🔋 Лінійний Стабілізатор Напруги

LDO лінійний стабілізатор підтримує вихідну напругу попри зміни навантаження та мережі. Прохідний транзистор розсіює (V_вх−V_вих)·I_нав як тепло. Дивіться dropout, PSRR та теплові межі.

ІнженеріяІнтерактивна
ККД від струму навантаження · Теплова робоча точка · Діаграма розсіювання

Як це працює

Лінійний стабілізатор напруги розміщує змінний опір (прохідний транзистор) послідовно між входом і виходом. Контур зворотного зв'язку безперервно регулює цей опір, щоб V_вих залишалась постійною. Різниця напруг (V_вх − V_вих) повністю падає на прохідному транзисторі, який розсіює P = (V_вх − V_вих) × I_нав як тепло.

Симуляція показує: (ліворуч) залежність ККД від струму — η = V_вих/V_вх, незалежно від навантаження; (праворуч) теплову діаграму з температурою переходу відносно навколишнього середовища, з позначками 125°C та 150°C.

P_розс = (V_вх − V_вих) × I_нав
η = V_вих / V_вх × 100%
T_j = T_навк + P_розс × θ_JA
V_вих = V_оп × (1 + R1/R2)

Часті запитання

Що таке лінійний стабілізатор напруги?

Лінійний стабілізатор підтримує постійну вихідну напругу, змінюючи опір прохідного транзистора послідовно з навантаженням. Різниця (V_вх − V_вих) × I_нав розсіюється як тепло.

Що таке LDO-стабілізатор?

LDO (Low Drop-Out) — стабілізатор з малим падінням (від 100–300 мВ). Дозволяє використовувати джерело живлення, близьке до потрібної вихідної напруги, що важливо для батарейних пристроїв.

Що таке напруга виходу зі стану регулювання?

Мінімальна різниця V_вх − V_вих для збереження регулювання. Нижче цього порогу прохідний транзистор насичується і вихідна напруга зменшується. Для LDO це зазвичай 100–500 мВ.

Який ККД лінійного стабілізатора?

ККД η = V_вих / V_вх × 100%. Стабілізатор 5 В від 12 В має лише 42% ефективності. Решта — тепло. Це головний недолік порівняно з імпульсними стабілізаторами (понад 90%).

Що таке PSRR стабілізатора?

PSRR — коефіцієнт придушення пульсацій живлення. Показує наскільки добре стабілізатор придушує шуми на вході. На постійному струмі зазвичай 60–80 дБ, погіршується на вищих частотах.

Що спричиняє теплове відключення стабілізатора?

При перевищенні ~150°С температури переходу схема захисту вимикає стабілізатор. T_j = T_навк + P × θ_JA, де θ_JA — тепловий опір у °C/Вт.

Яка роль кола зворотного зв'язку?

Дільник напруги з виходу порівнюється з внутрішнім опорним (~1,2 В). Підсилювач помилки керує прохідним транзистором для підтримання V_вих = V_оп × (1 + R1/R2).

Коли використовувати LDO замість імпульсного стабілізатора?

LDO — при низькому шумі (НВЧ, аудіо, АЦП), малій різниці напруг або необхідності простоти. Імпульсний — при критичному ККД, великому перетворенні або великих струмах.

Який струм спокою у LDO?

LDO споживає струм спокою I_Q навіть без навантаження. Від мікроамперів в ультраенергоощадних до міліамперів у старих конструкціях. Повний струм: I_вх = I_нав + I_Q.

Як розрахувати необхідний радіатор для LDO?

P = (V_вх − V_вих) × I_нав. T_j = T_навк + P × θ_JA. Якщо T_j перевищує 125°С, потрібен радіатор з θ_SA = (T_j_макс − T_навк)/P − θ_JC.

Про цю симуляцію

Ця симуляція моделює лінійний LDO-стабілізатор, що знижує V_in до цільової V_out, спалюючи різницю у вигляді тепла в прохідному транзисторі. При зміні струму навантаження та умов навколишнього середовища правий термальний стовпчик піднімається до ліній обмеження 125°C та 150°C, а показник Статус повідомляє, чи компонент безпечно в межах специфікації, у зоні термального попередження чи вимкнений через перегрів.

🔬 Що показано

Ліва панель ефективності відносно навантаження (η = V_out/V_in, постійна незалежно від I_load, з червоною кривою P_diss та білою точкою робочої точки), і права термальна панель, що показує температуру переходу T_j = T_amb + P_diss·θ_JA відносно порогів термального вимкнення 125°C/150°C.

🎮 Як користуватись

Встановіть V_in, Цільову V_out та I_load, щоб змінити розсіювання, потім налаштуйте T_ambient та θ_JA (термоопір), щоб побачити, як корпус і радіатор впливають на температуру переходу. Спостерігайте, як оновлюються V_drop, P_diss, Ефективність, T_junction та Статус; натисніть Refresh для перерахунку.

💡 Чи знали ви?

Лінійний стабілізатор, що знижує 12В до 5В, застряг на жорсткій межі ефективності лише 41,7%, незалежно від якості конструкції — решта 58,3% вхідної потужності неминуче перетворюється на тепло, саме тому імпульсні стабілізатори (часто понад 90% ефективні) домінують у батарейних та потужнострумних застосуваннях.

Часті запитання

Чому лінія ефективності залишається плоскою, незалежно від того, як я рухаю повзунок I_load?

Для лінійного стабілізатора ефективність η = V_out/V_in залежить лише від вхідної та вихідної напруг, а не від струму навантаження — тож рух I_load змінює розсіювану потужність (і тепло), але ніколи не змінює положення жовтогарячої лінії ефективності на лівій панелі.

Чому показник Статус перемикається на OVERTEMP навіть при помірному I_load?

Температура переходу T_j = T_amb + P_diss·θ_JA поєднує три фактори мультиплікативно — великий перепад V_in−V_out, високий струм навантаження та високий термоопір θ_JA (без радіатора) — тож навіть помірний струм може підняти T_j понад 150°C, якщо інші два фактори несприятливі.

Що станеться, якщо встановити Цільову V_out дуже близько до V_in?

Стабілізатор входить у зону випадіння з режиму LDO — код обмежує V_out максимум V_in−0,3В, імітуючи реальну мінімальну різницю напруг, необхідну стабілізатору для збереження регулювання. V_drop зменшується до свого мінімуму, а P_diss і термальне навантаження відповідно падають.

Чому підвищення θ_JA (термоопір) так швидко піднімає T_junction?

θ_JA прямо множиться на P_diss у формулі T_j, тож компонент з поганим радіатором (високий θ_JA, напр. 150°C/Вт) може досягти небезпечної температури переходу при частці потужності розсіювання, яку компонент з хорошим радіатором (низький θ_JA) витримав би безпечно.

Чому P_diss показано як окрему криву від лінії ефективності?

Ефективність — це відношення (V_out/V_in), незалежне від струму, але P_diss = (V_in−V_out)·I_load масштабується прямо зі струмом — обидві криві разом показують, що відсоткова ефективність лінійного стабілізатора залишається фіксованою, тоді як його абсолютна втрачена потужність (і тепло) зростає з кожним додатковим міліампером струму.