搜索

电压调节器的工作原理与设计要点

[复制链接]
362|5
 楼主 | 2021-4-7 11:40 | 显示全部楼层 |阅读模式




本贴意图:演示一下,学电路,本质上就是学模型的,有了模型,一切都好办。


一、模拟电压调节器的分类

传统的模拟调节器,按照有无大的反馈环,可分为基本型和反馈型。

注意这个分类方法容易让喜欢抬杠的人,找到毛病--------即便是两个电阻分压,理论上也是负反馈,想让模拟电压调节器没有反馈是不可能的,所以这里定义成基本型,而不是说无反馈型。

二,电压调节器的基本考虑

既然是电压调节器,根本目的是让输入电源中的缓慢变化的分量尽可能地减小到输出端,所以抑制电源纹波或噪声是首要的考虑。
既然是电压输出,当然希望输出阻抗尽可能的低。

这两个基本要求,是衡量一个电压调节器的优劣的判据。


使用特权

评论回复

评论

hk6108 2021-4-8 19:15 回复TA
电阻是 无源元件,电阻串並联没咋反馈不反馈的,含有 有源器件 的电路的平衡,则跟 无源元件 的串並联无二,至少在低频时是如此。 

相关帖子

 楼主 | 2021-4-7 11:56 | 显示全部楼层

三,基本型电压调节器工作原理

基本型稳压器是由齐纳二极管为核心器件,配以降压电阻Rs而构成。


14831606d2a39d7e2e.png





说到稳压二极管,这里有个很有趣的问题:如果这种二极管的掺杂浓度继续提高,高到简并的程度,会发生什么?
37068606d2cd996200.png
根据能带图可见,掺杂浓度升高,反相击穿电压降低,甚至能低到比二极管的正向压降还要低,理论上无需外加偏置电压,它就能击穿了。

这就是所谓的【反向二极管】,反向工作时的导通电压特别低,适合小信号整流等应用。





使用特权

评论回复
 楼主 | 2021-4-7 12:08 | 显示全部楼层
本帖最后由 xukun977 于 2021-4-7 12:10 编辑


由于工作于较高的反偏电压下的突变PN结,其击穿特性类似于气体管的汤森放电现象,所以请注意了,所有的放电过程,本质上都是噪声的产生过程,所以把齐纳管偏执于下图所示的尖锐拐角处,正常工作时,工作点以该点为中心,来回左右晃动,由于两侧都是接近突变点,所以噪声是非常大的,所以要尽量避免。


80131606d2e9877932.png






这就对齐纳二极管的提出第一个要求----①噪声产生特性


电路设计中关心的问题还有②齐纳管的击穿电压、③齐纳管的导通电阻、④齐纳管的温度特征


关于③导通电阻,当然希望导通电阻越小越好,所以此时对应齐纳二极管的最小供电电流Imin,倘若电流低于此值,导通电阻会高于期望的某个临界值。一般情况下几百uA的电流下,齐纳管的导通电阻是数百欧姆,电流高到mA级,可以让导通电阻为几个欧姆。考虑到噪声特性,一般电流要尽可能地高于拐点处对应的电流,此外,一般在任何情况下,都要在稳压二极管上并联一个电容,来旁路交流纹波,所以噪声问题也容易解决。




使用特权

评论回复
 楼主 | 2021-4-7 20:36 | 显示全部楼层
本帖最后由 xukun977 于 2021-4-7 20:46 编辑

模拟电路的特点,是多个指标相互制衡,导致元件值的选取是左右为难。


例如,这里的电阻Rs的选取,普通教材上给的设计流程,几乎是一气呵成,毫无难点。

82205606da63110ab4.png



从提高电路效率的角度看,我们希望Rs尽可能地小,但是Rs又不能太小,要保证稳压管不会过热烧毁。
从纹波的抑制以及电源抑制的角度看,我们希望Rs尽可能地大。

而且当输出电流在大范围内变化时,稳压二极管的导通电阻可能会从几欧姆(负载电流小时)变化到几十欧姆(负载电流大时)


所以,为了摆脱这种尴尬局面,可以加个三极管T:


10057606da799179bd.png



对于这种并联型电压调节器,结果还是很尴尬,因为使用两次分压公式,可得下面的电压增益函数:



11600606da90b44e1e.png



对于电阻Rs的选取,一方面希望它尽可能地小,让稳压二极管工作于低阻抗、低噪区。

但是根据上面的电压增益表达式可知,电阻Rs变小,意味着输出纹波会增大。所以电阻Rs的选取,仍旧是左右为难。

这就是模拟电路的特点。


使用特权

评论回复
 楼主 | 2021-4-7 20:56 | 显示全部楼层
本帖最后由 xukun977 于 2021-4-7 21:02 编辑

所以教材上会接着介绍反馈型稳压电路,如下图所示:



48009606dabc4075ff.png


下面计算电压增益函数,看看噪声抑制能力:

95841606dac6ca445f.png


假设r1为2500欧姆,β=20,本征增益gm*r1=40,那么输出阻抗是3欧姆左右。



92002606dace39dc84.png



使用同样的参数,Vout/Vs=1/3000


也就是说,输入纹波能减小3000多倍。










使用特权

评论回复
扫描二维码,随时随地手机跟帖
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

我要发帖 我要提问 投诉建议 申请版主

快速回复

您需要登录后才可以回帖
登录 | 注册
高级模式

论坛热帖

在线客服 快速回复 返回顶部 返回列表