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三极管线性稳压电路器件选型

一、前言

今天给大家分享的是三极管线性稳压电路器件选型,该电路具体电路引入及工作原理见下方蓝字部分。

三极管线性稳压电路分析

三极管+并联二极管方案是通过串联的三极管分担负载或输入电压引起的电压波动,承担更大的负载电流,从而降低电路的功耗。

二、选型要点

本次案例以12V降压到5V为例。

1.限流电阻R1的选型

限流电阻R1要根据稳压管的反向击穿工作电流大小选择,比如至少大于1mA(多数通用稳压管齐纳电流Iz都是在1-5mA范围),那么限流电阻阻值

取5mA时,R1=(12V-5.6V)/5mA=1.28K,

取1mA时,R1=(12V-5.6V)/1mA=6.4K,

稳压管BZT5V6,齐纳电压Vz=5.6V@齐纳电流Iz=5mA

可以预留余量,选择1K的阻值。

功率计算P=I^2R=5mA^2*1K=0.025W

所以1K,1206,0805,0603封装可以选择。

2.稳压二极管D1的选型

输出电压=Vd-Vbe(KVL定律),一般的Vbe压降是0.6V。

所以根据输出电压选择稳压二极管,比如输出5V的电压,就要选择一个5.6V的稳压二极管。

在这个回路中,利用KVL定律,二极管产生的电压,构成三极管Vbe和输出电压。

所以可知稳压管要选Vz=5.6V,型号BZT52B5V6。

3.三极管Q1的选型

射极跟随稳压电路,通过串联三极管来分担输入限流电阻上的压降,从而可以处理更高的负载电流,同时降低了发热功率,所以三极管的选型很重要。

三极管选型需要满足以下条件:

(1)三极管必须能够承受整个负载电流=》Ic>Iout

(2)三极管电压必须能够承受输入电压减去负载电压的差值=》Vce>Vin-Vout

(3)三极管功耗必须满足=》Pc=Vce*Ic

输出电压Vo=Vz-Vbe=VD3-Vbe=5.6V-0.6V=5V

其中Vz是稳压二极管的稳压值,Vbe是NPN三极管的BE结压降,由此可以看出输出电压只与Vz与Vbe有关,这样就实现了稳压输出的目的。

(1)三极管电流Ic>Iout

流经三极管的电流I1等于负载电流IL,负载电流计算如下:

Ic=I1=Io=Vo/R2=(Vz-Vbe)/R2=5V/1K=0.5mA

所以三极管电流Ic满足负载电流IL;

(2)三极管电压Vce>Vinmax-Vo

三极管两端电压Vce要大于输入电压-输出电压。(KVL定律)

Vce=Vinmax-Vo=12V-5V=7V,所以Vce至少大于7V。

(3)三极管功耗Pc>Ic*Vce

Pc规格书>Pc理论,Pc=Vce*Ic=(Vinmax-Vo)*Ic

Pc=Vce*Ic=7V*0.5mA=3.5mW

需要注意的是Vbe会跟随温度和Ic变化,需要根据规格书特性曲线确定Vbe电压值。

温度升高时,Vbe@100℃要比Vbe@25℃要低,那么意味着Vo=Vz-Vbe,输出电压Vo可能会偏高;

温度升高时,集电极电流Ic显著增大,在相同Vbe=0.6V下,100℃时的Ic要比25℃时高约10倍(图中从约7 mA → 70 mA),这就有可能导致功耗变大,三极管超出温度限额。

4.负载电阻R2的选型

主要是计算负载电流,评估电阻阻值,电阻功耗。

根据以上计算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封装可以选择。

5.电容C1的选型

通常在实际电路中,为了防止电压波动,在输入和输出还要加上滤波电容,一般为电解电容。

实物的话一般加一个4.7uF电解电容,看下纹波,所谓的经验法+调试法。

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