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教你用分立组件规划稳健低成本的串联线性稳压器

有些应用需要宽松的输出调节功能以及不到20mA的电流。对这样的应用来说,采用分立组件打造的线性稳压器是一种低成本高效益的解决方案(图1)。而对于具有

有些运用需求宽松的输出调理功用以及不到20mA的电流。对这样的运用来说,选用分立组件打造的线性稳压器是一种低成本高效益的解决方案(图1)。而关于具有严厉的输出调理功用并需求更大电流的运用,则可运用高性能的低压差线性稳压器(LDO)。

图1:简略的串联稳压器。

有两个与图1所示电路相关的规划应战。第一个应战是要调理输出电压,第二个应战是要在短路事情中安然无恙。在这篇文章中,笔者将评论如何用分立组件规划稳健的线性稳压器

下面是一个用来给微控制器供电的示例:

·输入规模:8.4V至12.6V。

·输出规模:1.71V至3.7V。

·最大负载电流:Io_max = 20mA。

双极型NPN晶体管的挑选

NPN双极型晶体管Q1是最重要的组件。笔者首要挑选了这种器材。该晶体管应契合下列要求:

·集电极至发射极和基极至发射极的击穿电压应超越最高输入电压Vin_max。

·集电极最大答应电流应超越最大负载电流Io_max。

除了这两项基本要求之外,运用具有备选封装的组件也是一个好主意。当涉及到功耗时,具有这种灵活性将会简化今后的规划进程。笔者为这种运用挑选了具有备选封装和不同额定功率的NPN晶体管。

下面是笔者所用NPN晶体管的要害特性。

当IC = 50mA时:

直流(DC)电流增益hFE = 60;

集电极-发射极最高饱满电压VCEsat = 300mV;

基极-发射极最高饱满电压VBEsat = 950mV。

齐纳二极管Dz的挑选

输出电压等于反向齐纳电压VZ减去该晶体管基极至发射极电压VBE。因而,最低反向齐纳电压应契合下述要求(方程式1):

(1)

关于这种运用,笔者选用的一个测验条件是IZT = 1mA,并挑选了一个具有以下特性的齐纳二极管:

当Vo_min = 1.71V且VBE_max= 0.95V时,Vz_min应大于2.65V。

当反向电流IZT = 1mA时,最低反向电压VZ_min = 2.7V。

当反向电流IZT = 5mA时,最高反向电压VZ_max = 3.8V。

基极上拉电阻器RB

电阻器RB可为齐纳二极管和晶体管基极供给电流。在运转条件下,它应供给满足的电流。齐纳二极管反向电流IZ应大于1mA,正如笔者在齐纳二极管Dz的挑选部分所评论的。方程式2可预算出运转所需的最大基极电流:

(2)

其间Hfe_min = 60。因而,IB_max ≈ 0.333mA。

方程式3可计算出RB的值。笔者运用了一个具有1%容差的电阻器。

(3)

故此,RB应小于4.26kΩ。笔者运用了一个具有4.22kΩ规范值的电阻器。

增加一个用于输出调理的虚拟负载电阻器

当负载电流为零时,输出电压到达最大值。当1mA ≤ IZT ≤ 5mA时,VZ最大值为3.8。VBE(on)应大于0.1V,这样该稳压器的输出就能契合要求。此外,笔者还增加了一个虚拟负载电阻器,以便在无负载条件下罗致集电极电流。

图2显现,VBE(on)可作为集电极电流IC的函数。当IC = 0.1mA时,VBE(on) 大于0.3V。

图2:基极-发射极导通电压与集电极电流

方程式4可计算出该虚拟电阻:

(4)

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