1.本实用新型涉及一种线性稳压器设计的技术，尤其一种基于恒流源的简单线性稳压器，调整管的启动电流是由一个恒流源提供，调整管的驱动信号是恒流源电流与误差电流以及限流电流（如果有限流电路的话的）差值，大大提高了稳压器输出电压的稳定性。
背景技术：2.直流电源分线性直流电源和高频开关电源两大类。
3.线性电源是先将交流电经过变压器降低电压幅值，再经过整流电路整流后，得到脉冲直流电，后经滤波得到带有微小波纹电压的直流电压。
4.开关模式电源又称交换式电源、开关变换器，是一种高频化电能转换装置，是电源供应器的一种。
5.开关电源不同于线性电源，开关电源利用的切换晶体管多半是在全开模式（饱和区）及全闭模式（截止区）之间切换，这两个模式都有低耗散的特点，切换之间的转换会有较高的耗散，但时间很短，因此比较节省能源，产生废热较少。
6.当系统中输入电压和输出电压接近时，线性稳压器是最好的选择，可达到很高的效率。所以在将锂离子电池电压转换为3v 电压的应用中大多选用线性稳压器，尽管电池最后放电能量的百分之十可能没有使用，但是线性稳压器仍然能够在低噪声结构中提供较长的电池寿命。
7.线性串联式稳压电源是通过调节调整管的动态电阻来调整输出电压,线性稳压电源的优点是输出纹波小，传统线性稳压电源调整管的驱动信号是调整管启动电流与误差放大电流之差，按照通常的设计方案，调整管启动电流是由启动电阻提供的，故启动电流会随着输入不稳电压的波动而呈现不稳现象，从而造成稳压器的输出电压不是很稳定。
8.设计一种基于恒流源的简单稳压器，调整管的启动电流是由一个恒流源提供，调整管的驱动信号是恒利源电流与误差电流以及限流电流（如果有限流电路的话的）差值，大大提高了稳压器输出电压的稳定性。
技术实现要素：9.本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构简单、造价低廉、使用可靠的线性稳压器设计的技术。
10.为实现上述目的，本实用新型提供一种基于恒流源的简单线性稳压器，其包括不稳输入电压ui、晶体管t1、晶体管t2、结型场效应管t3、晶体管t4、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电位器p1、稳压二极管d1、稳定输出电压uo，所述不稳输入电压ui连接所述晶体管t1的集电极，所述不稳输入电压ui同时连接所述结型场效应管t3的漏极，所述结型场效应管t3的栅极以及源极短接，所述结型场效应管t3的源极同时连接所述晶体管t1的基极、所述晶体管t2的集电极、所述晶体管t4的集电极，所述晶体管t1的发射极通过所述电阻r4连接所述晶体管t4的基极，所述晶体管t1的发射极通过所述电阻r3连接所述晶体管t4的发射
极，所述电阻r3的右端依次通过所述电阻r1、所述电位器p1的电阻体、所述电阻r2连接工作地，所述晶体管t2的发射极通过反向所述稳压二极管d1连接工作地，所述晶体管t2的基极连接所述电位器p1的滑动端，所述电阻r3的右端输出所述稳定输出电压uo。
附图说明
11.附图1、附图2、附图3、附图4用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本技术的一部分，附图1 是传统线性稳压电源的基本结构图；附图2是基于恒流源的简单稳压器原理图；附图3是n沟道结型场效应管的漏极电流与漏-源电压之间的函数关系；附图4是n沟道结型场效应管的输出特性曲线。
具体实施方式
12.一般来说，线性稳压电源由调整管、参考电压、取样电路、误差放大电路等几个基本部分组成，另外还可能包括一些例如保护电路，启动电路等部分。
13.图1是一个比较简单的传统线性稳压电源原理图（示意图省略了滤波电容等元件），取样电阻通过取样输出电压，并与参考电压比较，比较结果由误差放大电路放大后，控制调整管的导通程度，使输出电压保持稳定。
14.图1中的调整管处于线性放大状态，这时的调整管相当于一个电阻，电流流过电阻时会发热，所以工作在线性状态下的调整管，一般会产生大量的热，导致效率不高。这是线性稳压电源的一个最主要的一个缺点。
15.图1中的调整管驱动信号是启动电阻产生的启动电流与误差放大电流的差值，随着输入不稳电压u1的波动，由启动电阻产生的启动电流随之波动，调整管的驱动电流将与预期预期驱动电流有少许波动，导致输出稳定电压uo的稳定性变差，这是传统线性稳定电源设计的通病。
16.设计一种基于恒流源的简单线性稳定电源，由一个n沟道结型场效应管的栅极g与源极s短接构成一个恒流源电路，调整管的启动电流是恒流源电流与误差放大电流以及限流电流的差值，故误差放大电流可以准确反映输出电压uo的波动。
17.输出电压向上波动，误差放大电流从恒流源电流取得更大的电流，调整管的基极驱动电流随之减小，调整管导通量变小，输出电压恢复原始值；反之，输出电压向下波动，误差放大电流从恒流源电流取得减小的电流，调整管的基极驱动电流随之增大，调整管导通量增加，输出电压重新恢复原始值，其电气原理图如图2所示。
18.从图2可以看出，这种基于恒流源的简单稳压器，包括不稳输入电源ui、恒流源电路、基准电压电路、误差放大电路、调整管电路、限流器电路、取样电阻电路、稳定输出电压电路。
19.图2中的晶体管t3为n沟道结型场效应管，n沟道结型场效应管的输出特性曲线描述当栅-源电压u
gs
为常量时，漏极电流id与漏-源电压u
ds
之间的函数关系，其关系如图3所示。
20.从图3的函数关系可以看出，对应于一个u
gs
，就有一条曲线，因此输出特性为一族曲线，如图4所示。
21.场效应管有三个工作区域：
22.（1）可变电阻区（也称非饱和区）：图中的虚线为预夹断轨迹，它是各条曲线上使u
ds
=u
gs-u
gs(off)
的点连接而成的，u
gs
越大，预夹断时的u
ds
值也越大，预夹断轨迹的左边区域称为可变电阻区，该区域中曲线近似为不同斜率的直线。
23.（2）夹断区：当u
gs
《 u
gs(off)
时，导电沟道被夹断，id≈0，即图4中靠近横轴的部分，称为夹断区。
24.（3）恒流区（也称饱和区）：图4中预夹断轨迹右边区域为恒流区，当u
gd
》u
gs(th)
（即u
ds
》u
gs
‑ꢀugs(th)
）时,各曲线近似为一族横轴的平行线，当u
ds
增大时，id仅略有增大，因而可将id近似为电压u
gs
控制的电流源，故称该区域为恒流区，从图4可以看到，在恒流区域内，当u
gs
=0时，id为一条平行于横轴的直线，即此时场效应管可以作为一个恒流源电路。
25.使u
gs
=0的办法非常简单，只要使场效应管的栅极（g极）与源极（s极）短接即可。
26.已知场效应管处于恒流区的条件是u
ds
》u
gs
‑ꢀugs(th)
，即u
gd
》u
gs(th)
，这时u
gs
=0即g、s短路，电位相同，图4中的预夹断点u
gs(th)
电位为-4v，故漏极d至少要比源极s高4v，场效应管才有条件进入恒流区，这点非常重要，下文中强调输入不稳电压要比输出稳定电压高5v就是基于这个原因。
27.按图2中所示元件值，输出电压uo为12v，输出电流限于0.5a，图2电路可以提供高达1a的电流，限流元件晶体管t4则可以去掉。
28.稳压电路的核心元件是低频大功率晶体管t1，该管必须装有足够大的散热器，由图3可知，场效应管t3的g、s极短接，构成一个恒流源电路，其最大输出电流为11~18ma，该电流将提供调整管t1的发射结启动电流、误差放大管t2的c-e极导通电流、限流电路t4的c-e极导通电流，当然最直接的后果是由t3构成的恒流源必然限制了调整管t1的基极电流。
29.为了确保恒流源电路t3的正常工作，稳压器的输入不稳直流电压至少应比输出已稳直流电压高出3v，我们推荐的差值为5v。
30.分压器r1、p1、r2构成采样电阻电路，可以将稳定输出电压uo进行取样，取样电压从p1的滑动端输出，去激励误差放大电路晶体管t2的基极，由稳压二极管d1产生5.6v的参考电压，作为t2发射极的稳定基准电压，该基准电压与p1滑动端输出的取样电压比较，产生误差放大电流。
31.也可以这么理解，稳压器输出电压uo由于某种原因降低，比如由于不稳输入电压ui降低使uo减小，分压器两端的电压减小，分压器装定电位器p1的作用是可以使误差放大管t2能对恒流管t3的部分电流分流， t2的基极电压减小，但t2的发射极基准电压不变，误差放大管t2分流电流对t3恒流电流的分流作用减小，那么调整管t1的基极电流将增大，t1导通量加大，输出电压uo增大，从而稳压器的输出电压uo升高，恢复预期稳定电压。
32.如果稳压器输出电压uo由于某种原因升高，比如由于负载电阻变大，即由重载变为轻载，这就提升了分压器两端的电压，也就提升了t2的基极电压，t2的发射极基准电压不变，t2的导通电流增大，t2就能从t3取得更大的电流，这就减小了t1的基极电流，t1导通量降低，输出电压uo将降低，恢复预期稳定电压。
33.当然，实际上以上两种过程很快就会达到平衡。
34.晶体管t4与电阻r3、r4相连，构成了一个简单的限流器，其限流值是由电阻r3、r4之值决定的，限流器的工作原理也很好理解，因为限流晶体管t4也会把恒流源的恒定电流分流一些，调整管的基极电流相应减小，t1导通量降低，起到限流的作用。
35.如果不需要限流，t4、r3、r4可以省去，此时t1的发射极直接连接输出端的正极。
36.表1示出了输入电压、负载电阻、和可调输出电压之间的关系，因此该表可用来确定是否满足某个特定使用情况的稳压效果。
37.表1 输入电压、输出电压和负载电阻之间的相互关系
[0038][0039]
这种基于恒流源的直流稳压电源，虽然结构简单，但比传统稳压电源具备更稳定的直流电压输出，如果有需求还可以添加一个简单的限流电路，在实际应用中比传统结构的稳压电源更具性价比。
技术特征：1.一种基于恒流源的简单线性稳压器，其特征在于：所述线性稳压器包括不稳输入电压ui、晶体管t1、晶体管t2、结型场效应管t3、晶体管t4、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电位器p1、稳压二极管d1、稳定输出电压uo，所述不稳输入电压ui连接所述晶体管t1的集电极，所述不稳输入电压ui同时连接所述结型场效应管t3的漏极，所述结型场效应管t3的栅极以及源极短接，所述结型场效应管t3的源极同时连接所述晶体管t1的基极、所述晶体管t2的集电极、所述晶体管t4的集电极，所述晶体管t1的发射极通过所述电阻r4连接所述晶体管t4的基极，所述晶体管t1的发射极通过所述电阻r3连接所述晶体管t4的发射极，所述电阻r3的右端依次通过所述电阻r1、所述电位器p1的电阻体、所述电阻r2连接工作地，所述晶体管t2的发射极通过反向所述稳压二极管d1连接工作地，所述晶体管t2的基极连接所述电位器p1的滑动端，所述电阻r3的右端输出所述稳定输出电压uo。
技术总结本实用新型公开了一种基于恒流源的简单线性稳压器，不稳输入电压Ui晶体管T1的集电极，不稳输入电压Ui同时连接结型场效应管T3的漏极，T3的栅极、源极短接，结型场效应管T3的源极同时连接晶体管T1的基极、晶体管T2的集电极、晶体管T4的集电极，晶体管T1的发射极通过电阻R4连接晶体管T4的基极，晶体管T1的发射极通过电阻R3连接晶体管T4的发射极，电阻R3的右端依次通过电阻R1、电位器P1的电阻体、电阻R2连接工作地，晶体管T2的发射极通过反向稳压二极管D1连接工作地，晶体管T2的基极连接电位器P1的滑动端，电阻R3的右端输出稳定输出电压Uo。Uo。Uo。
技术研发人员：崔建国 宁永香 崔燚
受保护的技术使用者：山西工程技术学院
技术研发日：2021.12.06
技术公布日：2022/7/5
