基准电压源和TL431内部结构简要分析

ID:72519 · 发表于 2015-1-23 21:43

上图是一个基准电压源电路，若D6与D5、D4的特性完全一样，那么就有
      Vref=Vbe4+(Vd3/Rd3)*Rd2
式中Vbe4是D4的基级与发射极之间的电压，Vd3是D3的电压，为Vbed6-Vbed5。由于这三个管子特性完全相同，那么D5、D6的集电极电压是相等的。所以Vref= Vbe4+(KT/q)* (Rd2/Rd3)*ln(Rd2/Rd1)，这里利用了PN结的电流方程：i=Is(equ/kt -1)【Is为PN结反向饱和电流】
基准稳压电源在电路中的应用是很广泛的，特别是在AD/DA  IC中，本想接下来介绍以下比较常见的TL431的，我在学习TL431时，发现它的内部结构电路图，不是我想象的拿么难，觉得有必要把内部结构分析下，纯粹是为了提高自己的模电。
不过我首先得先介绍两个基准电流源：
1>  微电流源：
它的原理图如下：

这里的NPN管的放大倍数β都是>>1的，所以U2管的集电极电流为
   Iu2=Iu4=(Ubeu1-Ubeu2)/Ru4
式中Ubeu1-Ubeu2只有几十毫伏，甚至更小，因此只要几千欧的Ru4就可以得到几十微安的Iu2，由于这两管子特性完全相同，所以同样可以利用PN结的电流方程得到：
   Iu2=(Ut/Ru4)*ln(Iu3/Iu2)
2>  比例电流源
它的原理图如下：

这里的NPN管同样是特性相同的管子。从电路可知
Ubeu0+Iru3*Ru3=Ubeu1+Iru4*Ru4 ……………………………….…1
根据PN结的电流方程可知
Ubeu0 = Ut * ln(Ieu0/Is), Ubeu1=Ut*ln(Ieu1/Is)
把上两式代入 1 中可得：
Iru4*Ru4 = Iru3*Ru3 + Ut*ln(Ieu0/Ieu1)；这里的对数部分可以忽略，因为Ieu0/Ieu1接近于1。
当β>>2时，Icuo=Iru3=Iru2, Icu1=Iru4;
所以 Iru4*Ru4 = Iru2*Ru3 而此式中的Iru2=(Vcc-Ubeu0)/(Ru2+Ru3)
这两个基准电流源的具体分析可以参考童诗白教授和华成英副教授主编的模拟电子技术基础。

TL431内部电路结构：

初看这原理图，发现它使用了两个电流源，左下角使用的是微电流源，中上面使用的是比例电流源。
原理图分析：
首先当阴极CATHODE通电时，a点便有了电压，那么后面的Q10、Q11组成的达林顿管也会导通，但会马上截止【电压稳定后a点电压会为0】，同时Q4，Q1也导通，拿么下面的微电流源就开始工作，这样整个电路的在通电的瞬间开始工作，在微电流源中，由于电流源比较稳定，不管阴极的电压波动多大，它总会因为后面有个稳压管而使得微电流源的电流很稳定，这样b点的电压也就很稳定，进而REF端的电压也很稳定在2.5V ，【至于为什么是2.5V，我觉得没有必要进行具体分析】；由于微电流源工作，所以Q7、Q8都导通，从而上面的比例电流源也开始导通，由于这里的两个电阻都为800，所以也可以把它看成是一个镜像电流源，事实上镜像电流源与比例电流源的原理几乎没有差别。不过这里的Q7我觉得它会饱和，因为集电极端可以等效的认为比基级端接了个800欧的电阻，可能电压没有基级高，Q8处于放大状态。而当比例电流源工作后，Q9会导通，那么a点便又有了电压，这样后面的达林顿管也会导通。这样它会去控制CATHODE端的电压。

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