在本教程中，我們將看到涉及使用BJT的電源的仿真，尤其要注意性能和效率。所使用的主要電子軟件是LTspice，這是一種高性能SPICE仿真軟件，原理圖捕獲和波形查看器，具有用于簡化模擬電路仿真的增強功能和模型。

更大的力量

單個齊納二極管不能管理很多功率。為了驅(qū)動強大的負(fù)載，必須將基本電路連接到功能強大的晶體管。在圖1的配置中，晶體管的基極電壓由12 V的齊納二極管固定。R1的值很關(guān)鍵。齊納二極管有低電阻的危險，但高電阻會導(dǎo)致二極管的不良工作點。讓我們看一下圖1中的電氣原理圖。它是12V穩(wěn)壓器。

圖1：晶體管穩(wěn)壓器

以下是其一些最重要的功能：

• 電源電壓：24 V（V1）
• 向齊納二極管和晶體管（R1）的基極提供電流的電阻
• 齊納二極管1N4742A（D1）
• 功率晶體管2N3055（Q1）
• 5Ω的電阻負(fù)載（R2）

齊納二極管1N4742A的SPICE子電路如下：

.SUBCKT DI_1N4742A 1 2

*端子AK

D1 1 2 DF

DZ 3 1 DR

VZ 2 3 10.9

模型DF D（IS = 34.3p RS = 0.620 N = 1.10 CJO = 94.2p VJ = 1.00 M = 0.330 TT = 50.1n）

型號DR D（IS = 6.87f RS = 0.550 N = 1.49）

.ENDS

如圖2所示，電路的瞬態(tài)仿真顯示了通過組件的以下電流值：

• 通過電池V1的電流：2.31 A
• 通過電阻R1的電流：117.44 mA
• 流過齊納二極管D1的電流：21.63 mA
• 流經(jīng)晶體管Q1基極的電流：95.82 mA
• 流經(jīng)晶體管Q1集電極的電流：2.19 A
• 通過晶體管Q1的發(fā)射極的電流：2.29 A
• 流經(jīng)負(fù)載R2的電流：2.29 A

圖2：流經(jīng)組件的電流

晶體管的Beta

在這種配置中，晶體管是電流倍增器。集電極上的電流等于基本電流乘以2N3055的hFE。在2N3055的數(shù)據(jù)表中，hFE值在20到70之間。在本例中，除法結(jié)果為：

表示目前的收益約為23.90。通過在LTspice接線圖中插入以下SPICE指令，可以達(dá)到相同的結(jié)果：

.meas TRAN增益AVG I（R2）/ Ib（Q1）

電路效率非常低，約為47.21％。電阻R1，齊納二極管和晶體管2N3055的熱量損失了很多功率，這些熱量必須通過良好的鋁散熱器適當(dāng)?shù)乩鋮s。使用以下公式計算效率：

您還可以通過在LTspice原理圖中插入以下SPICE指令來計算效率：

.meas TRAN EFF AVG（V（輸出）* I（R2））/（V（輸入）*-I（V1））* 100

一些評論

齊納二極管1N4742A的數(shù)據(jù)表指出，其工作電流I（zr）必須約為21 mA。電阻器R1將該電流調(diào)節(jié)到正確的值。齊納二極管的功耗約為260 mW。R1的功耗很重要，約為1.4W。晶體管的功耗約為27.5W。該電路雖然很熱，但仍能正常工作。齊納二極管陰極上的電壓為12 V（黃色信號）。為負(fù)載供電的電路的輸出功率要小一點，為11.4 V（綠色信號）。為什么？必須計算出電壓降Vbe，對于硅晶體管而言，大約為0.6 V（圖3）。

圖3：電壓Vbe將調(diào)節(jié)器輸出電壓降低0.6 V.

掃描參數(shù)

對某些操作參數(shù)運行一些掃描模擬非常有趣。讓我們開始改變輸入電壓的范圍為12 V至24V。如您所見，輸出電壓不穩(wěn)定，但很大程度上取決于V1的值（圖4）。

圖4：直流掃描的仿真

關(guān)于這種類型的仿真，在圖5中，我們可以看到齊納二極管和晶體管基極電流的趨勢。查看該圖，我們可以說齊納二極管在電源電壓約為23–25 V時開始執(zhí)行其“職責(zé)”。

圖5：流過齊納二極管和晶體管基極的電流

現(xiàn)在，讓我們嘗試在7Ω和20Ω之間使用不同的負(fù)載（R2）值。我們可以檢查電路如何響應(yīng)各種阻抗，最重要的是，我們可以驗證其效率。為了通過嘗試不同的負(fù)載值來執(zhí)行仿真，我們可以插入SPICE指令：

.step參數(shù)負(fù)載7 20 0.5

在圖6中，我們可以觀察到輸出電壓的曲線，這取決于負(fù)載R2的不同值。無論如何，它介于11.543 V和11.665 V之間。

圖6：負(fù)載R2變化時的輸出電壓

下表列出了不同的載荷值：

圖7顯示了相對圖。

圖7：改變負(fù)載的電路效率

編輯：hfy