模擬基于運算放大器的線性穩(wěn)壓器

在本教程中，我們將看到有關(guān)基于運算放大器的線性穩(wěn)壓器的一些模擬。使用的主要電子軟件是LTspice。它是一種高性能 SPICE 仿真軟件、原理圖捕獲和波形查看器，具有增強功能和模型，可簡化模擬電路的仿真。它可以從Analog Devices免費下載。

這是電源設(shè)計系列的另一篇文章。我們將分析幾個硬件和仿真方面。這是上一篇文章。享受!

帶有運算放大器的經(jīng)典電路

在圖 1 中，我們可以看到一個經(jīng)典電路。其中包含三個主要組件：齊納二極管、運算放大器和晶體管。讓我們在各個節(jié)點執(zhí)行一些模擬，更改組件的值。在此原理圖中，電源電壓為 15 V。輸出端所需的電壓為 12 V。器件的電流取決于晶體管。這些是最重要的使用組件：

齊納二極管是 Rohm 的型號 EDZV12B (12 V)。

運算放大器是 Linear Technology/Analog Devices 的 LT1001。

使用的晶體管是2N3055，用于大電流和中功率應用。

圖 1：帶有運算放大器的經(jīng)典電路的電氣圖

研究電流和功率

讓我們從觀察通過電路的電流開始。主要值如下：

通過 R1 的電流：36.4 mA

通過齊納二極管 D1 的電流：36.4 mA

R1和D1通過相同的電流

流經(jīng)運算放大器同相引腳的電流：僅 8.16 pA(幾乎沒有電流)

通過 R3 的電流：7.96 pA(幾乎沒有電流)

通過 R4(負載)的電流：546 mA

更有趣的是觀察單個電子元件上的耗散功率(以瓦特為單位)：

R1 的耗散功率：108.66252 mW

齊納 D1 的耗散功率：437.37723 mW

運算放大器的耗散功率：28.495907 mW

R3 的耗散功率：0 W

R2 的耗散功率：14.435963 mW

晶體管 Q1 的耗散功率：1.6053177 W

R4 的耗散功率(負載)：6.5618016 W

V1電池產(chǎn)生的功率為8.756091 W。

電路效率

根據(jù)以上測量的數(shù)據(jù)，我們可以確定電路的效率程度。計算效率的公式為：

其中P(Output)是輸出功率，P(Input)是輸入功率。電路的所有元件顯然都耗散了一定的能量;因此，該系統(tǒng)的效率不是 100%。使用 CC 中原理圖的組件，我們電路的效率等于：

它不是一個非常有效的電路，其中大量能量因未使用的熱量而損失，尤其是晶體管 Q1。你可以使用這個完整的關(guān)系：

參數(shù)掃描

現(xiàn)在讓我們通過對所用電子元件的不同值進行一些掃描來檢查電路的行為。讓我們從觀察電路效率圖開始，使用 1 Ω 和 80 Ω 之間的不同負載值。要進行掃描，只需將負載電阻值設(shè)置為 {LOAD} 變量并輸入 SPICE 指令：

.STEP 參數(shù)加載 1 80 1

結(jié)果圖如圖2所示。如我們所見，當負載電阻約為 10 Ω 時，電路具有最大效率 (77.6%)。

圖 2：具有可變負載值的效率圖

另一個有趣的掃描模擬涉及增加電源電壓以測量晶體管和齊納二極管的相對耗散。從圖 3 中的圖表可以看出，必須謹慎選擇電源電壓，以免對齊納二極管和晶體管造成壓力。該圖顯示了在電源電壓從理論 0 V 增加到 50 V 期間齊納二極管(紅線)和晶體管(綠線)的耗散。

圖 3：齊納二極管和晶體管的功耗曲線圖

審核編輯：湯梓紅