【基础】详细分析带隙型稳压电路的工作原理

带隙型稳压电路能够在很宽的温度范围内使得温度系数接近于0,以达到很好的稳压效果。在此,为了从数学上详细推导分析这类电路的工作原理,我准备对这个过程中的每一步都一一进行推导。由于整个过程基本是数学方程式的演算,对于这类稳压电路不是很熟悉的朋友,希望能耐心跟着我的思路来理解,我尽量把它推导得明白、简单、易懂。

我们知道,二极管的正向电压VF和BJT的VBE都大约是0.6V的样子,而且它们的温度系数约为-2mV/oC,也就是说,在一定温度范围内,温度每升高1oC,它们的正向压降就将减小2mV左右,示意图如下,

下面先来分析带隙型稳压电路一个基本原理图,如果把它的基本原理弄清楚了,那么这种类型的稳压电路就算基本知道是怎么回事了。

对于晶体管来说,前人已经推导出描述这个器件的一个很好的关系式了:

where,

IS为PN结的反向饱和电流;

q为电子的电量,且q=1.602*10-19C;

K是Boltzmann常数,且K=1.3805*10-23J/K;

T为热力学绝对温度(K);

VBE为所加的基、射极电压。

同时,可以得出:

那么,从如上所示原理图中,可以得出如下方程组:

在这里,我们做出本文最重要的一个前提假设:Q1和Q2的反向饱和电流以及hFE是相等的,则

其中,VT=KT/q即为热电压的定义式。

且热电压的温度系数为:

根据上面方程组中的3、4两式,可得:

此时,该电路的输出电压为:

这里m是热电压VT的加权系数。别忘了一个事实:VBE的温度系数约为-2mV/OC<0,而VT的温度系数则约为+0.0865mV/OC>0。所以只要适当地设定m的值就可以使得Vout的温度系数在很宽的温度范围内接近于0!这就是带隙型稳压电路的核心思想所在。

下面给出它的一个实用电路,

剖析该电路:

(1)当Q1和Q2的结温和参数有着不容忽视的差异时,本文的所有理论推导将变得毫无意义,所以一定要使用单芯片双(twin)晶体管,推荐使用2SC3381;

(2)C1=1000pF是超前相位补偿电容,其作用是为了在输出端至GND之间接有大容量的电容时该电路也能够稳定地工作;

(3)C2=0.1uF是电源旁路电容;

(4)R4也是在负载为电容时防止振荡用的电阻;

(5)R5是上拉电阻,如果省去R5的话,则在接通电源时,输出电压的上升反应往往会不尽人意;

(6)VR用于输出电压的微调,调整到输出电压的温度系数为0。需要指出的是,这里的VR由于是滑动变阻器,因此它本身就够成了一个噪声源。所以实际值肯定会和理论计算值还是有一定差异的,这需要更精密的数学建模来进行分析了,但是一般来说,这种必要性不是很大,因为半导体材料的各种参数本来就不是严格线性的。

如上所述就是带隙型稳压电路的整个工作原理的理论推导,在这个推导过程中,我借鉴了一个日本人写的一本电路书。我这篇文章里50.1%的逻辑思想是源于那个日本人,呵呵,剩下的49.9%就是本人的了。但是我觉得我讲得能比他讲的更明白一些,因此本人特地整理出来和博友分享一下。

相关推荐
TDengine (老段)13 分钟前
TDengine Go 与 Rust 连接器 — 高性能异步访问
大数据·数据库·物联网·golang·rust·时序数据库·tdengine
派勤电子1 小时前
5G物联网网关工控主板选型指南(超小尺寸工业级嵌入式硬件解决方案)
嵌入式硬件·工业网关·工控主板·工控主板选型·嵌入式工控主板·5g物联网网关·超小尺寸工控主板
&Hello Code2 小时前
2.一套可落地的 STM32 六层架构:基础工程框架搭建
stm32·嵌入式硬件·架构
老孙讲技术2 小时前
做过安防后端的人都懂:别把「云录像留证」和「告警外呼叫醒」拆成两套台账——分层搭重大事件触达
物联网·安全
sramdram2 小时前
高速低功耗stt-mram工业级存储方案
嵌入式硬件·mram·stt-mram·低功耗stt-mram
躺不平的理查德3 小时前
STM32 上拉和下拉
stm32·单片机·嵌入式硬件
星恒讯工业路由器3 小时前
仓储AGV无线组网指南
物联网·信息与通信·工业物联网·仓储物流机器人·agv无线组网·仓储无线覆盖·远程配置
柱子jason4 小时前
使用IOT-Tree消息流节点直接开放RESTful Api支持大屏展示
物联网
嘶哈哈哈4 小时前
雷迅 CAN Babel 新品测评:一个小巧的 CAN/UART 双功能 USB 调试适配器
单片机·嵌入式硬件
老孙讲技术4 小时前
凌晨三点报警全乱了:一个 callback 地址,如何把设备托管消息拆成多客户流水线?
物联网·音视频开发