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三極管穩(wěn)壓電路仿真解析
  • 發(fā)布時(shí)間:2021-04-16 16:25:36
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三極管穩(wěn)壓電路仿真解析
利用三極管和穩(wěn)壓管可以構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)壓保護(hù)電路,這個(gè)電路經(jīng)常用來(lái)作過(guò)壓保護(hù)。
先來(lái)看一下下面電路穩(wěn)壓的原理
R3 和 Z1 構(gòu)成簡(jiǎn)單的穩(wěn)壓電路,當(dāng) VIN 的電壓高于 Z1 的穩(wěn)壓值 Vz 時(shí),Z1 的負(fù)極被穩(wěn)壓在 Vz。
三極管穩(wěn)壓電路
Z1 的負(fù)極連接到三極管的基極,三極管發(fā)射極 E 是輸出,形成了一個(gè)射極跟隨器,也就是說(shuō),E 極的電壓隨著 B 電壓變化而變化,但 BE 之間有一個(gè)壓降,一般硅管 0.7V 左右,假設(shè) B 極是 6.7V,那 E 極就是 6.7-0.7=6V,所以就有一個(gè)公式 VOUT=Vz-Vbe,可以根據(jù) VOUT 來(lái)選擇合適的穩(wěn)壓管。
如下用 Tina-TI 進(jìn)行仿真驗(yàn)證
Z1 是 5.1V 穩(wěn)壓管,限流電阻 R1 是 1.25K,輸入 V1=30V,仿真結(jié)果 VF1=4.14V,我們發(fā)現(xiàn)這個(gè)電路是可以用的。那又有人會(huì)說(shuō)了,三極管導(dǎo)通之后,30V 會(huì)直接從 CE 到 VF1,為什么輸出還是 4.14V 呢?
三極管穩(wěn)壓電路
三極管導(dǎo)通之后,E 點(diǎn)電壓會(huì)升高,當(dāng)升高到 Vbe<0.7V,三極管會(huì)關(guān)閉,IC 電流急劇下降,E 點(diǎn)的電壓急劇下降,當(dāng) E 的電壓下降到 Vbe=0.7V,此時(shí)三極管再次導(dǎo)通,E 點(diǎn)的電壓往上升,當(dāng) Vbe<0.7V 時(shí),三極管再次關(guān)閉,如此的循環(huán),使得 E 點(diǎn)的電壓會(huì)一直穩(wěn)定在 4.14V。
R1 的阻值如何確定呢?
如下是穩(wěn)壓二極管的特性曲線,結(jié)合圖形,更好的可以理解參數(shù),穩(wěn)壓管的 Breakdown 區(qū)域是 Izt~Izm,在這個(gè)范圍內(nèi),穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓效果最佳。
從穩(wěn)壓管的 SPEC 中我們可以看到,Vz@Izt 這個(gè)參數(shù),指在 Izt=20mA 時(shí),穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值 Vz=5.1V,也就是說(shuō)流過(guò)穩(wěn)壓管的電流在 20mA 以上,穩(wěn)壓效果最佳。
三極管穩(wěn)壓電路
再看上面的仿真圖,忽略流入三極管基極的電流,那可以算出:
R1≤(30-5.1)/20mA=1.245K
但是 R1 的下限又是多少呢?
三極管穩(wěn)壓電路
R1 的下限取決于 Izm,穩(wěn)壓管有一個(gè)參數(shù)耗散功率 Pd,正常工作狀態(tài)穩(wěn)壓管不能超過(guò)這個(gè)值,因?yàn)榉€(wěn)壓值 5.1V 不變,所以流過(guò)穩(wěn)壓管的電流最大 Izm=500/5.1=98mA,所以 R1 最小值為:(30V-5.1V)/98mA=0.25K
三極管穩(wěn)壓電路
再次仿真,將 R1 改為 2K,加在穩(wěn)壓管上的電流減小了,VF2 變?yōu)?4.68V,VF1 變?yōu)?3.99V,穩(wěn)壓效果沒(méi)有 R1=1.25K 好,驗(yàn)證了上面的理論。
三極管穩(wěn)壓電路
電阻 R1 的功率怎么算呢?
按照 R1=1.25K,穩(wěn)壓管擊穿電流 Izt=20mA 計(jì)算,那加在 R1 上的功率為:
P=0.02*0.02*1250=0.5W
所以 R1 的功率需要 0.5W 以上,否則電阻可能會(huì)損壞。
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