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  • 三極管穩壓電路仿真解析
    • 發布時間:2021-04-16 16:25:36
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    • 閱讀次數:736
    三極管穩壓電路仿真解析
    利用三極管和穩壓管可以構成一個穩壓保護電路,這個電路經常用來作過壓保護。
    先來看一下下面電路穩壓的原理
    R3 和 Z1 構成簡單的穩壓電路,當 VIN 的電壓高于 Z1 的穩壓值 Vz 時,Z1 的負極被穩壓在 Vz。
    三極管穩壓電路
    Z1 的負極連接到三極管的基極,三極管發射極 E 是輸出,形成了一個射極跟隨器,也就是說,E 極的電壓隨著 B 電壓變化而變化,但 BE 之間有一個壓降,一般硅管 0.7V 左右,假設 B 極是 6.7V,那 E 極就是 6.7-0.7=6V,所以就有一個公式 VOUT=Vz-Vbe,可以根據 VOUT 來選擇合適的穩壓管。
    如下用 Tina-TI 進行仿真驗證
    Z1 是 5.1V 穩壓管,限流電阻 R1 是 1.25K,輸入 V1=30V,仿真結果 VF1=4.14V,我們發現這個電路是可以用的。那又有人會說了,三極管導通之后,30V 會直接從 CE 到 VF1,為什么輸出還是 4.14V 呢?
    三極管穩壓電路
    三極管導通之后,E 點電壓會升高,當升高到 Vbe<0.7V,三極管會關閉,IC 電流急劇下降,E 點的電壓急劇下降,當 E 的電壓下降到 Vbe=0.7V,此時三極管再次導通,E 點的電壓往上升,當 Vbe<0.7V 時,三極管再次關閉,如此的循環,使得 E 點的電壓會一直穩定在 4.14V。
    R1 的阻值如何確定呢?
    如下是穩壓二極管的特性曲線,結合圖形,更好的可以理解參數,穩壓管的 Breakdown 區域是 Izt~Izm,在這個范圍內,穩壓管的穩壓效果最佳。
    從穩壓管的 SPEC 中我們可以看到,Vz@Izt 這個參數,指在 Izt=20mA 時,穩壓管的穩壓值 Vz=5.1V,也就是說流過穩壓管的電流在 20mA 以上,穩壓效果最佳。
    三極管穩壓電路
    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?
    三極管穩壓電路
    R1 的下限取決于 Izm,穩壓管有一個參數耗散功率 Pd,正常工作狀態穩壓管不能超過這個值,因為穩壓值 5.1V 不變,所以流過穩壓管的電流最大 Izm=500/5.1=98mA,所以 R1 最小值為:(30V-5.1V)/98mA=0.25K
    三極管穩壓電路
    再次仿真,將 R1 改為 2K,加在穩壓管上的電流減小了,VF2 變為 4.68V,VF1 變為 3.99V,穩壓效果沒有 R1=1.25K 好,驗證了上面的理論。
    三極管穩壓電路
    電阻 R1 的功率怎么算呢?
    按照 R1=1.25K,穩壓管擊穿電流 Izt=20mA 計算,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,否則電阻可能會損壞。
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