設計步驟

想了解對所需規格的電阻值進行計算的Excel計算器，請參閱設計參考資料。

1. 定義電路的輸入電壓范圍。本設計中，選擇 V_{in_min} = 0V，V_{in_max} = 5V。
2. 定義電路的輸出電流范圍。本設計中，選擇 I_{out_min} = 4mA，I_{out_max} = 20mA。
3. 計算 R₇ 和 R₈ 以設置 TPS7A4501-SP LDO 的輸出電壓。可調 LDO 的輸出電壓的設置公式如下：
   

   在這個公式中，V_ref 是 LDO 的內部帶隙基準電壓。TPS7A4501-SP 的標稱基準電壓 V_ref = 1.21V，而本設計的目標是 V_reg = 5V，適用如下：

   
   

   在選擇值時，遵循以下指導原則：從 LDO 輸出端到接地端的反饋電阻器中的電流必須至少是進入 ADJ 引腳的漏電流的 100 倍，以避免出現輸出精度問題。對于 TPS7A4501-SP，ADJ 引腳的漏電流為 3μA（典型值）。由此產生以下不等式：

   
   
   16.67kΩ ≥ R₇ + R₈

   with R₈ = 3.97kΩ （標準值），下述等式成立：

   R₇ = 3.97kΩ * 3.13 = 12,426Ω ≈ 12.4kΩ (標準值)

   有了 R₇ 和 R₈ 的這些值，下述等式有效：

   R₇ + R₈ = 3.97kΩ + 12.4kΩ = 16.37kΩ ≤ 16.67kΩ
   注： 由于本設計具有電流預算限制，因此最好將 R₇ 和 R₈ 的大小設置為接近該限制，以最小化此靜態電流貢獻。
   
   
4. 定義流經 R₃ 的最小和最大電流。在定義這些電流之前，請參閱設計注意事項 5。本設計中，選擇 I_{3_min} = 20μA，I_{3_max} = 100μA。
5. 如設計步驟 4所定義的，計算 R₁ 和 R₂ 的值以設置 I_{3_min} 和 I_{3_max}。為此，請使用第一個公式以及 V_reg、V_{in_min}、V_{in_max}、I_{3_min} 和 I_{3_max} 的技術參數。當 V_in = V_{in_min} 時，得到以下等式：
   
   
   R₂ = 250kΩ (標準值)

   當 V_in = V_{in_max} 時，以下等式成立：

   
   
   R₁ = 62.5kΩ ≈ 62kΩ (標準值)
6. 計算 R₃ / R₄ 以設置所需的電流增益。為此，請使用該公式以及 I_{out_min} 和 I_{3_min}。
   
   
   注： 只需要使用 I_out 和 I₃ 的最小值來計算 R₃ / R₄ ，因為假設已遵循設計注意事項 5。
   
   
7. 選擇 R₃ 和 R₄ 的值。對R₃大小的調整遠沒有對 R₄ 大小的調整重要得多，因為在對 R₃ 進行大小調整時容易粗心導致裕量問題。要了解原因，請分析最大負載條件 (I_out = I_{out_max} = 20mA) 下的節點電壓。負載電壓如下：
   V_load = I_{out_max} * R_load = 20mA × 250Ω = 5V

   大部分輸出電流會通過 R₄，因此當 R₄ = 100Ω 時，I_ret 處的電壓約為：

   5V + 100Ω * 20mA = 7V

   V_reg 以 I_ret 為基準，因此相對于電源接地，V_reg = 7V + 5V = 12V，在這種情況下，LDO 進入壓降。如果 LDO 進入壓降，LDO 將失去其電源抑制 (PSR) 特性，并且運算放大器的正電源電壓降低，因此其驅動晶體管基極以提供額外輸出電流的能力也會降低。此外，如果 V_reg 下降，則流經 R₃ 的電流將減小，電路開始表現出非線性行為。另外，如果 R₆ 太大，則 R₆ 上的額外電壓降會進一步降低晶體管的可用裕量。

   考慮到這些因素，選擇 R₄ = 50Ω 以避免裕量問題。因此：

   R₃ = 199 * 50Ω = 9.95kΩ ≈ 9.88kΩ (標準值