AMS1117 線性穩(wěn)壓器引腳圖與功能詳解

AMS1117 是一款應(yīng)用極為廣泛的低壓差 (LDO) 線性穩(wěn)壓器，因其結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、成本效益高而深受電子工程師喜愛。它廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中，如計算機主板、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、通信產(chǎn)品、消費電子、工業(yè)控制系統(tǒng)以及電池供電設(shè)備等，為各種數(shù)字和模擬電路提供穩(wěn)定的電源。本篇文章將深入探討 AMS1117 的引腳分布、各項功能，并對其工作原理、應(yīng)用注意事項以及選型策略進行詳盡闡述，力求為讀者提供一份全面而深入的參考指南。

第一章 AMS1117 概述

AMS1117 系列穩(wěn)壓器是 Advanced Monolithic Systems（AMS）公司推出的一系列正向低壓差穩(wěn)壓器，其設(shè)計目標(biāo)是提供一種在壓差電壓較低的情況下仍能高效工作的電源解決方案。傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器通常需要較大的輸入輸出壓差才能正常工作，而 LDO 穩(wěn)壓器則能在輸入電壓僅略高于輸出電壓時（通常為幾百毫伏）仍保持良好的穩(wěn)壓性能。這使得 AMS1117 在電池供電或需要高效率電源轉(zhuǎn)換的場景中具有顯著優(yōu)勢。該系列穩(wěn)壓器提供多種固定輸出電壓版本，如 1.8V、2.5V、3.3V、5.0V 等，同時也提供可調(diào)輸出電壓版本，極大地增加了其應(yīng)用的靈活性。其內(nèi)部集成了過流保護和過熱保護功能，進一步增強了器件的可靠性，使其能夠在各種惡劣環(huán)境下穩(wěn)定工作。

第二章 AMS1117 引腳圖及功能

AMS1117 通常采用多種封裝形式，以適應(yīng)不同應(yīng)用的需求。最常見的封裝包括 SOT-223、TO-220、SOP-8、TO-252 等。盡管封裝形式各異，但其核心的電氣引腳功能是相似的。下面將以 SOT-223 封裝為例，詳細(xì)介紹其引腳分布及功能，因為 SOT-223 是最常見且體積較小的封裝，廣泛應(yīng)用于空間受限的便攜設(shè)備中。

2.1 SOT-223 封裝引腳圖

SOT-223 封裝的 AMS1117 通常有三個或四個引腳，但最常見的版本是三引腳配置。

• 引腳 1 (GND/ADJ)：

• 在固定輸出電壓版本中，此引腳為接地 (GND) 端。它需要連接到電路的公共地，作為穩(wěn)壓器的基準(zhǔn)電位。良好的接地連接對于保持穩(wěn)壓器的穩(wěn)定性和降低輸出噪聲至關(guān)重要。任何接地路徑上的阻抗都會影響穩(wěn)壓器的性能，尤其是在高頻和大電流應(yīng)用中。因此，在 PCB 布局時，應(yīng)確保此引腳到地平面有盡可能短且寬的走線。

• 在可調(diào)輸出電壓版本 (AMS1117-ADJ) 中，此引腳為調(diào)整 (ADJ) 端。通過連接一個電阻分壓網(wǎng)絡(luò)到此引腳，可以設(shè)定穩(wěn)壓器的輸出電壓。分壓網(wǎng)絡(luò)的一端連接到穩(wěn)壓器的輸出端，另一端連接到地。ADJ 引腳的電壓通常被內(nèi)部電路維持在一個固定的參考電壓（例如 1.25V），通過調(diào)節(jié)分壓電阻的比例，可以精確地控制輸出電壓?？烧{(diào)版本提供了極大的設(shè)計靈活性，允許工程師根據(jù)特定應(yīng)用需求來調(diào)整輸出電壓，而無需更換不同固定電壓的器件。

• 引腳 2 (VOUT)：

• 此引腳為穩(wěn)壓輸出 (VOUT) 端。這是穩(wěn)壓器經(jīng)過內(nèi)部電路處理后，輸出穩(wěn)定電壓的引腳。負(fù)載電流從該引腳流出，為下游電路供電。為了確保輸出電壓的穩(wěn)定性并抑制高頻噪聲，通常需要在 VOUT 引腳和地之間并聯(lián)一個低等效串聯(lián)電阻 (ESR) 的輸出電容器。電容器的選擇對于穩(wěn)壓器的瞬態(tài)響應(yīng)、紋波抑制和穩(wěn)定性都至關(guān)重要。具體容量和類型需要根據(jù)負(fù)載特性和瞬態(tài)響應(yīng)要求來確定，通常建議使用鉭電容或低 ESR 的陶瓷電容，容量一般在 10μF 以上。

• 引腳 3 (VIN)：

• 此引腳為輸入電壓 (VIN) 端。它是穩(wěn)壓器的電源輸入端，直流電源通過此引腳進入穩(wěn)壓器。輸入電壓必須高于輸出電壓加上穩(wěn)壓器的最小壓差電壓，才能確保穩(wěn)壓器正常工作。通常，在 VIN 引腳和地之間并聯(lián)一個輸入電容器，以濾除輸入電源的紋波和噪聲，并為瞬態(tài)負(fù)載變化提供局部儲能，防止輸入電壓在短時間內(nèi)出現(xiàn)大幅度跌落。輸入電容的容值一般在 10μF 到 100μF 之間，具體取決于輸入電源的特性和負(fù)載電流的大小。

• 散熱焊盤 (Tab/Pad)：

• SOT-223 封裝的背面通常有一個較大的散熱焊盤。此焊盤通常與引腳 2 (VOUT) 內(nèi)部連接，或者在某些版本中與引腳 1 (GND) 連接，具體取決于制造商和器件型號。無論連接到哪個引腳，其主要作用都是提供一個有效的散熱路徑。通過將此焊盤連接到 PCB 上的大面積銅箔或地平面，可以有效地將芯片內(nèi)部產(chǎn)生的熱量散發(fā)出去，從而降低芯片的工作溫度，提高器件的可靠性和壽命。在設(shè)計 PCB 時，應(yīng)特別注意散熱焊盤的布局，確保其有足夠大的散熱面積，甚至可以考慮在焊盤下方打上過孔連接到內(nèi)部地層，以進一步增強散熱效果。

2.2 其他封裝的引腳對應(yīng)

雖然 SOT-223 封裝是典型的例子，但 AMS1117 也廣泛采用其他封裝形式，其引腳功能與 SOT-223 封裝是相對應(yīng)的。

• TO-220 封裝：這是一種直插式封裝，體積較大，通常用于需要更大功率耗散的場合。其引腳通常是：

• Pin 1：GND/ADJ

• Pin 2：VOUT (通常與金屬背板連接)

• Pin 3：VIN

• 金屬背板：與 Pin 2 VOUT 連接，用于散熱。

• TO-252 (D-Pak) 封裝：這是一種表面貼裝封裝，比 SOT-223 更大，通常用于中等功率耗散應(yīng)用。其引腳布局與 TO-220 類似，但在表面貼裝方面更具優(yōu)勢。

• Pin 1：GND/ADJ

• Pin 2：VOUT (通常與背部大焊盤連接)

• Pin 3：VIN

• 大焊盤：與 Pin 2 VOUT 連接，用于散熱。

• SOP-8 封裝：這是一種常見的貼片封裝，引腳數(shù)量較多，通常用于集成度更高的設(shè)計。對于 AMS1117 而言，SOP-8 封裝可能將多個引腳連接到相同的功能（如多個地引腳或多個輸出引腳以增加電流能力），或者提供額外的控制引腳（如使能端）。但核心的 VIN、VOUT、GND/ADJ 功能引腳仍然存在。例如，一些 SOP-8 封裝的 AMS1117 可能會將 Pin 1、2、3 和 8 作為 GND，Pin 4 作為 VOUT，Pin 5、6、7 作為 VIN。具體的引腳分配需要查閱相應(yīng)的數(shù)據(jù)手冊。

第三章 AMS1117 工作原理

AMS1117 的工作原理基于負(fù)反饋機制，通過比較輸出電壓與內(nèi)部基準(zhǔn)電壓，并利用誤差放大器調(diào)整調(diào)整管（通常是 PNP 或 NPN 晶體管）的導(dǎo)通程度，從而維持輸出電壓的穩(wěn)定。

3.1 核心組成部分

AMS1117 內(nèi)部主要由以下幾個部分組成：

• 基準(zhǔn)電壓源 (Bandgap Reference)：這是一個高度穩(wěn)定的電壓源，其輸出電壓不隨溫度和輸入電壓的變化而顯著改變。對于 AMS1117 系列，通常內(nèi)部基準(zhǔn)電壓為 1.25V。所有輸出電壓的設(shè)定都是基于這個基準(zhǔn)電壓。它的穩(wěn)定性直接決定了穩(wěn)壓器輸出電壓的精度。

• 誤差放大器 (Error Amplifier)：誤差放大器是一個高增益的差分放大器。它比較兩個輸入信號：一個是來自內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源的固定參考電壓，另一個是經(jīng)過分壓電阻網(wǎng)絡(luò)（在可調(diào)版本中）或直接來自輸出電壓（在固定版本中）的反饋電壓。當(dāng)反饋電壓與基準(zhǔn)電壓不一致時，誤差放大器會產(chǎn)生一個誤差信號。

• 調(diào)整管 (Pass Element)：通常是一個 PNP 或 NPN 功率晶體管（在 AMS1117 中通常是 PNP 晶體管，以實現(xiàn)低壓差）。誤差放大器的輸出信號驅(qū)動調(diào)整管的基極（或柵極），從而控制調(diào)整管的集電極-發(fā)射極（或漏極-源極）之間的電壓降，進而控制流過負(fù)載的電流。通過調(diào)節(jié)調(diào)整管的導(dǎo)通程度，穩(wěn)壓器能夠補償輸入電壓或負(fù)載變化引起的輸出電壓波動。

• 分壓電阻網(wǎng)絡(luò) (Resistor Divider, 僅限可調(diào)版本)：對于 AMS1117-ADJ 可調(diào)版本，一個外部電阻分壓網(wǎng)絡(luò)連接在 VOUT、ADJ 和 GND 之間。這個網(wǎng)絡(luò)將輸出電壓按一定比例分壓，并將分壓后的電壓作為反饋信號送入誤差放大器的反相輸入端。通過改變分壓電阻的阻值，可以設(shè)定不同的輸出電壓。

• 保護電路 (Protection Circuits)：

• 過流保護 (Over-Current Protection)：當(dāng)負(fù)載電流超過預(yù)設(shè)的限流值時，過流保護電路會減小調(diào)整管的導(dǎo)通程度，限制輸出電流，防止器件損壞。這通常通過監(jiān)測調(diào)整管上的壓降或電流來觸發(fā)。

• 過熱保護 (Thermal Shutdown)：當(dāng)芯片內(nèi)部溫度達(dá)到預(yù)設(shè)的臨界值（通常在 150°C-170°C 之間）時，過熱保護電路會關(guān)斷穩(wěn)壓器，停止電流輸出，防止芯片因過熱而永久性損壞。當(dāng)溫度下降到安全范圍后，穩(wěn)壓器會自動恢復(fù)工作。

3.2 工作流程

以固定輸出電壓的 AMS1117 為例，其工作流程如下：

1. 供電：輸入電壓 VIN 施加到穩(wěn)壓器的 VIN 引腳。

2. 基準(zhǔn)電壓生成：內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源產(chǎn)生一個精確的參考電壓。

3. 反饋與比較：輸出電壓 VOUT 直接或通過內(nèi)部預(yù)設(shè)的分壓器送入誤差放大器的一個輸入端。基準(zhǔn)電壓送入誤差放大器的另一個輸入端。

4. 誤差信號產(chǎn)生：誤差放大器比較反饋電壓與基準(zhǔn)電壓。

• 如果 VOUT 偏低，誤差放大器會檢測到反饋電壓低于基準(zhǔn)電壓，并產(chǎn)生一個信號，增加調(diào)整管的導(dǎo)通程度。

• 如果 VOUT 偏高，誤差放大器會檢測到反饋電壓高于基準(zhǔn)電壓，并產(chǎn)生一個信號，減小調(diào)整管的導(dǎo)通程度。

5. 調(diào)整管控制：誤差放大器的輸出驅(qū)動調(diào)整管，精確地調(diào)節(jié)其導(dǎo)通電阻，從而控制從 VIN 到 VOUT 的電流。

6. 穩(wěn)壓：通過這種負(fù)反饋機制，系統(tǒng)不斷地調(diào)整，直到輸出電壓 VOUT 穩(wěn)定在目標(biāo)值。

對于可調(diào)版本 AMS1117-ADJ，其工作原理類似，只不過反饋信號是通過外部電阻分壓網(wǎng)絡(luò)從 VOUT 獲取的。其輸出電壓 VOUT 由以下公式?jīng)Q定：V_OUT=V_REFtimes(1+fracR_2R_1)+I_ADJtimesR_2其中 V_REF 是內(nèi)部基準(zhǔn)電壓（通常為 1.25V），R_1 和 R_2 是外部連接在 VOUT 和 GND 之間的分壓電阻（R_1 連接在 VOUT 和 ADJ 之間，R_2 連接在 ADJ 和 GND 之間），I_ADJ 是流過 ADJ 引腳的微小電流。通常情況下，I_ADJtimesR_2 這一項可以忽略不計，因此簡化為：V_OUTapproxV_REFtimes(1+fracR_2R_1)通過選擇合適的 R_1 和 R_2 值，可以靈活設(shè)定所需的輸出電壓。

第四章 AMS1117 應(yīng)用注意事項

為了充分發(fā)揮 AMS1117 的性能并確保電路的穩(wěn)定可靠，在應(yīng)用中需要注意以下幾個關(guān)鍵點：

4.1 輸入和輸出電容的選擇與布局

• 輸入電容 (CIN)：

• 作用：輸入電容主要用于濾除輸入電源的紋波和高頻噪聲，并為瞬態(tài)負(fù)載變化提供瞬時電流，以防止輸入電壓驟降，從而影響穩(wěn)壓器的正常工作。它還能有效隔離穩(wěn)壓器與輸入電源線之間的干擾。

• 容量：推薦使用 10μF 或更大容量的電解電容或陶瓷電容。對于噪聲敏感的應(yīng)用或輸入電源紋波較大的情況，應(yīng)選擇更大的容量。

• ESR：低 ESR 的電容有利于改善高頻性能。

• 布局：輸入電容應(yīng)盡可能靠近 AMS1117 的 VIN 引腳，且其接地端應(yīng)與 AMS1117 的 GND 引腳直接相連，走線應(yīng)盡可能短且粗，以減小寄生電感和電阻。

• 輸出電容 (COUT)：

• 作用：輸出電容是確保 AMS1117 穩(wěn)定工作和優(yōu)異瞬態(tài)響應(yīng)的關(guān)鍵。它主要用于穩(wěn)定反饋環(huán)路，抑制輸出電壓紋波，并為負(fù)載提供瞬時電流。沒有適當(dāng)?shù)妮敵鲭娙?，穩(wěn)壓器可能會振蕩，導(dǎo)致輸出電壓不穩(wěn)定。

• 容量：AMS1117 對輸出電容的 ESR 有一定的要求。通常推薦使用低 ESR 的鉭電容或陶瓷電容，容量一般為 10μF 或更大。如果負(fù)載電流變化較大，或者需要更快的瞬態(tài)響應(yīng)，可能需要更大的輸出電容。例如，在某些數(shù)據(jù)手冊中，推薦 COUT 范圍為 10μF 至 100μF，并且特別強調(diào)了 ESR 的重要性。

• ESR：輸出電容的 ESR 對于穩(wěn)壓器的穩(wěn)定性至關(guān)重要。過高或過低的 ESR 都可能導(dǎo)致振蕩。理想的 ESR 范圍通常在 0.1Ω 到 1Ω 之間，但具體值需要查閱數(shù)據(jù)手冊。例如，許多 LDO 穩(wěn)壓器在 ESR 曲線中會有穩(wěn)定區(qū)域。

• 布局：與輸入電容類似，輸出電容也應(yīng)盡可能靠近 AMS1117 的 VOUT 引腳，且其接地端應(yīng)與 AMS1117 的 GND 引腳直接相連，走線應(yīng)盡可能短且粗。

4.2 壓差電壓 (Dropout Voltage)

• 定義：壓差電壓是線性穩(wěn)壓器能夠維持穩(wěn)壓輸出所需的最小輸入-輸出電壓差。對于 AMS1117，其典型壓差電壓在最大負(fù)載電流下約為 1.2V。這意味著如果輸出是 3.3V，則輸入電壓至少需要 3.3V + 1.2V = 4.5V 才能保證穩(wěn)壓器正常工作。

• 影響：當(dāng)輸入電壓低于此壓差要求時，AMS1117 將無法提供穩(wěn)定的輸出電壓，輸出電壓會隨著輸入電壓的降低而降低，進入“非穩(wěn)壓”狀態(tài)。

• 注意事項：在設(shè)計時，務(wù)必確保輸入電壓始終高于輸出電壓加上最大負(fù)載電流下的壓差電壓，并留有足夠的裕量，以應(yīng)對輸入電壓波動和瞬態(tài)負(fù)載變化。

4.3 功耗與散熱

• 功耗計算：AMS1117 的功耗 (P_D) 主要由輸入電壓與輸出電壓的壓差以及流過穩(wěn)壓器的電流決定。P_D=(V_IN?V_OUT)timesI_OUT其中 V_IN 是輸入電壓，V_OUT 是輸出電壓，I_OUT 是輸出電流。

• 溫度上升：器件的溫度上升與功耗和熱阻有關(guān)。DeltaT=P_DtimesR_θJA其中 R_θJA 是結(jié)到環(huán)境的熱阻，代表了器件散發(fā)熱量的能力。R_θJA 越小，散熱能力越好。不同封裝的 R_θJA 值差異很大。例如，SOT-223 封裝在沒有額外散熱措施的情況下，R_θJA 可能在 80°C/W 到 100°C/W 之間，而帶散熱片或大面積敷銅的 TO-220 封裝可能低至幾 °C/W。

• 散熱措施：

• PCB 散熱：對于 SOT-223 和 TO-252 等表面貼裝封裝，應(yīng)在 PCB 上為穩(wěn)壓器的散熱焊盤提供盡可能大的銅箔面積，以幫助散熱。如果可能，可以使用熱過孔將熱量引導(dǎo)到 PCB 的其他層，特別是地平面，以提高散熱效率。

• 散熱片：對于 TO-220 封裝或功耗較大的應(yīng)用，可能需要安裝外部散熱片來輔助散熱。

• 降額設(shè)計：在設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)最大環(huán)境溫度、最大輸出電流和輸入電壓來計算最大功耗，并確保芯片的結(jié)溫 (Junction Temperature) 始終低于其最大額定結(jié)溫（通常為 125°C 或 150°C）。留出足夠的裕量是保證長期可靠性的關(guān)鍵。

4.4 輸出電流限制

• 最大輸出電流：AMS1117 系列有不同的最大輸出電流能力，常見的有 800mA 和 1A 版本。在選擇器件時，應(yīng)確保其最大輸出電流能力大于實際負(fù)載所需的最大電流。

• 過流保護：如前所述，AMS1117 內(nèi)部集成了過流保護功能。當(dāng)輸出電流超過內(nèi)部設(shè)定值時，穩(wěn)壓器會自動進入限流模式，輸出電壓可能會下降，以保護器件不被損壞。雖然有過流保護，但長時間工作在限流狀態(tài)下會導(dǎo)致器件發(fā)熱嚴(yán)重，影響可靠性。

4.5 噪聲與紋波

• 輸出噪聲：所有線性穩(wěn)壓器都會有自身的輸出噪聲，這對于噪聲敏感的模擬電路尤為重要。AMS1117 的輸出噪聲水平在數(shù)據(jù)手冊中通常會有說明。可以通過增加輸出電容容量和使用高質(zhì)量的輸入電源來降低輸出噪聲。

• 紋波抑制比 (PSRR)：PSRR 表示穩(wěn)壓器抑制輸入電源紋波的能力。AMS1117 在低頻時通常具有較好的 PSRR，但在高頻時會下降。如果輸入電源紋波較大，可以通過增加輸入濾波電路（如 LC 濾波器）來進一步降低輸入紋波，從而改善輸出紋波。

4.6 可調(diào)版本 AMS1117-ADJ 的電阻選擇

• 電阻精度：對于可調(diào)版本 AMS1117-ADJ，設(shè)定輸出電壓的外部電阻 R_1 和 R_2 的精度會直接影響輸出電壓的精度。建議使用 1% 或更高精度的金屬膜電阻。

• 電阻值：選擇 R_1 和 R_2 的值時，應(yīng)考慮到流過分壓網(wǎng)絡(luò)的電流。通常，流過 R_1 和 R_2 的電流應(yīng)至少是 ADJ 引腳偏置電流的 100 倍以上，以減小 I_ADJ 對輸出電壓的影響。同時，電阻值不宜過大，否則容易受到噪聲干擾；也不宜過小，否則會增加額外的靜態(tài)功耗。通常 R_1 推薦在 1kΩ 到 10kΩ 之間。

第五章 AMS1117 與其他穩(wěn)壓器的比較

在電源管理領(lǐng)域，除了 AMS1117 這樣的線性穩(wěn)壓器，還有開關(guān)穩(wěn)壓器（如降壓型 DC-DC 轉(zhuǎn)換器）等多種選擇。理解它們之間的差異有助于在特定應(yīng)用中做出最佳選擇。

5.1 線性穩(wěn)壓器 (LDO) 的優(yōu)勢與劣勢

• 優(yōu)勢：

• 低噪聲：線性穩(wěn)壓器內(nèi)部不包含開關(guān)元件，因此輸出紋波和噪聲非常低，特別適合為敏感的模擬電路、RF 電路和音頻電路供電。

• 成本低：通常比開關(guān)穩(wěn)壓器更簡單，所需外部元件少，因此成本較低。

• 易于使用：設(shè)計和應(yīng)用相對簡單，外部元件少，PCB 布局要求不高。

• 瞬態(tài)響應(yīng)快：通常具有較快的瞬態(tài)響應(yīng)，能快速應(yīng)對負(fù)載電流的瞬變。

• 劣勢：

• 效率低：當(dāng)輸入輸出壓差較大時，大部分能量會以熱量的形式散失在調(diào)整管上，導(dǎo)致效率低下。

• 發(fā)熱量大：效率低直接導(dǎo)致發(fā)熱量大，需要有效的散熱措施，尤其是在大電流和高壓差應(yīng)用中。

• 無升壓功能：線性穩(wěn)壓器只能降壓，不能升壓。

5.2 開關(guān)穩(wěn)壓器 (Switching Regulator) 的優(yōu)勢與劣勢

• 優(yōu)勢：

• 高效率：通過開關(guān)工作方式，大大降低了能量損耗，效率可達(dá) 85% 到 95% 甚至更高，尤其適合高電流和高壓差應(yīng)用。

• 發(fā)熱量小：由于效率高，因此自身發(fā)熱量相對較小，對散熱要求較低。

• 功能多樣：可以實現(xiàn)降壓 (Buck)、升壓 (Boost)、升降壓 (Buck-Boost) 等多種轉(zhuǎn)換功能。

• 劣勢：

• 噪聲大：開關(guān)工作會導(dǎo)致較大的開關(guān)噪聲和紋波，可能需要額外的濾波電路來降低噪聲，對敏感電路供電時需謹(jǐn)慎。

• 復(fù)雜性高：設(shè)計相對復(fù)雜，需要更多的外部元件（如電感、二極管、MOSFET 等），PCB 布局要求嚴(yán)格，容易出現(xiàn) EMI 問題。

• 成本較高：通常比線性穩(wěn)壓器成本更高。

5.3 AMS1117 的定位與選擇

鑒于上述比較，AMS1117 這類 LDO 穩(wěn)壓器在以下應(yīng)用場景中具有顯著優(yōu)勢：

• 低功耗且壓差不大的應(yīng)用：例如，電池供電的便攜設(shè)備中，當(dāng)輸入電壓（如鋰電池的 4.2V-3.0V）略高于所需輸出電壓（如 3.3V）時，AMS1117 的效率仍然可接受。

• 對噪聲和紋波要求極高的應(yīng)用：如為 ADC/DAC、射頻模塊、音頻功放等供電，線性穩(wěn)壓器能提供“干凈”的電源。

• 簡單低成本的設(shè)計：當(dāng)設(shè)計預(yù)算有限且對效率要求不高時，AMS1117 是一個經(jīng)濟實惠且易于實現(xiàn)的解決方案。

• 后級穩(wěn)壓：有時，為了獲得極致的低噪聲性能，可以采用開關(guān)穩(wěn)壓器作為預(yù)穩(wěn)壓級，將輸入電壓降至接近所需輸出電壓，然后使用 AMS1117 等 LDO 進行二次穩(wěn)壓，進一步降低紋波和噪聲。

然而，在輸入電壓與輸出電壓壓差很大、或者需要大電流輸出且對效率有嚴(yán)格要求的場合，AMS1117 可能不是最佳選擇，此時應(yīng)優(yōu)先考慮開關(guān)穩(wěn)壓器。

第六章 AMS1117 典型應(yīng)用電路

6.1 固定輸出電壓應(yīng)用電路

這是 AMS1117 最常見的應(yīng)用場景，用于將一個較高的直流輸入電壓轉(zhuǎn)換為一個固定的較低直流輸出電壓。

       VIN
        |
        |
      -----
      |   |
      |   |
      -----
        |
     +-VIN-+   +-VOUT-+
     |     |   |      |
CIN ---| AMS1117 |--- COUT ---+----> VOUT (e.g., 3.3V, 5V)
     |     |   |      |        |
     +-----+   +------+        |
       |             |         |
       |             ----------
       |                  |
       --------------------
             GND

• CIN (輸入電容)：如前所述，連接在 VIN 和 GND 之間，用于濾波和儲能。通常為 10μF 或更大。

• AMS1117：穩(wěn)壓器核心器件。

• COUT (輸出電容)：連接在 VOUT 和 GND 之間，用于穩(wěn)定輸出和抑制紋波。通常為 10μF 或更大，低 ESR。

• VIN：輸入電源電壓。

• VOUT：固定輸出電壓。

• GND：接地。

6.2 可調(diào)輸出電壓應(yīng)用電路 (AMS1117-ADJ)

可調(diào)版本提供了更大的靈活性，通過外部電阻分壓網(wǎng)絡(luò)設(shè)定輸出電壓。

       VIN
        |
        |
      -----
      |   |
      |   |
      -----
        |
     +-VIN-+      +-VOUT-----+
     |     |      |          |
CIN ---| AMS1117 |--- COUT ---+----> VOUT (Adjustable)
     |     |      |          |  +--- R1 ----+
     +-----+      +----------+  |           |
       |                 |       ADJ         |
       |                 |  +----+           |
       |                 |  |                |
       |                 |  |                |
       ------------------   +---- R2 --------+
             GND                     |
                                     GND

• CIN、AMS1117、COUT：功能與固定版本相同。

• R1、R2 (分壓電阻)：連接在 VOUT、ADJ 和 GND 之間。

• R_1 連接在 VOUT 和 ADJ 引腳之間。

• R_2 連接在 ADJ 引腳和 GND 之間。

• VOUT：可調(diào)輸出電壓。

• 公式：V_OUTapproxV_REFtimes(1+fracR_2R_1)，其中 V_REF 通常為 1.25V。

通過選擇不同的 R_1 和 R_2 組合，可以實現(xiàn)所需的輸出電壓。例如，如果需要 3.3V 輸出：3.3V=1.25Vtimes(1+fracR_2R_1)2.64=1+fracR_2R_11.64=fracR_2R_1可以選取 R_1=1kOmega，則 R_2=1.64kOmega。由于 1.64kΩ 不是標(biāo)準(zhǔn)電阻值，可以選擇接近的標(biāo)準(zhǔn)值，例如 1.62kΩ (1%) 或 1.6kΩ (5%)，或通過串并聯(lián)組合實現(xiàn)。

第七章 AMS1117 選型指南

在實際設(shè)計中，正確選擇 AMS1117 型號對于確保電路性能和可靠性至關(guān)重要。

7.1 核心參數(shù)考量

• 輸出電壓 (VOUT)：

• 固定電壓：如果應(yīng)用只需要一個標(biāo)準(zhǔn)的固定電壓（如 1.8V, 2.5V, 3.3V, 5V），直接選擇相應(yīng)固定輸出電壓的型號，設(shè)計最簡單。

• 可調(diào)電壓：如果需要非標(biāo)準(zhǔn)電壓，或者在生產(chǎn)過程中需要調(diào)整電壓，則選擇 AMS1117-ADJ 可調(diào)版本。

• 最大輸出電流 (IOUT_MAX)：

• 根據(jù)負(fù)載所需的最大電流來選擇。AMS1117 系列有 800mA、1A 等不同電流能力的型號。確保所選型號的最大輸出電流大于負(fù)載峰值電流，并留有一定裕量。

• 輸入電壓范圍 (VIN_MIN ~ VIN_MAX)：

• 檢查穩(wěn)壓器的數(shù)據(jù)手冊，確認(rèn)其輸入電壓范圍能夠覆蓋你的電源輸入電壓波動范圍，并且始終滿足最小壓差電壓要求。

• 壓差電壓 (Dropout Voltage)：

• 在低壓差應(yīng)用中，這是一個關(guān)鍵參數(shù)。確保輸入電壓始終高于輸出電壓加上最大電流時的壓差電壓。

• 封裝類型 (Package)：

• 根據(jù) PCB 空間限制、散熱要求和生產(chǎn)工藝選擇合適的封裝。SOT-223 適用于緊湊型設(shè)計；TO-252 適用于中等功率表面貼裝；TO-220 適用于需要良好散熱的較大功率應(yīng)用。

• 功耗 (Power Dissipation)：

• 根據(jù) P_D=(V_IN?V_OUT)timesI_OUT 計算最大功耗，并結(jié)合所選封裝的熱阻，確保在最高環(huán)境溫度下芯片結(jié)溫不超過最大額定值。如果計算出的功耗過大，需要考慮更有效的散熱措施，或者更換為效率更高的開關(guān)穩(wěn)壓器。

• 靜態(tài)電流 (Quiescent Current, IQ)：

• 對于電池供電的低功耗應(yīng)用，靜態(tài)電流越小越好。AMS1117 的靜態(tài)電流通常在幾毫安級別，相比一些超低功耗 LDO 較高，但對于大多數(shù)應(yīng)用來說是可接受的。

• 紋波抑制比 (PSRR) 和 輸出噪聲：

• 對于對電源質(zhì)量要求苛刻的應(yīng)用，如射頻或模擬電路，需要關(guān)注這些參數(shù)。更高的 PSRR 意味著更好的輸入紋波抑制能力，更低的輸出噪聲表示更“干凈”的電源。

7.2 制造商與型號

市場上有許多制造商生產(chǎn)兼容 AMS1117 的線性穩(wěn)壓器，例如 STMicroelectronics、Texas Instruments (TI)、ON Semiconductor、NXP 等。它們可能有自己的型號命名規(guī)則，但功能和引腳基本兼容。在選擇時，除了考慮上述參數(shù)，還應(yīng)考慮供應(yīng)商的可靠性、供貨周期和技術(shù)支持。

例如：

• AMS1117-3.3：表示輸出 3.3V 的固定電壓版本。

• AMS1117-5.0：表示輸出 5.0V 的固定電壓版本。

• AMS1117-ADJ：表示可調(diào)輸出電壓版本。

• 型號后綴可能表示封裝，例如 AMS1117-3.3 SOT-223。

第八章 故障排除與常見問題

在使用 AMS1117 過程中，可能會遇到一些問題。以下是一些常見的故障現(xiàn)象及排查建議。

8.1 輸出電壓不穩(wěn)定或振蕩

• 原因：

• 輸出電容 (COUT) 不足或 ESR 不匹配：這是最常見的原因。COUT 太小，或 ESR 過高/過低都可能導(dǎo)致振蕩。

• 輸入電容 (CIN) 不足：輸入紋波過大或輸入阻抗過高導(dǎo)致。

• 負(fù)載瞬變過大：超出了穩(wěn)壓器的瞬態(tài)響應(yīng)能力。

• PCB 布局問題：接地不良、走線過長、寄生電感和電容過大。

• 排查：

• 檢查 COUT：確保 COUT 的容量和 ESR 符合數(shù)據(jù)手冊推薦值。嘗試增加 COUT 容量，并使用低 ESR 的陶瓷電容或鉭電容。

• 檢查 CIN：確保 CIN 容量足夠，且靠近 VIN 引腳。

• 檢查負(fù)載：如果負(fù)載是高度動態(tài)的，考慮增加額外的緩沖電容在負(fù)載端，或者使用響應(yīng)更快的穩(wěn)壓器。

• 檢查接地：確保 AMS1117 的 GND 引腳有良好、低阻抗的接地路徑。

• 示波器檢測：使用示波器觀察輸入和輸出電壓波形，判斷是否有高頻振蕩或大紋波。

8.2 輸出電壓過低或沒有輸出

• 原因：

• 輸入電壓 (VIN) 不足：低于輸出電壓加上壓差電壓。

• 負(fù)載過大：超過了 AMS1117 的最大輸出電流能力，導(dǎo)致進入限流模式。

• 短路：輸出端或負(fù)載端存在短路。

• 過熱保護觸發(fā)：芯片因功耗過大而溫度過高，進入過熱關(guān)斷模式。

• 器件損壞：可能是內(nèi)部損壞。

• ADJ 引腳連接錯誤 (可調(diào)版本)：ADJ 引腳未正確連接分壓電阻，或分壓電阻值錯誤。

• 排查：

• 測量 VIN：確認(rèn) VIN 滿足要求。

• 測量負(fù)載電流：確認(rèn)負(fù)載電流是否在穩(wěn)壓器額定范圍內(nèi)。

• 檢查短路：斷開負(fù)載，測量 VOUT 對地電阻，判斷是否有短路。

• 檢查散熱：用手觸摸芯片，判斷是否過熱。檢查散熱措施是否有效。

• 替換器件：如果排除其他原因，嘗試更換一個新的 AMS1117。

• 檢查可調(diào)版本 ADJ 連接：確認(rèn) R_1 和 R_2 正確連接且阻值無誤。

8.3 芯片發(fā)熱嚴(yán)重

• 原因：

• 功耗過大：(VIN - VOUT) × IOUT 的乘積過大，導(dǎo)致大量能量以熱量形式散失。

• 散熱措施不足：PCB 散熱面積不夠，或沒有安裝散熱片。

• 環(huán)境溫度過高：超出器件工作溫度范圍。

• 排查：

• 重新計算功耗：確保實際功耗在器件可承受范圍內(nèi)。

• 優(yōu)化散熱：增加 PCB 銅箔面積，使用熱過孔，或安裝散熱片。

• 檢查壓差：如果壓差過大導(dǎo)致發(fā)熱，考慮降低輸入電壓或切換到效率更高的開關(guān)穩(wěn)壓器。

• 降低負(fù)載電流：如果可能的話，降低負(fù)載電流以減少功耗。

第九章 總結(jié)與展望

AMS1117 作為一款經(jīng)典的低壓差線性穩(wěn)壓器，以其簡單、穩(wěn)定、低成本的特點，在眾多電子產(chǎn)品中扮演著不可或缺的角色。深入理解其引腳功能、工作原理、應(yīng)用注意事項和選型策略，對于確保電子電路的穩(wěn)定可靠運行至關(guān)重要。

盡管隨著技術(shù)的發(fā)展，更先進、更高效率的開關(guān)穩(wěn)壓器不斷涌現(xiàn)，但在許多特定應(yīng)用場景下，AMS1117 依然是理想的選擇。它在對噪聲敏感、對效率要求不是極致高、以及對成本和設(shè)計復(fù)雜度有嚴(yán)格限制的應(yīng)用中，展現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢。其低噪聲、良好的瞬態(tài)響應(yīng)以及簡單易用的特性，使其在為微控制器、傳感器、模擬電路和各種低功耗數(shù)字邏輯供電時依然保持強大的競爭力。

未來，線性穩(wěn)壓器仍將占據(jù)一席之地，尤其是在物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 設(shè)備、可穿戴設(shè)備和各種對電池壽命敏感的便攜應(yīng)用中。隨著封裝技術(shù)的進步，更小尺寸、更低功耗、更高 PSRR 的 LDO 穩(wěn)壓器將繼續(xù)發(fā)展，以適應(yīng)不斷增長的復(fù)雜性和小型化需求。理解 AMS1117 這樣的基礎(chǔ)元件，是成為一名優(yōu)秀電子工程師的基石，它為我們深入學(xué)習(xí)更復(fù)雜的電源管理技術(shù)奠定了堅實的基礎(chǔ)。

在任何設(shè)計中，都應(yīng)仔細(xì)查閱所選 AMS1117 具體型號的數(shù)據(jù)手冊，因為不同制造商或相同系列的不同型號之間，其性能參數(shù)、推薦電容值和散熱特性可能存在細(xì)微差異。秉持嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計態(tài)度，結(jié)合理論知識和實際測試，才能確保電源設(shè)計的最佳性能和長期可靠性。