Моделирование линейного регулятора напряжения с помощью ngspice

Я пытаюсь смоделировать простой линейный регулятор, используя gschem и ngspice. Однако мое выходное напряжение варьируется более чем на вольт, когда мое входное напряжение изменяется от 10 В до 20 В. Можно ли уменьшить этот размах выходного напряжения, изменив параметры схемы, или это характеристика линейных регуляторов?

Моя схема выглядит так:

Принципиальная электрическая схема

И сгенерированный список соединений (с удаленными комментариями и моделями) выглядит следующим образом:

V1 Vin 0 16.8
C2 0 Vout .1uF  
C1 2 0 1000uF  
D1 2 0 1N4004 
R5 q1base 0 1k  
R4 q1base 3 5k  
R3 Vout 3 1k  
R1 q2base Vin 2k  
Q1 q2base q1base 2 2N4401 
Q2 Vin q2base 1 2N4401 
Q3 Vin 1 Vout TIP29 
.end

Когда я выполняю развертку постоянного тока на v1, выполняя dc v1 5 25 .1мой вывод, он выглядит следующим образом:

Результаты симуляции

Каково предполагаемое выходное напряжение?
В конечном итоге R4 будет потенциометром, который позволяет изменять выходное напряжение от 2 до 12 вольт. Я понимаю, что мне придется заменить R3 и R5, чтобы получить доступ к полному диапазону, но я хотел провести быструю симуляцию, чтобы убедиться в правильности конструкции. Прямо сейчас выходное напряжение должно быть около 8В.

Ответы (2)

Примерно этого я и ожидал. У вас там не очень хорошая схема, вот в чем проблема.

Единственным опорным напряжением является последовательная комбинация 1N4004 и BE-перехода Q1. При изменении входного напряжения с 10 В на 20 В ток через эти части изменится примерно на порядок величины, поэтому следует ожидать 10-процентного изменения выходного напряжения.

Вы можете улучшить производительность, заменив 1N4004 зеленым светодиодом (однако выходное напряжение больше не будет снижаться до 2 В). Вы также можете загрузить некоторый ток от регулируемого выхода, чтобы уменьшить процентное изменение тока. Он по-прежнему будет весьма чувствителен к температуре (приблизительно PTAT, поэтому он будет изменяться на сотни мВ при изменении температуры на 10 ° C при номинальном напряжении 8 В).

Наилучшим способом было бы использовать более качественный эталон, такой как LM431 (который содержит эталон для запрещенной зоны, а также имеет достаточный коэффициент усиления, чтобы заменить транзистор). Минимальное выходное напряжение в этой конфигурации равно Vref, что номинально равно 1,2495 В. Вам нужно убедиться, что 1 мА (минимум) поступает на TL431 с минимальным входным напряжением.

введите описание изображения здесь

Это для лаборатории универа, поэтому все, с чем мне нужно работать, это небольшой пакет деталей, которые они нам предоставили, поэтому в качестве источника опорного напряжения используется выпрямительный диод. Я даже не рассматривал возможность использования светодиода. Вместо этого я бы использовал стабилитрон, чтобы немного снизить чувствительность к температуре, но в спецификациях говорится, что регулятор должен иметь выходное напряжение до 2 В. Если я действительно соберу это, я обязательно буду использовать источник опорного напряжения или заменю всю схему на LM317. Спасибо!

Говоря с точки зрения теории управления, это LOOP GAIN, который слишком мал для хороших характеристик регулирования. Во многих хорошо работающих системах у нас есть операционный усилитель (без внутренней обратной связи) как часть контура управления (вместо одного транзистора). Хорошо известно, что для удержания сигнала ошибки (разницы между входным сигналом и сигналом обратной связи) на низком уровне требуется большое усиление контура.

Моделирование линейного регулятора напряжения с помощью ngspice
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v