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今天給大家分享的是三極管線性穩(wěn)壓電路器件選型,該電路具體電路引入及工作原理見下方籃字部分。
三極管線性穩(wěn)壓電路分析
三極管+并聯(lián)二極管方案是通過串聯(lián)的三極管分擔負載或輸入電壓引起的電壓波動,承擔更大的負載電流,從而降低電路的功耗。本次案例以12V降壓到5V為例。
1.限流電阻R1的選型
限流電阻R1要根據(jù)穩(wěn)壓管的反向擊穿工作電流大小選擇,比如至少大于1mA(多數(shù)通用穩(wěn)壓管齊納電流Iz都是在1-5mA范圍),那么限流電阻阻值
取5mA時,R1=(12V-5.6V)/5mA=1.28K,
取1mA時,R1=(12V-5.6V)/1mA=6.4K,
穩(wěn)壓管BZT5V6,齊納電壓Vz=5.6V@齊納電流Iz=5mA
可以預留余量,選擇1K的阻值。
功率計算P=I^2R=5mA^2*1K=0.025W
所以1K,1206,0805,0603封裝可以選擇。
2.穩(wěn)壓二極管D1的選型
輸出電壓=Vd-Vbe(KVL定律),一般的Vbe壓降是0.6V。
所以根據(jù)輸出電壓選擇穩(wěn)壓二極管,比如輸出5V的電壓,就要選擇一個5.6V的穩(wěn)壓二極管。
在這個回路中,利用KVL定律,二極管產(chǎn)生的電壓,構(gòu)成三極管Vbe和輸出電壓。
所以可知穩(wěn)壓管要選Vz=5.6V,型號BZT52B5V6。
3.三極管Q1的選型
射極跟隨穩(wěn)壓電路,通過串聯(lián)三極管來分擔輸入限流電阻上的壓降,從而可以處理更高的負載電流,同時降低了發(fā)熱功率,所以三極管的選型很重要。
三極管選型需要滿足以下條件:
(1)三極管必須能夠承受整個負載電流=》Ic>Iout
(2)三極管電壓必須能夠承受輸入電壓減去負載電壓的差值=》Vce>Vin-Vout
(3)三極管功耗必須滿足=》Pc=Vce*Ic
輸出電壓Vo=Vz-Vbe=VD3-Vbe=5.6V-0.6V=5V
其中Vz是穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值,Vbe是NPN三極管的BE結(jié)壓降,由此可以看出輸出電壓只與Vz與Vbe有關(guān),這樣就實現(xiàn)了穩(wěn)壓輸出的目的。
(1)三極管電流Ic>Iout
流經(jīng)三極管的電流I1等于負載電流IL,負載電流計算如下:
Ic=I1=Io=Vo/R2=(Vz-Vbe)/R2=5V/1K=0.5mA
所以三極管電流Ic滿足負載電流IL;
(2)三極管電壓Vce>Vinmax-Vo
三極管兩端電壓Vce要大于輸入電壓-輸出電壓。(KVL定律)
Vce=Vinmax-Vo=12V-5V=7V,所以Vce至少大于7V。
(3)三極管功耗Pc>Ic*Vce
Pc規(guī)格書>Pc理論,Pc=Vce*Ic=(Vinmax-Vo)*Ic
Pc=Vce*Ic=7V*0.5mA=3.5mW
需要注意的是Vbe會跟隨溫度和Ic變化,需要根據(jù)規(guī)格書特性曲線確定Vbe電壓值。
溫度升高時,Vbe@100℃要比Vbe@25℃要低,那么意味著Vo=Vz-Vbe,輸出電壓Vo可能會偏高;
溫度升高時,集電極電流Ic顯著增大,在相同Vbe=0.6V下,100℃時的Ic要比25℃時高約10倍(圖中從約7 mA → 70 mA),這就有可能導致功耗變大,三極管超出溫度限額。
4.負載電阻R2的選型
主要是計算負載電流,評估電阻阻值,電阻功耗。
根據(jù)以上計算Ic=Io=0.5mA,
P=UI=5V*0.5mA=0.0025W<0603 1/10W=0.1W,0.1W*50%=0.05W
R=U/I=5V/0.5mA=10K
所以10K,0805,0603封裝可以選擇。
5.電容C1的選型
通常在實際電路中,為了防止電壓波動,在輸入和輸出還要加上濾波電容,一般為電解電容。
實物的話一般加一個4.7uF電解電容,看下紋波,所謂的經(jīng)驗法+調(diào)試法。