可调电源LM317 的内部原理 - 特殊的电压跟随器

之前一直没想过这类LDO 内部是怎么整的，它似乎是用一个分压电路采集它输出的电压作为参考，然后却能把输出电压稳定下来，颇有种左脚踩右脚上天的意思。典型的LM317 电路如下：

如果是个普通的电压跟随器，无论是基于三极管还是运放，不可能让输出电压反过来影响参考电压，比如：

也存在反馈输出电压回来的路径，但和参考电压VIN 毫不相干。或者说，最特别的地方在于，LM317 并没有一个单独的接地引脚。LM317 内部的参考电压的使用方法是比较特别的，它并不是像简单的电压比较器一样，比较ADJ 引脚和参考电压，如果参考电压比较大就提高输出电压。如果是这样基于比较的原理，那么当ADJ 被强制拉到0V 时，LM317 应该会让输出电压达到最大以尽可能提高ADJ，而实际上此时它的输出电压是1.25V，就是内部参考电压的值。

看一下LM317 规格书上的原理框图：

核心部分的原理其实就是个电压跟随器，只是1.25V 参考电压的位置稍微特殊一点，等效电路图如下：

输出的三极管是负反馈环的一部分，所以省略掉。跟上面的电压跟随器对比，差别只在参考电压的使用方式上。直接把VOUT 接到运放上作为参考电压肯定是不行的，就是左脚踩右脚。内部的1.25V 参考电压是和ADJ 串联后连到运放上，与外部的电阻分压电路共同构成调节电路，补全如下：

这样就是把输出电压按一定的比例反馈到ADJ，再加上1.25V，然后连接到运放的同相端，作为电压跟随器的参考。此时考虑VOUT 的值，可以列出一个等式：

$$V_{out}\cdot K+1.25=V_{out}\text{\hspace{1em}(1)}$$

其中$K$ 是分压比例。然后两边整理一下就能确定VOUT 的值：

$$V_{out}=\frac{1.25}{1-K}\text{\hspace{1em}(2)}$$

$K=\frac{R2}{R1+R2}$，代入进去，就得到了熟悉的结果：

$$V_{out}=1.25\cdot \frac{R1+R2}{R2}=1.25\cdot (1+\frac{R1}{R2})\text{\hspace{1em}(3)}$$

于是就清楚了，直接反馈VOUT 不行，但是给VOUT 乘上一个比例，反馈电压就和VOUT 错位了，反馈值总比输出小，如果没有1.25V 的直流偏置，输出永远保持为零。总而言之，牛b。

顺便一说，其他的LDO 并不都是这个原理，比如662K：

原理看起来就很普通了，内部参考电压和输出电压没有关系，运放就是简单的比较参考电压和输出电压，用误差控制输出。这种原理的LDO 必须有个单独的接地引脚，不然内部参考电压和后面的负载不共地，那还调个鬼。