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三極管線性穩(wěn)壓電路分析

大家好,我是磚一談芯。

一、前言

請問大家一個問題:大家如果做過DCDC的項目,12V轉(zhuǎn)成5V,一般會用什么方案去做呢?

多數(shù)人選擇LDO去實現(xiàn)降壓,比如常見的長晶的CJ7805,太矽TX7550,圣邦微SGM2205,矽力杰PW6206等等。那么如果使用分立器件搭建LDO的話,成本相對來說更便宜,電路搭建簡單。

下面分享一下分立元件三極管搭建的LDO,相信做開關(guān)電源的朋友見到過這個電路。

先說一下核心原理:

1、穩(wěn)壓管提供基準(zhǔn)電壓(如5.6V),三極管的基極電壓固定為Vz(穩(wěn)壓管擊穿電壓);

2、射極跟隨輸出:輸出電壓Vout=Vz-Vbe(硅管Vbe壓降一般在0.7V左右),能夠?qū)崿F(xiàn)12V轉(zhuǎn)5V功能;

3、動態(tài)調(diào)整:當(dāng)輸出負(fù)載或輸入電壓變化時,通過調(diào)整Vce的變化可以維持輸出電壓的穩(wěn)定(KVL定律)。

二、電路的引入

如果我們想單純實現(xiàn)降壓,那么電阻就可以實現(xiàn)分壓,但是帶來的是電阻會產(chǎn)生功耗,不利于長期穩(wěn)壓工作。

那么有人會想到穩(wěn)壓管實現(xiàn)降壓,只要提供擊穿電流,工作在擊穿區(qū)就能實現(xiàn)穩(wěn)壓效果,但是穩(wěn)壓管的缺點是功率小,比如BZT52B5V6只有500mW,所以我們在穩(wěn)壓管選型的時候,要考慮最嚴(yán)苛的情況下,負(fù)載電流全部加到穩(wěn)壓管上,根據(jù)P=Vz*Io算出功耗,并且考慮長期穩(wěn)定工作的話,一般要降額80%。如果負(fù)載電流比較大的話,那么我們選擇的穩(wěn)壓管功率更大,意味著封裝也會更大,成本升高,占用PCB更多空間。

針對這個問題,有前輩對此做出優(yōu)化,既然穩(wěn)壓管面對大電流的情況下歇菜了,那能不能使用三極管控制大電流呢?我們知道三極管屬于電流控制型元件,核心就是小電流控制大電流,所以就出現(xiàn)了三極管+穩(wěn)壓二極管的線性穩(wěn)壓方案。

這種方案有什么好處?

第一,引入三極管作為反饋元件,它可以實時監(jiān)測輸出,調(diào)節(jié)Vce的變化,維持輸出電壓的穩(wěn)定;

第二,三極管工作在線性放大區(qū),小電流控制大電流可以提供更大的輸出電流的能力,解決穩(wěn)壓管在電流選型上的問題。

那么穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓條件是齊納電流Iz至少要大于1mA,這個電流由12V電源供電,我們選用一個電阻進(jìn)行限流。這里1mA電流要求是因為穩(wěn)壓二極管制造工藝決定擊穿特性存在一個齊納電流,多數(shù)通用的穩(wěn)壓管齊納電流在1-5mA范圍,所以至少大于1mA的工作電流,穩(wěn)壓管才能實現(xiàn)穩(wěn)壓。

如果要加入一個限流電阻,是串聯(lián)還是并聯(lián)實現(xiàn)限流?

由于輸入電流和輸出電流相等,一旦流過大電流的話,回路中串聯(lián)電阻會增加輸入回路的損耗,所以我們采用并聯(lián)電阻在三極管和穩(wěn)壓管上。

另外輸入輸出電壓防止電壓的波動,還要在加上濾波電容,通常是電解電容。這樣我們就得到了一個基本的三極管線性穩(wěn)壓電路。

三、工作原理

電源12V上電,通過限流電阻R2使得穩(wěn)壓二極管反向擊穿,此時穩(wěn)壓管擊穿電壓Vz=5.6V,使得三極管基極-發(fā)射極壓降Vbe>0.7V,NPN三極管導(dǎo)通,根據(jù)基爾霍夫電壓定律,輸出電壓Vo=Vz-Vbe,所以可知輸出電壓和穩(wěn)壓管之間差一個三極管Vbe壓降。
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3小時前

這個穩(wěn)壓電路很簡捷喲。在穩(wěn)壓管上并個電容輸出紋波會小。

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1小時前

此電路可用于要求不高的小電流場所,負(fù)載電流稍大時三極管發(fā)熱嚴(yán)重

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