【文章內(nèi)容簡介】 直接決定整個系統(tǒng)的精度。內(nèi)部穩(wěn)壓源電路提供穩(wěn)定的偏置電壓或作為基準電壓。一般要求這些電壓源的直流輸出電平較穩(wěn)定，而且這個直流電平應該對電源電壓和溫度不敏感。由于基準源的精度與溫度有關，提高精度必須降低溫度系數(shù)。帶隙基準可以再0—70℃的溫度范圍內(nèi)有10ppm/℃的溫度。圖32給出了帶隙基準的原理?！娴膒n節(jié)二極管產(chǎn)生電壓。同時也產(chǎn)生一個熱電壓，其與絕對溫度成正比，室溫下的溫度系數(shù)為+℃。如果電壓乘以常數(shù)K加上電壓，則輸出電壓為： （31）雙極性晶體管中的集電極電流密度的關系： （32）其中：=集電極電流密度=基區(qū)電子平衡濃度=電子的平均擴散常數(shù)平衡濃度： （33）其中： （34）D是與溫度無關的常數(shù)，時帶隙電（）得到下面集電極電流密度的方程式： （35）在上式中，與溫度不相關的常數(shù)合并成單一的常數(shù)A。由于Dn依賴于溫度，溫度系數(shù)r稍微偏離3。因此的關系式為： (36)與溫度的關系為： (37)300K時，℃。提供負溫度系數(shù)的基準電壓。提供溫度系數(shù)的基準電壓。 (38) (39)為了在T0時達到零溫度系數(shù)，和的變量加起來必須為0圖32 帶隙基準電路圖 普通可調(diào)直流基準源TL431的介紹—36V可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器。它屬于一種具有電流輸出能力的可調(diào)基準電壓源。其性能優(yōu)良，價格低廉，可廣泛用于單片精密開關電源或精密線性穩(wěn)壓電源中。陰極工作電壓VKA的允許范圍是2．50～36V，極限值為37V。陰極工作電流IKA=l～100mATL431主要包括4部分：①誤差放大器A，其同相輸入端接取樣電壓VREF，反相輸入端則接內(nèi)部2．50V基準電壓Vref，并且設計的VREF=VRRef；②內(nèi)部2．50V(準確值為2．495V)基準電壓源Vref；③NPN型晶體管VT，在電路中起調(diào)節(jié)負載電流的作用；④保護二極管VD，能防止因K—A間電源極性接反而損壞芯片。其內(nèi)部電路結構如圖33所示。圖33 TL431內(nèi)部原理電路TL431的電路圖形符號和基本接線如圖34所示。圖34 TL431的電路圖形符號和基本接線如圖它相當于一只可調(diào)齊納穩(wěn)壓管，輸出電壓由外部精密電阻R1和R2來設定，有公式： （310）圖中R3是IKA的限流電阻。選取R3阻值的原則是，當輸入電壓Vi為最小值時必須保證100mA≥IKA≥1mA，以便使TL431能正常工作。TL431的穩(wěn)壓原理可分析如下：當由于某種原因致使Vo升高時，取樣電壓vref也隨之升高，使VREFVref，比較器輸出高電平，令VT導通，Vo↓。反之，Vo下降→VREFVref→比較器再次翻轉，輸出變成低電平→VT截止→Vo上升。這樣循環(huán)下去，從動態(tài)平衡的角度來看，就迫使V。趨于穩(wěn)定，達到了穩(wěn)壓目的，并VREF=Vref。芯片TL431主要是在開關電源芯片中作的直流穩(wěn)壓基準為內(nèi)部一些器件提供基準電源。在芯片電路中，,。則TL431的電阻比例計算并設置如下：據(jù)公式315且在電路中VREF=,：R1/R2=62/25，在內(nèi)部電路圖中體現(xiàn)為R1=62,R2=25：R1/R2=11/25，在內(nèi)部電路圖中體現(xiàn)為R1=11,R2=253V：R1/R2=1/5，在內(nèi)部電路圖中體現(xiàn)為R1=10,R2=50：，因此在電路圖中先將R1處短路，再進行電阻分壓，此時的外接電阻為R3和R4，輸出電壓從R3處引出，則電阻設置為R3=3,R4=7。 電壓調(diào)節(jié)器電壓調(diào)節(jié)器是一種被廣泛使用的器件，其輸入是不穩(wěn)定的直流電壓，輸出可作為其他電路的供電電壓。依靠這種方式，電壓源的波動可從本質(zhì)上被消除，其結果通常提高由此類電源驅(qū)動的電路的性能。圖35是電壓調(diào)節(jié)器的原理圖。穩(wěn)定電壓VR由帶隙基準源產(chǎn)生。穩(wěn)定電壓加在高增益放大器的非倒相輸入端，并與由電阻R1和R2采樣的輸出電壓比較。這是一個串聯(lián)—并聯(lián)反饋結構，對大環(huán)路增益，有 (311)改變R1/R2的比例可以改變輸出電壓。圖35所示的放大器為高性能放大器。特別重要的性能是低漂移和低失調(diào)，它們能使輸出電壓盡可能的穩(wěn)定。串聯(lián)—并聯(lián)反饋電路使電壓調(diào)節(jié)器有較高的輸入阻抗，減小了負載效應。電壓調(diào)節(jié)器要求輸出阻抗較小。圖35 電壓調(diào)節(jié)器 振蕩器 振蕩器原理振蕩器部分需要產(chǎn)生一個設定開關頻率的時鐘信號。本設計選定了外接RC的振蕩器形式，電路如圖36所示。圖36 振蕩器時鐘信號電路用一個電阻Rt通過Vref給電容充電，用兩個比較器把電容上的電壓和兩個參考電壓相比較。用一個電流源連在電容上起放電開關的作用。，電容通過電流源放電。，MOS管關斷，電流源不起作用，電容繼續(xù)被Vref充電。電流源放電電流很大，放電時間相對于一個時鐘周期是非常短的。RS觸發(fā)器的輸出就是時鐘信號，時鐘周期約等于充電時間而電容電壓計算可得充電時間約為。電容的放電時間必須足夠短，才能達到最大的占空比。該設計中最大占空比要達到99%，因此放電時間必須低于一個時鐘周期的1%。 振蕩器電路RS觸發(fā)器的電路圖如圖37所示，當R輸入電壓為5V時，輸出跳變到低電平；同理，當S輸入電壓為5V時，輸出跳變到高電平。NPNP2兩個反相器組成的正反饋電路起到鎖定、穩(wěn)定信號的作用，帶有毛刺、不太穩(wěn)定的經(jīng)我們在輸出端還需添置一個反相器，從而保證輸入輸出邏輯的正確性。圖37 RS觸發(fā)器電路圖比較器1的電路圖如圖38所示。因此采用PMOS差分對的輸入級。因為振蕩器放電時下降速度比較快，所以比較器1的延時需要盡量小。輸出用推挽結構。在輸出端，可吸入和供出的電流式偏置電流的8倍，增大了擺率。圖38 比較器1電路圖比較器2的電路圖如圖39所示，其共模輸入電壓是3V，因此采用NMOS差分對作輸入級圖39 比較器2電路圖放電電流源的電路圖如圖310所示，使用PTAR電流源，經(jīng)過兩路放大，得到大電流放電。 (312)圖310 放電電流源電路圖 電壓誤差放大器。這是一個經(jīng)典的運算放大器。如圖311所示，電壓誤差放大器由運算跨導放大器和輸出極組成。運算跨導放大器是無輸出緩沖極的運算放大器。除輸入和輸出節(jié)點外，此放大器的其余所有節(jié)點都是低租節(jié)點。Q1和Q2是對稱的NPN管作為輸入差分對，M2和M1是對稱的PMOS晶體管。PMOS晶體管MM2的小信號電流由下式給出： (313)M3與M1對稱，M2與M4對稱，所以： (314)運算跨導放大器的輸出電壓為： (315)M6和M8形成共源共柵結構提高輸出電阻。輸出極采用乙類輸出極。在電路中，共發(fā)射極晶體管Q3在負半周期將功率傳輸給負載，而射極跟隨器Q4在正半周期傳輸功率。當運算跨導放大器的輸出小于時，Q3截止，二極管D1截止，M9的漏極電流都傳送到Q4的基極，輸出電壓最大值。為了達到最大值，晶體管M9漏極電流必須大于晶體管Q4的基極電流。Q2處于放大區(qū)，因為Q2的集電極接的是電源電壓，而基極電壓不