基準(zhǔn)電壓源和TL431內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)要分析

ID:72519 · 發(fā)表于 2015-1-23 21:41

上圖是一個(gè)基準(zhǔn)電壓源電路，若D6與D5、D4的特性完全一樣，那么就有
      Vref=Vbe4+(Vd3/Rd3)*Rd2
式中Vbe4是D4的基級(jí)與發(fā)射極之間的電壓，Vd3是D3的電壓，為Vbed6-Vbed5。由于這三個(gè)管子特性完全相同，那么D5、D6的集電極電壓是相等的。所以Vref= Vbe4+(KT/q)* (Rd2/Rd3)*ln(Rd2/Rd1)，這里利用了PN結(jié)的電流方程：i=Is(equ/kt -1)【Is為PN結(jié)反向飽和電流】
基準(zhǔn)穩(wěn)壓電源在電路中的應(yīng)用是很廣泛的，特別是在AD/DA  IC中，本想接下來(lái)介紹以下比較常見(jiàn)的TL431的，我在學(xué)習(xí)TL431時(shí)，發(fā)現(xiàn)它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)電路圖，不是我想象的拿么難，覺(jué)得有必要把內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析下，純粹是為了提高自己的模電。
不過(guò)我首先得先介紹兩個(gè)基準(zhǔn)電流源：
1>  微電流源：
它的原理圖如下：

這里的NPN管的放大倍數(shù)β都是>>1的，所以U2管的集電極電流為
   Iu2=Iu4=(Ubeu1-Ubeu2)/Ru4
式中Ubeu1-Ubeu2只有幾十毫伏，甚至更小，因此只要幾千歐的Ru4就可以得到幾十微安的Iu2，由于這兩管子特性完全相同，所以同樣可以利用PN結(jié)的電流方程得到：
   Iu2=(Ut/Ru4)*ln(Iu3/Iu2)
2>  比例電流源
它的原理圖如下：

這里的NPN管同樣是特性相同的管子。從電路可知
Ubeu0+Iru3*Ru3=Ubeu1+Iru4*Ru4 ……………………………….…1
根據(jù)PN結(jié)的電流方程可知
Ubeu0 = Ut * ln(Ieu0/Is), Ubeu1=Ut*ln(Ieu1/Is)
把上兩式代入 1 中可得：
Iru4*Ru4 = Iru3*Ru3 + Ut*ln(Ieu0/Ieu1)；這里的對(duì)數(shù)部分可以忽略，因?yàn)镮eu0/Ieu1接近于1。
當(dāng)β>>2時(shí)，Icuo=Iru3=Iru2, Icu1=Iru4;
所以 Iru4*Ru4 = Iru2*Ru3 而此式中的Iru2=(Vcc-Ubeu0)/(Ru2+Ru3)
這兩個(gè)基準(zhǔn)電流源的具體分析可以參考童詩(shī)白教授和華成英副教授主編的模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)。

TL431內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)：

初看這原理圖，發(fā)現(xiàn)它使用了兩個(gè)電流源，左下角使用的是微電流源，中上面使用的是比例電流源。
原理圖分析：
首先當(dāng)陰極CATHODE通電時(shí)，a點(diǎn)便有了電壓，那么后面的Q10、Q11組成的達(dá)林頓管也會(huì)導(dǎo)通，但會(huì)馬上截止【電壓穩(wěn)定后a點(diǎn)電壓會(huì)為0】，同時(shí)Q4，Q1也導(dǎo)通，拿么下面的微電流源就開(kāi)始工作，這樣整個(gè)電路的在通電的瞬間開(kāi)始工作，在微電流源中，由于電流源比較穩(wěn)定，不管陰極的電壓波動(dòng)多大，它總會(huì)因?yàn)楹竺嬗袀€(gè)穩(wěn)壓管而使得微電流源的電流很穩(wěn)定，這樣b點(diǎn)的電壓也就很穩(wěn)定，進(jìn)而REF端的電壓也很穩(wěn)定在2.5V ，【至于為什么是2.5V，我覺(jué)得沒(méi)有必要進(jìn)行具體分析】；由于微電流源工作，所以Q7、Q8都導(dǎo)通，從而上面的比例電流源也開(kāi)始導(dǎo)通，由于這里的兩個(gè)電阻都為800，所以也可以把它看成是一個(gè)鏡像電流源，事實(shí)上鏡像電流源與比例電流源的原理幾乎沒(méi)有差別。不過(guò)這里的Q7我覺(jué)得它會(huì)飽和，因?yàn)榧姌O端可以等效的認(rèn)為比基級(jí)端接了個(gè)800歐的電阻，可能電壓沒(méi)有基級(jí)高，Q8處于放大狀態(tài)。而當(dāng)比例電流源工作后，Q9會(huì)導(dǎo)通，那么a點(diǎn)便又有了電壓，這樣后面的達(dá)林頓管也會(huì)導(dǎo)通。這樣它會(huì)去控制CATHODE端的電壓。

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