设计步骤

想了解对所需规格的电阻值进行计算的Excel计算器，请参阅设计参考资料。

1. 定义电路的输入电压范围。本设计中，选择 V_{in_min} = 0V，V_{in_max} = 5V。
2. 定义电路的输出电流范围。本设计中，选择 I_{out_min} = 4mA，I_{out_max} = 20mA。
3. 计算 R₇ 和 R₈ 以设置 TPS7A4501-SP LDO 的输出电压。可调 LDO 的输出电压的设置公式如下：
   

   在这个公式中，V_ref 是 LDO 的内部带隙基准电压。TPS7A4501-SP 的标称基准电压 V_ref = 1.21V，而本设计的目标是 V_reg = 5V，适用如下：

   
   

   在选择值时，遵循以下指导原则：从 LDO 输出端到接地端的反馈电阻器中的电流必须至少是进入 ADJ 引脚的漏电流的 100 倍，以避免出现输出精度问题。对于 TPS7A4501-SP，ADJ 引脚的漏电流为 3μA（典型值）。由此产生以下不等式：

   
   
   16.67kΩ ≥ R₇ + R₈

   with R₈ = 3.97kΩ （标准值），下述等式成立：

   R₇ = 3.97kΩ * 3.13 = 12,426Ω ≈ 12.4kΩ (标准值)

   有了 R₇ 和 R₈ 的这些值，下述等式有效：

   R₇ + R₈ = 3.97kΩ + 12.4kΩ = 16.37kΩ ≤ 16.67kΩ
   注： 由于本设计具有电流预算限制，因此最好将 R₇ 和 R₈ 的大小设置为接近该限制，以最小化此静态电流贡献。
   
   
4. 定义流经 R₃ 的最小和最大电流。在定义这些电流之前，请参阅设计注意事项 5。本设计中，选择 I_{3_min} = 20μA，I_{3_max} = 100μA。
5. 如设计步骤 4所定义的，计算 R₁ 和 R₂ 的值以设置 I_{3_min} 和 I_{3_max}。为此，请使用第一个公式以及 V_reg、V_{in_min}、V_{in_max}、I_{3_min} 和 I_{3_max} 的技术参数。当 V_in = V_{in_min} 时，得到以下等式：
   
   
   R₂ = 250kΩ (标准值)

   当 V_in = V_{in_max} 时，以下等式成立：

   
   
   R₁ = 62.5kΩ ≈ 62kΩ (标准值)
6. 计算 R₃ / R₄ 以设置所需的电流增益。为此，请使用该公式以及 I_{out_min} 和 I_{3_min}。
   
   
   注： 只需要使用 I_out 和 I₃ 的最小值来计算 R₃ / R₄ ，因为假设已遵循设计注意事项 5。
   
   
7. 选择 R₃ 和 R₄ 的值。对R₃大小的调整远没有对 R₄ 大小的调整重要得多，因为在对 R₃ 进行大小调整时容易粗心导致裕量问题。要了解原因，请分析最大负载条件 (I_out = I_{out_max} = 20mA) 下的节点电压。负载电压如下：
   V_load = I_{out_max} * R_load = 20mA × 250Ω = 5V

   大部分输出电流会通过 R₄，因此当 R₄ = 100Ω 时，I_ret 处的电压约为：

   5V + 100Ω * 20mA = 7V

   V_reg 以 I_ret 为基准，因此相对于电源接地，V_reg = 7V + 5V = 12V，在这种情况下，LDO 进入压降。如果 LDO 进入压降，LDO 将失去其电源抑制 (PSR) 特性，并且运算放大器的正电源电压降低，因此其驱动晶体管基极以提供额外输出电流的能力也会降低。此外，如果 V_reg 下降，则流经 R₃ 的电流将减小，电路开始表现出非线性行为。另外，如果 R₆ 太大，则 R₆ 上的额外电压降会进一步降低晶体管的可用裕量。

   考虑到这些因素，选择 R₄ = 50Ω 以避免裕量问题。因此：

   R₃ = 199 * 50Ω = 9.95kΩ ≈ 9.88kΩ (标准值