Multisim 用LM358 运放模拟线性稳压器 - 运放输出饱和 - 前馈电容

就是拿运放搭一个可调的LDO 稳压器，类似下面这个功能框图里的感觉。本来应该非常简单，没什么好说的，没想到遇到了两个问题。

原理 - 理想运放

我用PNP 三极管Q2 作为输出，运放输出电压升高时，流过PNP 三极管BE 的电流变小，输出电压就变小，所以反馈信号和运放输出是反相的，反馈就接到同相端，参考电压0.8V 接到反相端。右边的电阻和电容是模拟的负载。

如果运放是用虚拟的理想运放，这个电路是可以工作的：当参考电压高于反馈点时，运放输出电压降低，三极管基极电流增加，输出电压升高，然后反馈电压升高，反之亦然。通过R6 和R5 设定输出电压的反馈比例，输出电压的计算公式和一般电源芯片一样：

$$V_{OUT}=V_{REF}\cdot (1+\frac{R6}{R5})$$

不过换成LM358P 的仿真模型后就出了问题。

问题1，运放输出电压饱和

理论上，输出电压过高时，反馈电压比参考高，运放就应该一直升高电压，从而使基极电流变小，输出电压降低。但是当负载很小时，比如上面那个1k 电阻R4，PNP 三极管只要输出很小的电流就足以让输出电压高过设定值，而LM358 不是轨到轨运放，输出电压无法更加接近它的供电电压，只能像上面图里那样，最高输出到10.5V，此时三极管BE 节还有大约1.5V 电压，输出电压就无法降低了。

解决方法是增大负载，比如把电阻R4 改成100Ω，需要流过更大的电流才能升高电压，从而让基极电流的调节范围和运放输出能力匹配；也可以给基极接个上拉电阻。

问题2，输出电压震荡

如果把PNP 三极管换成PMOS，可以用Vgs 电压阈值较高的PMOS 直接处理掉运放输出电压饱和的问题，但是又发现输出电压会震荡。

震荡波形如下：

增大输出电容C1 可以降低震荡幅度，但是治标不治本，就这么个单纯的线性稳压器，这种震荡是不可接受的。更好的方式是加一点魔法~ 比如在电阻R6 旁边并联个小电容：

震荡就完全消除了。这个电容和有些DC-DC 电路上的前馈电容CFF 应该差不多，可以降低高频信号的增益，或许能增大整个环路的阻尼比。

示波器换成直流耦合，当输出电压上升时，可以看到波形完全没有过冲。