一种基于恒流源的高稳定稳压电路

1.本实用新型涉及一种稳压电路设计的技术，尤其一种基于恒流源的高稳定稳压电路，利用恒流源对稳压二极管供电，取得高稳定的电压输出。


背景技术：

2.稳压二极管是一种硅材料制成的面接触性晶体二极管，简称稳压管，又叫齐纳二极管。利用pn结反向击穿状态，其电流可在很大范围内变化而电压基本不变的现象，制成的起稳压作用的二极管。
3.此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件，而在临界击穿点上，反向电阻降低到一个很小的数值，在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定，稳压二极管是根据击穿电压来分档的。因为这种特性，稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用。稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用，通过串联就可获得更高的稳定电压。
4.大家都知道，稳压二极管的稳定电压是取决于流过稳压管的电流的，所以根据所用稳压管的类型和功率的不同，其稳定工作电压值与其标齐纳值将有显著的差异。基于这种差异性，在要求高稳定直流电压的电路中，便是一个问题。
5.最合乎逻辑的解决办法是，设法使流过稳压二极管的电流保持恒定，则其稳压电压也就自然不会改变。为使与稳压管连接的负载流过恒定的电流，可用一个恒流源对稳压管供电，这样流过恒流源的电流便决定了稳压管的稳定电压。


技术实现要素：

6.本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构简单、造价低廉、使用可靠的稳压电路设计的技术。
7.为实现上述目的，本实用新型提供一种基于恒流源的高稳定稳压电路，其包括不稳输入电压ui、晶体管t1、晶体管t2、稳压二极管d1、稳压二极管d2、开关二极管d3、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、稳定输出电压uo，所述不稳输入电压ui依次通过反向所述稳压二极管d1、所述晶体管t2的c-e极、所述电阻r2连接工作地，所述不稳输入电压ui同时依次通过所述电阻r1、所述晶体管t1的e-c极、反向所述稳压二极管d2连接工作地，所述不稳输入电压ui同时依次通过所述电阻r3、所述电阻r4连接工作地，所述晶体管t2的集电极连接所述晶体管t1的基极，所述晶体管t2的基极连接所述晶体管t1的集电极，所述电阻r3、所述电阻r4的连接点通过正向所述开关二极管d3连接晶体管t1的集电极，所述晶体管t1的集电极与工作地之间输出所述稳定输出电压uo。
附图说明
8.附图1、附图2、附图3、附图4用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本技术的一部分，附图1 是稳压二极管反向击穿曲线示意图；附图2是利用分压电阻形成电压基准的
恒流源；附图3是利用稳压二极管形成电压基准的恒流源；附图4是基于恒流源的高稳定的稳压二极管稳压电源电气原理图。
具体实施方式
9.稳压二极管要稳压就要满足稳压管的工作条件，他的反向击穿曲线如图1所示。
10.在图1中，实际上稳压值uz是随工作电流变化的，只是变化比较小而已，要在允许的情况下选择接近i
zmax
的电流，使得负载的分流作用对流过稳压管的电流影响比较小，从而获得变化较小的uz，至于稳压管电流是不是一定要比负载电流大，就要看你对uz的大小的要求，要求不高时，稳压管电流只要大于i
zmin
就有稳压作用，尤其是负载基本不变时，不考虑功耗时尽量接近i
zmax
效果会好， i
zmax
=标称功率/稳压管标称值。
11.如:0.5w/5.1v的稳压管的最大电流=0.5w/5.1v=98ma ，这是不计较功耗的情况。
12.总之：稳压二极管的稳压效果要想好，就要保持流过稳压管的电流稳定，变化比例越小， uz变化越小。负载一定的情况下iz越大，负载的分流作用就越小。
13.另外，环境温度对稳压的电压的影响也较大，从温度角度考虑，稳压二极管分为普通稳压二极管和温度互补型稳压管两类。对于温度互补型稳压管，在工作时，一个反向击穿，一个正向导通，管压随温度的变化特性正好相反，所以二者能起到互补的作用，这种稳压管的温度稳定性很高。
14.恒流源是输出电流保持恒定的电流源，而理想的恒流源应该具有以下特点：不因负载(输出电压)变化而改变；不因环境温度变化而改变；内阻为无限大（以使其电流可以全部流出到外面），能够提供恒定电流的电路即为恒流源电路。
15.基本的恒流源电路主要是由输入级和输出级构成，输入级提供参考电流，输出级输出需要的恒定电流。为了保证输出晶体管的电流稳定，就必须要满足两个条件：1）其输入电压要稳定——输入级需要是恒压源；2）输出晶体管的输出电阻尽量大（最好是无穷大）——输出级需要是恒流源。
16.所以恒流源的设计有个定式，就是利用一个电压基准，在电阻上形成固定电流。有了这个定式，恒流源的搭建就可以扩展到所有可以提供这个“电压基准”的器件上。
17.图2、图3就是两种较简易的基于电压基准的恒流源的电路设计。
18.最简单的一种设计是“电压基准”由两个精密电阻的分压来实现，如图2电路，图中电阻r1、r2、r3和晶体管t1组成工作点稳定电路，电源v
ee
可取几伏，电路参数应满足i2》》i
b3
。这样，i1≈i2，所以r2上的电压为
[0019][0020]
t1管的集电极电流
[0021][0022]
表明若u
be1
的变化可忽略不计，则i
c1
基本不受温度影响，而且由图2电路可知，没有动态信号能够作用到t1管的基极或发射极，因此ic1为恒流。
[0023]
如果将图2中电阻r2更换为稳压二极管dz，如图3所示，形成了另一种简易的恒流
源。
[0024]
这种恒流源利用一个稳压二极管和一只三极管以及两个电阻，可以搭建一个更简易的恒流源。
[0025]
电流i
c1
计算公式为：
[0026][0027]
由于环境温度升高时，二极管的正向特性曲线将左移，反向特性曲线将下移，在室温附近，温度每升高1℃，正向压降减小2~2.5mv；温度每升高10℃，反向电流约增大1倍。可见二极管的特性对温度很敏感。
[0028]
对照图1的二极管伏安特性，二极管对温度的敏感会导致稳压值uz的不稳定，故图3中的恒流源不再恒流，输出电流ic1将随着温度的变化，会有较大的波动。
[0029]
为了减少电流变化和温度变化对稳压二极管的影响，设计一种基于恒流源的高稳定的稳压二极管稳压电源，如图4所示。
[0030]
从图4中可以看到，这种稳压电源包括四个模块电路，包括t1、d1、r1组成的第一个恒流源；t2、d2、r2组成的第二个恒流源；二极管d3组成的开关电路；电阻r3、r4组成的分压器，共四个模块。
[0031]
本设计中，我们需要输出一个6v的稳压电源，所以d2用了稳压值为6v的稳压二极管，其它各个电子器件的参数如图。如果需要稳压值大于6v或小于6v的稳压电源，将稳压管d2代换相应标称的器件即可，但要适当调整r1~r4的取值。
[0032]
本电路的最大输入电压主要由晶体管t1和t2的耗散功率决定，而且直流输入电压至少应大于二极管d1和d2稳压值之和。
[0033]
第一恒流源由晶体管t1、稳压二极管d1、电阻r1组成，它们保证流过稳压二极管d2的电流保持恒定；而晶体管t2、稳压二极管d2、电阻r2组成第二个恒流源，它们返回来保证流过稳压二极管d1的电流保持恒定。
[0034]
所以，图4两个恒流源的这种连接方式，使两个恒流源可以互相保证，促使对方的恒流源所形成电压基准的稳压二极管流过恒定的电流，同时选择具有温度补偿的高精度的稳压管，就可以将温度变化所引起的稳压值的波动消除。
[0035]
开关二极管d3和由r3、r4组成的分压器用来保证电路能够“启动”。
[0036]
只要电源开关一接通，立即有电流流过d3，并且使t2（也使t1）导通，其中电阻r3的阻值要选取合适，以保证只要稳压二极管两端电压一旦稳定，二极管d3就阻断分压器电路与稳压管d2的关系。
[0037]
所以应仔细调整到开关二极管d3的正极电压低于稳压管d2的稳压电压加上二极管d3本身的0.6v压降，我们可用下面公式来表示：
[0038][0039]
其中表示稳压管d2的稳压电压。
[0040]
同时，电阻r3和r4接点上的电压至少是1.2v，否则晶体管t2将不会导通。
[0041]
本文所介绍的稳压电路可以提供较稳定的基准电压，这对于要求高稳定度电压的
场合十分有用。但是除了文中谈到的流过稳压二极管电流对稳压值的影响外，环境温度对稳压的电压的影响也较大。我们可以选择具有温度补偿的高精度的稳压管（例如2dw7b等）用于本电路，效果会更好。