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三極管穩壓電路仿真分析設計方案

2020年09月08日 15:15 ? 次閱讀

1、穩壓原理

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;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,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,綜上可得VOUT=Vz-Vbe,可以根據VOUT來選擇合適的穩壓管。

2、仿真分析

如下是用Tina-TI進行的仿真實驗,Z1是5.1V穩壓管,限流電阻R1是1.25K,輸入V1=30V,仿真結果VF1=4.36V,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4.36V呢?

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4.36V。

3、確定R1的阻值

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,[email protected]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。

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?

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

再次仿真,將R1改為2K,加在穩壓管上的電流減小了,VF2變為5V,VF1變為4.26V,穩壓效果沒有R1=1.25K好,驗證了上面的理論。

4、電阻R1的功率

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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