunków otoczenia prawy pasek termiczny wspina się w kierunku linii granicznych 125°C i 150°C, a odczyt statusu informuje, czy element mieści się bezpiecznie w specyfikacji, znajduje się w strefie ostrzeżenia termicznego, czy został wyłączony z powodu przegrzania.
🔬 Co pokazuje symulacja
Lewy panel sprawności w funkcji obciążenia (η = V_out/V_in, stała niezależnie od I_load, z czerwoną krzywą P_diss i białą kropką punktu pracy) oraz prawy pasek termiczny pokazujący temperaturę złącza T_j = T_amb + P_diss·θ_JA na tle progów wyłączenia termicznego 125°C/150°C.
🎮 Jak korzystać
Ustaw V_in, docelowe V_out i I_load, aby zmienić rozpraszanie mocy, a następnie dostosuj T_ambient i θ_JA (rezystancja termiczna), aby zobaczyć, jak obudowa i radiator wpływają na temperaturę złącza. Obserwuj na żywo aktualizacje V_drop, P_diss, sprawności, T_junction i statusu; kliknij Odśwież, aby przeliczyć.
💡 Czy wiesz, że?
Regulator liniowy obniżający 12V do 5V jest ograniczony twardym pułapem sprawności wynoszącym zaledwie 41,7%, niezależnie od jakości projektu — pozostałe 58,3% mocy wejściowej jest nieuchronnie zamieniane na ciepło, dlatego właśnie regulatory impulsowe (często ponad 90% sprawne) dominują w zastosowaniach zasilanych bateryjnie i przy dużych prądach.
Najczęściej zadawane pytania
Dlaczego linia sprawności pozostaje płaska, niezależnie od przesuwania suwaka I_load?
Dla regulatora liniowego sprawność η = V_out/V_in zależy wyłącznie od napięć wejściowego i wyjściowego, a nie od prądu obciążenia — więc przesuwanie I_load zmienia rozpraszaną moc (i ciepło), ale nigdy nie zmienia położenia pomarańczowej linii sprawności na lewym panelu.
Dlaczego odczyt statusu przełącza się na OVERTEMP nawet przy umiarkowanym I_load?
Temperatura złącza T_j = T_amb + P_diss·θ_JA łączy multiplikatywnie trzy czynniki — duży spadek V_in−V_out, wysoki prąd obciążenia i wysoką rezystancję termiczną θ_JA (brak radiatora) — więc nawet umiarkowany prąd może przepchnąć T_j powyżej 150°C, jeśli pozostałe dwa czynniki są niekorzystne.
Co się stanie, jeśli ustawię docelowe V_out bardzo blisko V_in?
Regulator wchodzi w strefę dropout LDO — kod ogranicza V_out do co najwyżej V_in−0,3V, naśladując rzeczywistą minimalną różnicę napięć potrzebną regulatorowi do utrzymania regulacji. V_drop kurczy się w kierunku swojego minimum, a P_diss i obciążenie termiczne odpowiednio spadają.
Dlaczego zwiększenie θ_JA (rezystancji termicznej) tak szybko podnosi T_junction?
θ_JA mnoży się bezpośrednio przez P_diss we wzorze na T_j, więc element ze słabym radiatorem (wysokie θ_JA, np. 150°C/W) może osiągnąć niebezpieczne temperatury złącza przy ułamku mocy rozpraszanej, którą element z dobrym radiatorem (niskie θ_JA) mógłby bezpiecznie obsłużyć.
Dlaczego P_diss jest pokazywane jako osobna krzywa oddzielna od linii sprawności?
Sprawność to stosunek (V_out/V_in) niezależny od prądu, ale P_diss = (V_in−V_out)·I_load skaluje się bezpośrednio z obciążeniem — obie krzywe razem pokazują, że procentowa sprawność regulatora liniowego pozostaje stała, podczas gdy jego bezwzględna zmarnowana moc (i ciepło) rośnie z każdym dodatkowym pobranym miliamperem.