Simulation eines linearen Spannungsreglers mit ngspice

Ich versuche, einen einfachen Linearregler mit gschem und ngspice zu simulieren. Meine Ausgangsspannung variiert jedoch um über ein Volt, da meine Eingangsspannung von 10 V auf 20 V geht. Kann ich diesen Hub in der Ausgangsspannung durch Ändern der Schaltungsparameter reduzieren oder ist dies eine Eigenschaft von Linearreglern?

Meine Schaltung sieht so aus:

Schaltplan

Und die Netzliste, die generiert wird (ohne die Kommentare und Modelle), ist diese:

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

Wenn ich auf v1 einen DC-Sweep durchführe, sieht dc v1 5 25 .1meine Ausgabe wie folgt aus:

Simulationsergebnisse

Was ist die vorgesehene Ausgangsspannung?
R4 wird letztendlich ein Potentiometer sein, das eine variable Ausgangsspannung zwischen 2 und 12 Volt ermöglicht. Mir ist klar, dass ich R3 und R5 ändern muss, um auf die gesamte Bandbreite zugreifen zu können, aber ich wollte eine schnelle Simulation durchführen, um zu sehen, ob das Design korrekt ist. Im Moment sollte die Ausgangsspannung etwa 8 V betragen.

Antworten (2)

Das ist ungefähr das, was ich erwarten würde. Sie haben dort keine sehr gute Schaltung, das ist das Problem.

Die einzige Spannungsreferenz ist die Reihenschaltung aus dem 1N4004 und dem BE-Übergang von Q1. Bei einer Änderung der Eingangsspannung von 10 V auf 20 V ändert sich der Strom durch diese Teile ungefähr um eine Größenordnung, sodass eine Änderung der Ausgangsspannung um etwa 10 % zu erwarten ist.

Sie könnten eine etwas bessere Leistung erzielen, indem Sie den 1N4004 durch eine grüne LED ersetzen (der Ausgang sinkt jedoch nicht mehr auf 2 V). Sie könnten auch etwas Strom vom geregelten Ausgang laden, um die prozentuale Änderung des Stroms zu reduzieren. Es ist immer noch ziemlich temperaturempfindlich (ungefähr PTAT, also ändert es Hunderte von mV für eine Temperaturänderung von 10 ° C mit 8 V Nennausgang).

Der beste Weg wäre, eine bessere Referenz wie einen LM431 zu verwenden (der eine Bandabstandsreferenz enthält und auch über eine ausreichende Verstärkung verfügt, um den Transistor zu ersetzen). Die minimale Ausgangsspannung bei dieser Konfiguration ist Vref, die nominell 1,2495 V beträgt. Sie müssen sicherstellen, dass bei minimaler Eingangsspannung 1 mA (Minimum) zum TL431 gelangt.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Dies ist für ein Uni-Labor, also muss ich nur mit der kleinen Tüte mit Teilen arbeiten, die sie uns zur Verfügung gestellt haben, und daher eine Gleichrichterdiode als Spannungsreferenz verwenden. An eine LED habe ich gar nicht gedacht. Ich würde stattdessen einen Zener verwenden, um die Temperaturempfindlichkeit etwas zu reduzieren, aber die Spezifikationen besagen, dass der Regler in der Lage sein muss, bis zu 2 V auszugeben. Wenn ich das tatsächlich baue, werde ich definitiv eine Spannungsreferenz verwenden oder die gesamte Schaltung durch einen LM317 ersetzen. Danke!

Regelungstheoretisch ist es der LOOP GAIN, der für gute Regeleigenschaften zu niedrig ist. In vielen gut funktionierenden Systemen haben wir einen Operationsverstärker (ohne interne Rückkopplung) als Teil des Regelkreises (anstelle eines einzelnen Transistors). Es ist eine wohlbekannte Tatsache, dass eine große Schleifenverstärkung erforderlich ist, um das Fehlersignal (Differenz zwischen Eingangs- und Rückkopplungssignal) auf einem niedrigen Wert zu halten.

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