稳压二极管的稳压电路解决方案,电流不足缺陷问题

2020-10-21 16:51 3321 64

工程师,在开发设计一些电路项目,会处理各种不同功能的电路问题。有时候为了一个完美的电路解决方案,工程师会找几种电路,进行不断地调试,去验证。

调试电路的艰辛,芯片哥相信工程师都懂得~~~

在设计稳压电路,工程师选择的方案可能不尽相同,例如


  • 三端稳压,常见的电路器件如78M05,1117-3.3等;
  • 稳压二极管,常见的电路器件如BZT52C5V1S,MM1Z5B1等;
  • 开关稳压,常见的电路器件如LM2596,ME2108等;

开关稳压,也叫做DC-DC电源稳压,它与三端稳压一样,经常被工程师在项目中使用。工程师对它们的电路特性也非常熟悉,只是另外一种稳压二极管的稳压电路,可能用的场合就会少很多,因此对它的电路特性,可能还存在一些查缺补漏。

稳压二极管的稳压电路,它的电流缺陷怎么解决?

电路及其元器件

稳压二极管


稳压二极管,顾名思义,它是一种类型的二极管,只是它与普通二极管的电路功能有所区别,它能起到稳压的作用。

具体是怎么起到稳压的作用呢?

首先,芯片哥和工程师一起从它的电路符号重新认识一下稳压二极管

稳压二极管的稳压电路,它的电流缺陷怎么解决?

稳压二极管电路符号

它分为A极与K极,也就是正极与负极。普通二极管的正常工作是A极接电路的正极,K极接电路的负极,而稳压二极管的电路连接却是相反的

稳压二极管,它的A极是连接电路的负极,K极是连接电路的正极,电流的流向是从K极流向A极,不是从A极流向K极。



其次,芯片哥和工程师一起再了解一下稳压二极管的电路特性

稳压二极管的稳压电路,它的电流缺陷怎么解决?

稳压二极管电路曲线

从电路曲线看出,稳压二极管两端的电流即使有△i大小的变化,它的两端电压变化也非常小,这就是它的电路工作原理特性。


最后,芯片哥和工程师一起分析一下稳压二极管的应用电路

稳压二极管的稳压电路,它的电流缺陷怎么解决?

稳压二极管应用电路

输入端Ui,经过电阻R1连接到稳压二极管K极,A极直接连接到地GND,稳压二极管的两端对外输出电压Uo。

在Ui由零逐渐增大的过程,Uz为稳压二极管的最小电压稳压值


  • Ui小于Uz,或者经过R1电阻流入稳压二极管的电流,不足以使稳压二极管工作在稳压状态,则Uo = Ui;
  • Ui大于Uz,或者经过R1电阻流入稳压二极管的电流,可以使得稳压二极管工作在稳压状态,则Uo = Uz;


显然,在稳压二极管对外输出稳定的电压Uz时,输出的电流有一部分是被稳压二极管自身消耗的,也就是电流Iz。由于稳压二极管的K极电压是固定不变的,为Uz,所以R1电阻消耗的电流也就等于

Ir = (Ui - Uz) / R1


这个Ir电流,就是稳压二极管对外向负载提供的最大电流;假如负载消耗的电流超过Ir,那么这个问题,工程师该如何解决呢?

其实,稳压二极管虽然能提供稳定的电压,但由于其电流驱动能力有限,因此这个也成为了它的电流缺陷。


解决电流缺陷


要解决稳压二极管的电流缺陷问题,工程师可以借助三极管的电流放大特性,优化改良下原来的稳压二极管电路。

稳压二极管的稳压电路,它的电流缺陷怎么解决?

优化后的稳压电路

RL为电路的负载,直接与三极管的发射极连接。三极管的集电极连接到电源VCC,基极连接到稳压二极管K极,这样利用稳压二极管的稳压特性,以及三极管基极发射级PN结0.7V的压差特性,输出负载RL的电压就维持不变,达到恒定的效果。

若负载RL需要消耗大的电流,三极管的发射极就可以从电源VCC吸取,通过其自身的电流放大作用,提供给负载RL工作。

总结发现,这个优化改良后的稳压电路,它实现了两个电路功能


  1. 稳压功能。三极管的PN结稳压,结合稳压二极管的稳压,对外就能输出一个稳定的电压;
  2. 大电流功能。三极管的电流放大作用,可以提供稳压二极管不能提供的大电流;

通过一个简单的三极管电流放大特性,重新优化稳压二极管的电路,就较好地解决了稳压二极管的电流缺陷问题了。


写在最后


虽然三极管的电流放大特性,可以解决稳压二极管的电流驱动能力不足缺陷问题,但与此同时,也改变了稳压二极管的输出电压幅值;

由原来的Uz,增加到Uz + 0.7V;

工程师在使用此电路,需要注意使用的电路场景;比如在一些电压精度要求比较高的电路中,这个优化改良的后的稳压电路,是不适合的。

它只适合负载对电压精度要求不高的应用,工程师需要在开发项目时候注意这一点。

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