Линейный регулятор напряжения LP2951 обычно используется в приложениях, требующих заданного выходного напряжения, которое можно легко установить с помощью двух резисторов. Устройство обеспечивает стабилизацию при малом падении напряжения на проходном транзисторе в широком диапазоне выходных напряжений от 1.235 В до примерно 30 В. Благодаря низкой цене и доступности у нескольких производителей (включая MaxLinear, Microchip, ON Semiconductor и Texas Instruments), прибор стал популярным выбором для схем, которым необходим микромощный регулятор, способный отдавать в нагрузку ток до 100 мА.

Рисунок 1.	Обычную схему можно превратить в гораздо более универсальный и гибкий регулятор напряжения.

Принципиальная схема показана на Рисунке 1, где резисторы R₁ и R₂ задают выходное напряжение в соответствии со следующей простой формулой:

Здесь

V_REF – напряжение внутреннего опорного источника (типовое значение 1.235 В) на выводе обратной связи FB,
I_FB – ток, входящий в вывод обратной связи.

Обычно I_FB имеет порядок 20 нА, поэтому при условии, что сопротивление R₁ не слишком велико, ошибкой, вносимой I_FB, можно пренебречь, и выражение для выходного напряжения упрощается до:

Выходное напряжение можно регулировать, если постоянный резистор R₁ заменить переменным сопротивлением, например подстроечным резистором. При соответствующем выборе сопротивления резистора R₂ это позволит изменять выходное напряжение V_OUT в широком диапазоне, вплоть до максимального значения около 30 В. Несмотря на свою гибкость, этот подход имеет ограничения. В частности, его можно использовать для установки выходного напряжения только одного регулятора, а необходимость ручной регулировки потенциометра не дает возможности прямого линейного электронного управления. Кроме того, из приведенной выше формулы следует, что даже при нулевом сопротивлении R₁ выходное напряжение V_OUT не может быть меньше, чем V_REF (1.235 В).

Однако добавление всего одного дополнительного резистора R₃ позволяет напрямую управлять выходным напряжением с помощью постоянного напряжения V_C (Рисунок 1). Зависимость между V_OUT и V_C является обратной и линейной, т.е. с увеличением V_C пропорционально уменьшается V_OUT. При соблюдении определенных условий эту зависимость можно установить практически любой. Более того, есть дополнительный бонус, заключающийся в том, что теперь V_OUT может опускаться ниже V_REF. Фактически, этот метод позволяет напряжению V_OUT приближаться к уровню земли (0 В).

Эта схема позволяет относительно «слабому» напряжению (например, получаемому с выхода ЦАП или операционного усилителя) управлять гораздо более высокими уровнями напряжения и мощности. Она также позволяет с помощью одного напряжения управлять несколькими регуляторами, каждый из которых может иметь свою уникальную характеристику управления.

Сопротивления резисторов R₁, R₂ и R₃, необходимые для задания требуемой зависимости V_OUT от V_C, рассчитываются с использованием формул на Рисунке 2, где V_OUT(MIN) – наименьшее требуемое выходное напряжение, которое должно установиться при максимальном значении V_C (V_{C( MAX)}), и V_OUT(MAX) – максимальное требуемое выходное напряжение, соответствующее управляющему напряжению V_C, равному нулю. При расчете k за величину опорного напряжения V_REF можно принять его типовое значение 1.235 В.

Формулы:   (1)   (2)   (3)   (4) Условия:   (1)   (2)       Рисунок 2. Эти формулы используются для расчета значений R1, R2 и R3, необходимых для получения желаемой зависимости VOUT от VC.

Определив k с помощью формулы (1), выбираем стандартный номинал R₃, а затем, используя формулы (2) и (3), вычисляем сопротивления R₁ и R₂, соответственно. Чтобы получить подходящие стандартные номиналы для R₁ и R₂, возможно, потребуется рассмотреть несколько различных значений сопротивления R₃. После того, как номиналы R₁, R₂ и R₃ определены, величину выходного напряжения V_OUT для любого значения V_C можно рассчитать с помощью формулы (4).

Важно выполнить условия, показанные на Рисунке 2. Первое условие требует, чтобы максимальное напряжение V_OUT было больше, чем V_REF. Это необходимо для того, чтобы числитель формулы (2) не мог быть отрицательным. Выполнение требований условия (2) дают гарантию, что знаменатель формулы (1) не будет нулевым или отрицательным.

Несколько примеров помогут проиллюстрировать процесс проектирования.

1. Datasheet Microchip LP2951