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三极管稳压电路仿真分析

作者:立深鑫        发布时间:01-05        点击:
摘要 : Z1的负极连接到三极管的基极,三极管发射极E是输出,形成了一个射极跟随器,也就是说,E极的电压随着B电压变化而变化,但BE之间有一个压降,一般硅管0.7V左右,假设B极是6.7V,那E极就是6.7-0.7=6V,所以就有一个公式VOUT=Vz-Vbe,可以根据VOUT来选择合适的稳压管。
利用三极管和稳压管可以构成一个稳压保护电路,这个电路经常用来作过压保护。

先来看一下下面电路稳压的原理

R1和Z1构成简单的稳压电路,当VIN(V15)的电压高于Z1的稳压值Vz时,Z1的负极被稳压在Vz。


三极管稳压电路

Z1的负极连接到三极管的基极,三极管发射极E是输出,形成了一个射极跟随器,也就是说,E极的电压随着B电压变化而变化,但BE之间有一个压降,一般硅管0.7V左右,假设B极是6.7V,那E极就是6.7-0.7=6V,所以就有一个公式VOUT=Vz-Vbe,可以根据VOUT来选择合适的稳压管。

如下用Tina-TI进行仿真验证

Z1是5.1V稳压管,限流电阻R1是1.25K,输入V1=30V,仿真结果VF1=4.14V,我们发现这个电路是可以用的。那又有人会说了,三极管导通之后,30V会直接从CE到VF1,为什么输出还是4.14V呢?


三极管稳压电路

三极管导通之后,E点电压会升高,当升高到Vbe

R1的阻值如何确定呢?

如下是稳压二极管的特性曲线,结合图形,更好的可以理解参数,稳压管的Breakdown区域是Izt~Izm,在这个范围内,稳压管的稳压效果最佳。

从稳压管的SPEC中我们可以看到,Vz@Izt这个参数,指在Izt=20mA时,稳压管的稳压值Vz=5.1V,也就是说流过稳压管的电流在20mA以上,稳压效果最佳。


三极管稳压电路

再看上面的仿真图,忽略流入三极管基极的电流,那可以算出:

R1≤(30-5.1)/20mA=1.245K

但是R1的下限又是多少呢?

的下限取决于Izm,稳压管有一个参数耗散功率Pd,正常工作状态稳压管不能超过这个值,因为稳压值5.1V不变,所以流过稳压管的电流最大Izm=500/5.1=98mA,所以R1最小值为:(30V-5.1V)/98mA=0.25K

再次仿真,将R1改为2K,加在稳压管上的电流减小了,VF2变为4.68V,VF1变为3.99V,稳压效果没有R1=1.25K好,验证了上面的理论。


三极管稳压电路

电阻R1的功率怎么算呢?

按照R1=1.25K,稳压管击穿电流Izt=20mA计算,那加在R1上的功率为:

P=0.02*0.02*1250=0.5W

所以R1的功率需要0.5W以上,否则电阻可能会损坏。