基準電壓源和TL431內部結構簡要分析

ID:72519 · 發表于 2015-1-23 21:41

上圖是一個基準電壓源電路，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的基級與發射極之間的電壓，Vd3是D3的電壓，為Vbed6-Vbed5。由于這三個管子特性完全相同，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結的電流方程：i=Is(equ/kt -1)【Is為PN結反向飽和電流】
基準穩壓電源在電路中的應用是很廣泛的，特別是在AD/DA  IC中，本想接下來介紹以下比較常見的TL431的，我在學習TL431時，發現它的內部結構電路圖，不是我想象的拿么難，覺得有必要把內部結構分析下，純粹是為了提高自己的模電。
不過我首先得先介紹兩個基準電流源：
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PN結的電流方程可知
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)；這里的對數部分可以忽略，因為Ieu0/Ieu1接近于1。
當β>>2時，Icuo=Iru3=Iru2, Icu1=Iru4;
所以 Iru4*Ru4 = Iru2*Ru3 而此式中的Iru2=(Vcc-Ubeu0)/(Ru2+Ru3)
這兩個基準電流源的具體分析可以參考童詩白教授和華成英副教授主編的模擬電子技術基礎。

TL431內部電路結構：

初看這原理圖，發現它使用了兩個電流源，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：
首先當陰極CATHODE通電時，a點便有了電壓，那么后面的Q10、Q11組成的達林頓管也會導通，但會馬上截止【電壓穩定后a點電壓會為0】，同時Q4，Q1也導通，拿么下面的微電流源就開始工作，這樣整個電路的在通電的瞬間開始工作，在微電流源中，由于電流源比較穩定，不管陰極的電壓波動多大，它總會因為后面有個穩壓管而使得微電流源的電流很穩定，這樣b點的電壓也就很穩定，進而REF端的電壓也很穩定在2.5V ，【至于為什么是2.5V，我覺得沒有必要進行具體分析】；由于微電流源工作，所以Q7、Q8都導通，從而上面的比例電流源也開始導通，由于這里的兩個電阻都為800，所以也可以把它看成是一個鏡像電流源，事實上鏡像電流源與比例電流源的原理幾乎沒有差別。不過這里的Q7我覺得它會飽和，因為集電極端可以等效的認為比基級端接了個800歐的電阻，可能電壓沒有基級高，Q8處于放大狀態。而當比例電流源工作后，Q9會導通，那么a點便又有了電壓，這樣后面的達林頓管也會導通。這樣它會去控制CATHODE端的電壓。

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基準電壓源和TL431內部結構簡要分析

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