这个电路仿真很简单,但分析计算却很难,你能解出来吗
0 2024-02-26

大家好,我是蜗牛兄,今天跟大家探讨一下技术群里一位小伙伴发出来的电路。


电路如下图所示,大致分析:

图1  电路图


两个NPN三极管搭建的直流降压稳压电源(至于为什么能够稳压,可以参照我前面发的文章《这两个三极管是怎么做到恒流的?一起来分析一下》 )输入电压DC24V,经过三极管Q1本身承受一定的压降后,输出电压Vo。


这里要重点强调一下Q1和Q2的工作状态,它们都只能工作在放大状态,为什么呢?


这个电路的目的是降压,所以Q1不可能工作在饱和状态,否则Vo=Vin=24V,就起不到想要的效果。Q2也不可能工作在饱和状态,否则输出电压Vo始终被钳位在5.6V-0.7=4.9V。


电阻R3的作用是给稳压管D1提供一定的电流,让三极管Q2的基极电压一直处于5.6V的稳压状态。


电阻R2的作用是为三极管的基极提供一定的偏置电压。


小伙伴们提出如下问题:

问题1:为啥我算出来10.5V不对?

问题2:输出电压是多少?怎么算的?

问题3:把R2调大,输出电压为什么减小了呢?



咱们来一一解答:


问题1:为啥我算出来10.5V不对?


答:10.5V是怎么来的呢?很多朋友可能是这样算的:通过稳压管为5.6V电压,可以求出三极管Q2的基极电压为5.6V+0.7V=6.3V。


R4的电流可算出:IR4=6.3V/R4=6.3V/15K=0.42mA,

输出电压Vo=IR4*(R1+R4)=0.42mA*25K=10.5V。


看起来好像没啥问题,但忽略了一点,把三极管Q2的基极电流给忽略了。


正确应该是:IR1=Ib(Q2)+IR4


所以,电阻R1和R4通过的电流实际上是不一样的。这种算法是不对的,所以10.5V的结果也是不对的。


图2  三极管Q2的基极电流



问题2:输出电压是多少?怎么算的?


答:为了便于描述,我将各支路进行了标号,如下图所示:


图3  为方便计算,将各支路编号


计算如下:


对于三极管Q2:

三极管Q2基极电压被钳位,所以其基极电压为5.6V+0.7V=6.3V,

I6=6.3V/R4=6.3V/15K......①

I5=(Vo-6.3V)/R1=(Vo-6.3V)/10K......②

I7=I5-I6......③


联立①②③得

I7=(Vo-6.3V)/10K-0.42mA......④


对于三极管Q1:

忽略三极管基极的电流(本身流过的电流较小)

利用Ic=β*Ib得:

I8=β*I7,假设放大倍数β=100

则:

I8=100*I7......⑤

由于Q1的基极电压被钳位,所以其基极电压为Vo+0.7V,

I8=24-(Vo+0.7V)/R2=24-(Vo+0.7V)/1K......⑥


联立①②③得I7=24-(Vo+0.7V)/(100*1K)......⑦


根据④和⑦相等,可以求出:

Vo=11.66V



问题3:把R2调大,输出电压为什么减小了呢?


图4  Q1基极电流走向


如上图箭头所示,我的理解是:三极管Q1的基极电流是由主电流R2所在回路分流得来的,即:IR2=Ib(Q1)+I8,电阻R2越大,电流就越小,放大倍数越小,三极管的等效电阻就越大,本身承受的压降越大,所以输出电压就会减小。反之增大。



咱们再来仿真一下,仿真结果也是11.6V。


图5  电路仿真


写在最后:


这个电路从24V降压到12V,压降比较大,工作效率低,我们一般不建议这样操作。这么大的压降,我们一般用DC-DC电源,如果负载对纹波要求比较高,我们一般在DC-DC后面再加一个三端稳压。


今天的分享就到这里,欢迎留言评论补充。


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