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[仿真] #申请原创#高精度小微稳压

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 楼主 | 2021-1-7 15:59 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 captzs 于 2021-1-8 17:36 编辑

#申请原创#  
*),高精度小微稳压(几十~几百mV)
下图复合三极管的输出电压U是下管E结导通压降减去C结压降与上管E结压降的并联值,U=Vbea-(Vbca//Vbeb),当Isc<<Isb(Isc是下管的C结漏饱和电流)时则为U=Vbea-Vbeb,将Vd=VtLn(Id/Is)代入得,U=VtLn(Ida/Isa)-VtLn(Idb/Isb)=VtLn[(Ida/Isa)(Isb/Idb)]。下管E结导通电流是从上管E结流下来的Id=Ida=Idb,则前式整理为U=VtLn(Isb/Isa)与导通电流无关,也就与输入电压大小无关;不过下管忽略了Ib=Id/βa产生的VtLn(1+1/βa) 误差。另外当Is电流随温度成倍改变时,(Isb/Isa)的比值保持不变,输出电压U不受温漂效应影响。实现高精度稳压。
稳压.GIF

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21小跑堂 打赏了 10.00 元 2021-01-13
理由:恭喜通过原创文章审核!请多多加油哦!

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captzs 2021-1-13 11:39 回复TA
@21小跑堂:多谢鼓励! 
 楼主 | 2021-1-7 17:16 | 显示全部楼层
  用内建电场电位差Vo=VtLn(NaND/n i ²)计算PN结的正向导通电压,其中NaND掺杂浓度制作工艺数据难以得到,这是理论研究用的。不如用PN结伏安特性表达式移项得到导通压降Vd=VtLn(Id/Is),其中反向饱和电流Is参数容易找到。

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 楼主 | 2021-1-7 21:29 | 显示全部楼层
*),温度电压当量的补偿
按照以下参数计算的输出电压U=VtLn(Isb/Isa)=VtLn[(1e-6)/(1e-20)]=833.9mV。但是仿真输出电压是816.3mV如左图。计算Ib产生的误差ΔV=VtLn(1+1/50)=0.5mV很小可忽略。误差是如何产生的?QbC极悬空,在27℃时C结温度电压当量Vt=26mV 叠加E结的压降,输出电压就相应减少,如果补偿一个26mV的电压抵消Vt,输出电压U与计算值就一致如右图。

稳压a.GIF

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 楼主 | 2021-1-7 21:33 | 显示全部楼层
captzs 发表于 2021-1-7 21:29
*),温度电压当量的补偿按照以下参数计算的输出电压U=VtLn(Isb/Isa)=VtLn[(1e-6)/(1e-20)]=833.9mV。但是仿 ...

*),如果不加补偿电压,QbC极短接到BE极将Vt电压短路消除其影响如右图。

稳压b.GIF

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captzs 2021-1-7 22:32 回复TA
@coody :指点说不上。您是不是实测?估计两个管的Is接近? 
coody 2021-1-7 22:13 回复TA
我看不明白,比如右图,实测室温12度,Qa的Vbea、Qb的Vbeb均大约650mV,搭电路实测U=Vbea-Vbeb=21mV,怎么可能有833mV? Vbea都没有那么高,请指点。 
 楼主 | 2021-1-7 22:46 | 显示全部楼层
@coody :当两管的Is参数接近或一样,稳压输出就是几十mV,由于它们的变化一致,所以精度最高。如果您能够实物试验,那就再好不过。我只会仿真。


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| 2021-1-8 09:07 | 显示全部楼层
Vbca//Vbeb   这是个什么电压?怎么计算?

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captzs 2021-1-8 09:27 回复TA
Vbeb是上管的E结导通压降,计算同Vbea。Vbca是下管C结的导通压降,此电路不是放大模式,下管的C结加正电压,所以正向导通压是Vbca=VtLn(Id/Isc),其中Isc是C结的漏饱和电流参数。 
| 2021-1-8 09:23 | 显示全部楼层
楼主能否详细说说,U=Vbea-(Vbca//Vbeb)是怎么来的?

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tom_xu 2021-1-8 16:37 回复TA
@captzs :非常好,谢谢! 
captzs 2021-1-8 15:29 回复TA
@tom_xu :由于某个原因,此点起初模糊描述简单化,检查时发现不妥,修改后才准确,您可以看看。 由于Isc远远小于Isb,所以就忽略Isc,两端的电压就由Isb决定。 
tom_xu 2021-1-8 13:15 回复TA
@captzs :由于Qa和Qb基极接在一起,Vbca=Vbeb, 所以U=Vbea-Vbeb。不知道对不对? 
captzs 2021-1-8 09:28 回复TA
从电路就可以直接看出。 
| 2021-1-8 10:00 | 显示全部楼层
HAO!

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| 2021-1-8 11:10 | 显示全部楼层
这个稳压效果会好?温漂是问题

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| 2021-1-8 11:11 | 显示全部楼层
现在都是集成的了

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 楼主 | 2021-1-8 11:24 | 显示全部楼层
*),上述电路上管使用PNP管也可以如下图。
这里说一说实际电路PN结的正向导通压降,去年初我发过一帖,随机用两个二极管仿真正向导通压降是0.40.9V,既然是随机,就不能作为实际二极管的导通压降范围的依据。那么是多少呢?应该按照Vd=VtLn(Id/Is)计算,要强调的是此公式的使用是有默认条件的。如果超出条件,Vd可能是几十mV或者几V

稳压d.GIF

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 楼主 | 2021-1-8 16:05 | 显示全部楼层
captzs 发表于 2021-1-8 11:24
*),上述电路上管使用PNP管也可以如下图。这里说一说实际电路PN结的正向导通压降,去年初我发过一帖,随机 ...

*)两个二极管行不行?
由于两个二极管导通电流分两路,虽然可以调节在某一温度附近电流一样,但是当温度变化大时,电流改变不一致,稳压精度稍差,而且两个管的Is参数选择也受限制。下图是温度差70的比对。电路加以改进可以输入双向信号,限幅输出。三极管要实现双向限压较复杂。

稳压e.GIF

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| 2021-1-8 16:15 | 显示全部楼层
captzs 发表于 2021-1-7 22:46
@coody :当两管的Is参数接近或一样,稳压输出就是几十mV,由于它们 ...

我是实物测试的。我的意思是,Vbe才650mV,还要减去一个Vbe,怎么还能得到833mV?哪怕200mV都得不到。我只量到20多mV,并且随输入电压(即输入电流)变化而变化,温度变化也非常大。

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 楼主 | 2021-1-8 17:33 | 显示全部楼层
coody 发表于 2021-1-8 16:15
我是实物测试的。我的意思是,Vbe才650mV,还要减去一个Vbe,怎么还能得到833mV?哪怕200mV都得不到。我 ...

非常难得,您用实物实验,谢谢分享!
  按照Vbe=650mV估计,你选择的三极管Is参数应该是1e-13A左右,就不知道上边那个三极管的Is是多少?如果用同样型号,输出在二十几mV就对了。如果选择Is=1e-10A三极管,输出应该是150mV左右,电源用几V,输入电阻用1K。

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 楼主 | 2021-1-10 11:21 | 显示全部楼层
两个参数一样的三极管稳压输出,什么不是U=Vbea-Vbeb=0?
  参数一样,下管IbIsc都不能忽略(*电路非放大模式,按照PN结伏安特性计算),设Is=Isc,则Ib=Id,默认模式,U=VtLn[(Id+Ib)/Is]-VtLn[Id/(Is+Isc)]=VtLn[(2Id/Is)/(Id/2Is)]=VtLn(4),即U=Vt*1.39=36mV。忽略其它参数影响,计算与不同参数的实际电路会有出入。

稳压f.GIF

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| 2021-1-11 10:26 | 显示全部楼层
“下管E结导通电流是从上管E结流下来的Id=Ida=Idb,”

从这里开始逻辑出错了,上管的基极电流与下管的集电极电流相等,但是并不一定与下管的基极电流相等,而下管的Vbe跟Ib是直接相关的,跟Ic或者Ie(也就是你这里的Id)不直接相关,不能由Ic或者Ie导出Vbe,

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| 2021-1-11 11:15 | 显示全部楼层
527935ffbc2bba2a42.png

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 楼主 | 2021-1-11 11:21 | 显示全部楼层
manbo789 发表于 2021-1-11 10:26
“下管E结导通电流是从上管E结流下来的Id=Ida=Idb,”

从这里开始逻辑出错了,上管的基极电流与下管的集电 ...

首先,此电路不是放大模式,要以PN结的伏安特性分析。上管的E结电流Id,经下管的C结再经E结到地,所以两个E结的电流一样,所以两个E结都是以一样的Id计算。只是下管的E结多了Ib。Ib决定下管的CE等效电阻,决定能够通过多大电流,也就决定上E结电流的大小。右图在下B极串个大电阻可知。
稳压g.GIF

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| 2021-1-11 11:35 | 显示全部楼层
captzs 发表于 2021-1-11 11:21
首先,此电路不是放大模式,要以PN结的伏安特性分析。上管的E结电流Id,经下管的C结再经E结到地,所以两 ...

U=VtLn(Id/Is),这个公式是计算二极管的,或者可以计算三极管的BE结,但是你用Ie往里套就出错了,Ie跟Vbe不是这个公式呈现的关系,之间差了个(β+1),而这个β跟Vce和温度有关了,不能用这个公式套了,换句话来说,你理解的晶体管模型出错了,

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captzs 2021-1-11 18:31 回复TA
本帖电路,默认Ib可以忽略(除了有说明)大多数三极管如此。如果不,引入放大倍数对Ib的影响(以前发过帖),则Ib不定,难于量化分析。而且又要多费口舌,吃力不讨好。 
captzs 2021-1-11 12:33 回复TA
放大系数会影响CE等效电阻,但不是Ic=IbB的关系,我强调"默认模式"避开它,就是不要进入放大模式思维。 
| 2021-1-11 12:13 | 显示全部楼层
仿真结果供参考:

稳压特性.jpg

电路有个“最佳工作点” Vopt,在其右侧(Vin > Vopt) 是稳压区。

各温度下的稳压特性.jpg

电路输出电压与温度有关,温度越高稳压输出电压越大。

温度系数.jpg

电路输出电压与温度呈线性关系。因此这个电路是个优良的温度传感器。

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coody 2021-1-11 23:03 回复TA
测试结果跟我的基本一样。三极管PN结的温度响应本来线性就比较好。 
captzs 2021-1-11 12:41 回复TA
@captzs :如果选择上下管的Is一样,精度最好。要注意的是,Is要<<Id。根据Vd=Vt[Ln(Id/Is)+1]可知,当Is=Id,则Vd=Vt,如果温度再上升Is再增大,Ln(Id/Is)变成负值,就全乱套。 
captzs 2021-1-11 12:27 回复TA
您好!多谢分享。由于输出稳压与Is成指数关系,而上下管的Is不一样,当温度大时,Is增加过大的就接近Id,就不呈指数关系,造成误差,这个可以推导计算。避免的办法是,两个Is尽量小,就是你所说的最佳工作点。 
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