本申請(qǐng)涉及電子設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高穩(wěn)定度的線性穩(wěn)壓電源。

背景技術(shù)：

線性電源噪聲低、安全系數(shù)高，是很多設(shè)備的必備電路組件。有些特殊設(shè)備，比如原子鐘，其核心性能往往受線性電源輸出電壓波動(dòng)的影響，造成頻率長(zhǎng)期穩(wěn)定性差、溫度系數(shù)大等問題。在市售的成品線性穩(wěn)壓器芯片中，很少外置電壓參考端，因此其電壓穩(wěn)定性受制于芯片內(nèi)部的電壓基準(zhǔn)的性能，而其內(nèi)部參考電壓性能往往不高，不能滿足特殊任務(wù)的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種線性穩(wěn)壓源及調(diào)整方法，解決電源輸出電壓溫漂大、長(zhǎng)期穩(wěn)定性差等問題。

本申請(qǐng)實(shí)施例提供一種線性穩(wěn)壓電源，其特征在于，包括運(yùn)算放大器、三極管V1-V2、電阻R1-R7、電容C1-C5、基準(zhǔn)電壓源、輸入電壓端、輸出電壓端；三極管V1、V2為晶體三極管；電容C2一端接所述輸入電壓端，另一端接地；電阻R1一端接所述輸入電壓端，另一端接R3和C4的連接處；電容C4一端接電阻R1和R3的連接處，另一端接地；電阻R3一端接電阻R1和電容C4的連接處，另一端接三極管V1的基極；三極管V1的發(fā)射極接所述輸入電壓端、集電極接所述輸出電壓端、基極接三極管V2的集電極；電阻R8一端接三極管V2的發(fā)射極，另一端接地；電阻R7一端接三極管V2的發(fā)射極，另一端串聯(lián)電容C5；電容C5一端與電阻R7串聯(lián)、另一端接運(yùn)算放大器的反向輸入端；電阻R5一端接三極管V2的基極，另一端接所述運(yùn)算放大器的輸出端；所述運(yùn)算放大器的直流工作電壓由所述三極管V1的集電極提供；所述運(yùn)算放大器的正向輸入端接所述基準(zhǔn)電壓源；電阻R6一端接所述運(yùn)算放大器反向輸入端，另一端接地；電阻R2和電容C3并聯(lián)，一端接所述輸出電壓端，另一端接所述運(yùn)算放大器的反向輸入端；電容C1一端接所述輸出電壓端，另一端串聯(lián)電阻R4；電阻R4一端與電容C1串聯(lián)、另一端接地。

作為本發(fā)明可選擇的實(shí)施例，進(jìn)一步地，所述三極管V1為PNP三極管；所述三極管V2為NPN三極管；所述運(yùn)算放大器的VDD端接所述三極管V1的集電極；所述運(yùn)算放大器的VEE端接地。

作為本發(fā)明可選擇的另一實(shí)施例，進(jìn)一步地，所述三極管V1為NPN三極管；所述三極管V2為PNP三極管；所述運(yùn)算放大器的VEE端接所述三極管V1的集電極；所述運(yùn)算放大器的VDD端接地。

作為本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)化的實(shí)施例，上述實(shí)施例所述三極管V1可以更換為場(chǎng)效應(yīng)管。具體地，PNP三極管更換為PMOS管；NPN三極管更換為NMOS管。所述場(chǎng)效應(yīng)管的柵極對(duì)應(yīng)所述晶體三極管的基極；所述場(chǎng)效應(yīng)管的源極對(duì)應(yīng)所述晶體三極管的發(fā)射極；所述場(chǎng)效應(yīng)管的漏極對(duì)應(yīng)所述晶體三極管的集電極。

所述電阻R2、R6為采樣電阻，所述基準(zhǔn)電壓源用于提供電壓基準(zhǔn)，由于所述運(yùn)算放大器的虛短作用，所述輸出電壓端的輸出電壓值被所述電壓基準(zhǔn)和采樣電阻所確定。優(yōu)選地，所述電阻R2、R6為低溫漂的高精度電阻。一種線性穩(wěn)壓電源調(diào)整方法，用于本發(fā)明任意一項(xiàng)實(shí)施例所述線性穩(wěn)壓電源，包含以下步驟：

調(diào)整電容C3、C5和電阻R7的值，改變電路紋波抑制特性；

調(diào)整電阻R4的值，使電路不發(fā)生環(huán)路振蕩；

調(diào)整電阻R1、R3、R5、R8的值，使三極管V2工作在線性區(qū)。

本申請(qǐng)實(shí)施例采用的上述至少一個(gè)技術(shù)方案能夠達(dá)到以下有益效果：

本發(fā)明是用獨(dú)立的電壓基準(zhǔn)、運(yùn)算放大器、三極管、低溫漂采樣電阻作為核心部件，構(gòu)成線性穩(wěn)壓源電路，其輸出電壓穩(wěn)定性取決于采樣電阻和電壓基準(zhǔn)的性能，大大優(yōu)于市售成品芯片。本發(fā)明中，外接電壓基準(zhǔn)有利于實(shí)現(xiàn)電壓高穩(wěn)定度，且使用運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)很高的閉環(huán)增益，也有利于穩(wěn)定性的提高。尤其是在高可靠原子鐘設(shè)計(jì)中，只能選用種類有限的高質(zhì)量等級(jí)器件，本發(fā)明中整個(gè)電路可使用通用器件搭建，實(shí)現(xiàn)低成本、高穩(wěn)定度、低壓差的線性穩(wěn)壓電源，使用通用器件搭建高性能電路，這在高可靠產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中非常重要。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本申請(qǐng)的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本申請(qǐng)，并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為使用PNP三極管做電壓調(diào)整的線性穩(wěn)壓電源的實(shí)施例

圖2為使用NPN三極管做電壓調(diào)整的線性穩(wěn)壓電源的實(shí)施例

圖3為使用PMOS場(chǎng)效應(yīng)管做電壓調(diào)整的線性穩(wěn)壓電源的實(shí)施例

圖4為使用NMOS場(chǎng)效應(yīng)管做電壓調(diào)整的線性穩(wěn)壓電源的實(shí)施例

圖5為本發(fā)明線性穩(wěn)壓源調(diào)整方法的實(shí)施例流程圖

具體實(shí)施方式

為使本申請(qǐng)的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本申請(qǐng)具體實(shí)施例及相應(yīng)的附圖對(duì)本申請(qǐng)技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅是本申請(qǐng)一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒旧暾?qǐng)中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本申請(qǐng)保護(hù)的范圍。

本發(fā)明對(duì)電路給出四種實(shí)施例如下：1、三極管V1為PNP三極管、三極管V2為NPN三極管；2、三極管V1為NPN三極管、V2為PNP三極管，用于負(fù)電壓；3、三極管V1為PMOS場(chǎng)效應(yīng)管、三極管V2為NPN三級(jí)管；4、三極管V1為NMOS場(chǎng)效應(yīng)管，三級(jí)管V2為PNP三極管，用于負(fù)電壓。所述運(yùn)算放大器的直流工作電壓由所述三極管V1的集電極(或漏極)提供；當(dāng)輸入電壓為正值時(shí)，接入運(yùn)算放大器的VDD端；當(dāng)輸入電壓為負(fù)值時(shí)，接入運(yùn)算放大器的VEE端。

以下結(jié)合附圖，詳細(xì)說明本申請(qǐng)各實(shí)施例提供的技術(shù)方案。

圖1為使用PNP三極管做電壓調(diào)整的線性穩(wěn)壓電源的實(shí)施例。

具體地，線性穩(wěn)壓電源包括運(yùn)算放大器N1、三極管V1-V2、電阻R1-R7、電容C1-C5、基準(zhǔn)電壓源、輸入電壓端、輸出電壓端。三極管V1為PNP三極管；三極管V2為NPN三極管。電容C2一端接所述輸入電壓端，另一端接地；電阻R1一端接所述輸入電壓端，另一端接R3和C4的連接處；電容C4一端接電阻R1和R3的連接處，另一端接地；電阻R3一端接電阻R1和電容C4的連接處，另一端接三極管V1的基極；三極管V1的發(fā)射極接所述輸入電壓端、集電極接所述輸出電壓端、基極接三極管V2的集電極；電阻R8一端接三極管V2的發(fā)射極，另一端接地；電阻R7一端接三極管V2的發(fā)射極，另一端串聯(lián)電容C5；電容C5一端與電阻R7串聯(lián)、另一端接運(yùn)算放大器的反向輸入端；電阻R5一端接三極管V2的基極，另一端接所述運(yùn)算放大器的輸出端；所述運(yùn)算放大器的正向輸入端接所述基準(zhǔn)電壓源；所述運(yùn)算放大器的VDD端接所述三極管V1的集電極；所述運(yùn)算放大器的VEE端接地；電阻R6一端接所述運(yùn)算放大器反向輸入端，另一端接地；電阻R2和電容C3并聯(lián)，一端接所述輸出電壓端，另一端接所述運(yùn)算放大器的反向輸入端；電容C1一端接所述輸出電壓端，另一端串聯(lián)電阻R4；電阻R4一端與電容C1串聯(lián)、另一端接地。

在所述線性穩(wěn)壓電源電路中：

輸入電壓端，輸入電壓為V_in；輸出電壓端，輸出電壓為V_out。

運(yùn)算放大器N1是控制器，三極管V1是調(diào)整管，用于調(diào)整輸出電壓；三極管V2是擴(kuò)流管，用于改變?nèi)龢O管V1的基極工作點(diǎn)。電容C2和C1分別是輸入電容和輸出電容。

R1、C4和R3組成啟動(dòng)電路，還可設(shè)定擴(kuò)流管V2的直流工作點(diǎn)。所述電容C4是一個(gè)容值較大的電容，例如幾十uF。它與R1配合可在加電之初形成充電效應(yīng)，在一段時(shí)間內(nèi)為三極管V1基極提供一個(gè)低電壓，使整個(gè)電路能夠正常啟動(dòng)。

電阻R7、電阻R4、電容C3和電容C5是相位調(diào)整器件，可依據(jù)實(shí)際使用需求調(diào)整電路的紋波抑制比和環(huán)路穩(wěn)定性。需要指出的是，所述電阻R4是一個(gè)小阻值電阻，例如小于10歐姆。

所述基準(zhǔn)電壓源提供參考電壓為V_ref(V_ref與V_out符號(hào)相同)，用于提供電壓基準(zhǔn)，可接電壓基準(zhǔn)芯片從V_in變換得到，或其他類型的外部基準(zhǔn)電壓源的輸出。

所述電阻R2、R6為采樣電阻。由于所述運(yùn)算放大器的正輸入端和負(fù)輸入端的虛短特性，所述輸出電壓端的輸出電壓值被所述電壓基準(zhǔn)和采樣電阻所確定。優(yōu)選地，所述電阻R2、R6為低溫漂的高精度電阻。

電路正常工作時(shí)，所述運(yùn)算放大器N1和三極管V1、V2均工作在線性區(qū)間，此時(shí)輸出電壓為：

公式1中R₂和R₆分別為電阻R2和電阻R6的值。在電阻R2和R6溫度系數(shù)足夠小的情況下，本發(fā)明能夠使輸出電壓V_out的穩(wěn)定性跟隨基準(zhǔn)電壓源的穩(wěn)定性，非常有利于提升原子鐘等對(duì)電源敏感設(shè)備的性能。

圖2為使用NPN三極管做電壓調(diào)整的線性穩(wěn)壓電源的實(shí)施例。作為本發(fā)明進(jìn)一步變化的實(shí)施例，將圖1實(shí)施例所述三極管V1更換為NPN管、所述三極管V2更換為PNP管，則所述輸入電壓端的輸入電壓值、所述輸出電壓端的輸出電壓值均為負(fù)值。

線性穩(wěn)壓電源包括運(yùn)算放大器、三極管V1-V2、電阻R1-R7、電容C1-C5、基準(zhǔn)電壓源、輸入電壓端、輸出電壓端；三極管V1為NPN三極管；三極管V2為PNP三極管；電容C2一端接所述輸入電壓端，另一端接地；電阻R1一端接所述輸入電壓端，另一端接R3和C4的連接處；電容C4一端接電阻R1和R3的連接處，另一端接地；電阻R3一端接電阻R1和電容C4的連接處，另一端接三極管V1的基極；三極管V1的發(fā)射極接所述輸入電壓端、集電極接所述輸出電壓端、基極接三極管V2的集電極；電阻R8一端接三極管V2的發(fā)射極，另一端接地；電阻R7一端接三極管V2的發(fā)射極，另一端串聯(lián)電容C5；電容C5一端與電阻R7串聯(lián)、另一端接運(yùn)算放大器的反向輸入端；電阻R5一端接三極管V2的基極，另一端接所述運(yùn)算放大器的輸出端；所述運(yùn)算放大器的正向輸入端接所述基準(zhǔn)電壓源；所述運(yùn)算放大器的VEE端接所述三極管V1的集電極；所述運(yùn)算放大器的VDD端接地；電阻R6一端接所述運(yùn)算放大器反向輸入端，另一端接地；電阻R2和電容C3并聯(lián)，一端接所述輸出電壓端，另一端接所述運(yùn)算放大器的反向輸入端；電容C1一端接所述輸出電壓端，另一端串聯(lián)電阻R4；電阻R4一端與電容C1串聯(lián)、另一端接地。

圖3為使用PMOS場(chǎng)效應(yīng)管做電壓調(diào)整的線性穩(wěn)壓電源的實(shí)施例。作為本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)化的實(shí)施例，圖1實(shí)施例所述三極管V1還可以更換為場(chǎng)效應(yīng)管，如圖3所示，所述運(yùn)算放大器直流工作電壓由所述三極管V1的漏極提供；所述輸入電壓端的輸入電壓值、所述輸出電壓端的輸出電壓值均為正值。

具體地，線性穩(wěn)壓電源包括運(yùn)算放大器、三極管V1-V2、電阻R1-R7、電容C1-C5、基準(zhǔn)電壓源、輸入電壓端、輸出電壓端；三極管V1為PMOS場(chǎng)效應(yīng)管；三極管V2為NPN三極管；電容C2一端接所述輸入電壓端，另一端接地；電阻R1一端接所述輸入電壓端，另一端接R3和C4的連接處；電容C4一端接電阻R1和R3的連接處，另一端接地；電阻R3一端接電阻R1和電容C4的連接處，另一端接三極管V1的柵極；三極管V1的源極接所述輸入電壓端、三極管V1的漏極接所述輸出電壓端、三極管V1的柵極接三極管V2的集電極；電阻R8一端接三極管V2的發(fā)射極，另一端接地；電阻R7一端接三極管V2的發(fā)射極，另一端串聯(lián)電容C5；電容C5一端與電阻R7串聯(lián)、另一端接運(yùn)算放大器的反向輸入端；電阻R5一端接三極管V2的基極，另一端接所述運(yùn)算放大器的輸出端；所述運(yùn)算放大器的正向輸入端接所述基準(zhǔn)電壓源；所述運(yùn)算放大器的VDD端接所述三極管V1的漏極；所述運(yùn)算放大器的VEE端接地。電阻R6一端接所述運(yùn)算放大器反向輸入端，另一端接地；電阻R2和電容C3并聯(lián)，一端接所述輸出電壓端，另一端接所述運(yùn)算放大器的反向輸入端；電容C1一端接所述輸出電壓端，另一端串聯(lián)電阻R4；電阻R4一端與電容C1串聯(lián)、另一端接地。

圖4為使用NMOS場(chǎng)效應(yīng)管做電壓調(diào)整的線性穩(wěn)壓電源的實(shí)施例。作為本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)化的實(shí)施例，圖2實(shí)施例所述三極管V1還可以更換為場(chǎng)效應(yīng)管，如圖4所示，所述運(yùn)算放大器直流工作電壓由所述三極管V1的漏極提供；所述輸入電壓端的輸入電壓值、所述輸出電壓端的輸出電壓值均為負(fù)值。

具體地，線性穩(wěn)壓電源包括運(yùn)算放大器、三極管V1-V2、電阻R1-R7、電容C1-C5、基準(zhǔn)電壓源、輸入電壓端、輸出電壓端；三極管V1為NMOS三極管；三極管V2為PNP三極管；電容C2一端接所述輸入電壓端，另一端接地；電阻R1一端接所述輸入電壓端，另一端接R3和C4的連接處；電容C4一端接電阻R1和R3的連接處，另一端接地；電阻R3一端接電阻R1和電容C4的連接處，另一端接三極管V1的柵極；三極管V1的源極接所述輸入電壓端、三極管V1的漏極接所述輸出電壓端、三極管V1的柵極接三極管V2的集電極；電阻R8一端接三極管V2的發(fā)射極，另一端接地；電阻R7一端接三極管V2的發(fā)射極，另一端串聯(lián)電容C5；電容C5一端與電阻R7串聯(lián)、另一端接運(yùn)算放大器的反向輸入端；電阻R5一端接三極管V2的基極，另一端接所述運(yùn)算放大器的輸出端；所述運(yùn)算放大器的正向輸入端接所述基準(zhǔn)電壓源；所述運(yùn)算放大器的VEE端接所述三極管V1的漏極；所述運(yùn)算放大器的VDD端接地；電阻R6一端接所述運(yùn)算放大器反向輸入端，另一端接地；電阻R2和電容C3并聯(lián)，一端接所述輸出電壓端，另一端接所述運(yùn)算放大器的反向輸入端；電容C1一端接所述輸出電壓端，另一端串聯(lián)電阻R4；電阻R4一端與電容C1串聯(lián)、另一端接地。

需要指出的是，在本發(fā)明的實(shí)施例中，V_ref、V_out、V_in全為正電壓或全為負(fù)電壓。圖1、3所示實(shí)施例中V_in>V_out；圖2、4所示實(shí)施例中V_in<V_out。作為本發(fā)明可選擇的實(shí)施例，正電壓時(shí)V_in至少比V_out高0.6V，例如V_in是+15V，則V_out低于+14.4V即可；負(fù)電壓時(shí)V_in要至少比V_out低0.6V。V_ref除極性外無其他限制，例如在正電壓時(shí)使用+5V和+2.5V。

圖5為本發(fā)明線性穩(wěn)壓源調(diào)整方法的實(shí)施例流程圖，用于本發(fā)明任意一項(xiàng)實(shí)施例所述線性穩(wěn)壓電源，由于所述各個(gè)電阻、電容值與方案中所采用的運(yùn)算放大器、三極管參數(shù)有關(guān)、另外也與紋波抑制敏感頻段范圍有關(guān)，需要本方案的使用者進(jìn)行具體的調(diào)整，調(diào)整的依據(jù)有兩個(gè)：一是要環(huán)路穩(wěn)定，不能發(fā)生振蕩；二是電路對(duì)紋波的抑制特性曲線滿足需要。

具體包含以下步驟：

步驟101、調(diào)整電容C3、C5和電阻R7的值，改變電路紋波抑制特性；

步驟102、調(diào)整電阻R4的值，使電路不發(fā)生環(huán)路振蕩；

步驟103、調(diào)整電阻R1、R3、R5、R8的值，使三極管V2工作在線性區(qū)。

需要說明，在步驟101中，對(duì)電容C3、C5和電阻R7的值進(jìn)行調(diào)整，使電路紋波特性滿足指標(biāo)需求。在步驟102中，電阻R4的值較小，例如小于10歐姆，根據(jù)實(shí)際調(diào)整達(dá)到的效果來確定。

下面進(jìn)一步說明本發(fā)明電路的暫態(tài)效應(yīng)和穩(wěn)壓作用。不失一般性，以圖1所示實(shí)施例為例子。電路啟動(dòng)時(shí)，電容C4兩端電壓為0，運(yùn)算放大器N1無電，三極管V2未導(dǎo)通，則三極管V1基極電壓為0、發(fā)射極為輸入電壓V_in，V1導(dǎo)通，輸出電壓V_out逐漸升高。隨后，當(dāng)V_out上升到運(yùn)算放大器N1的有效電源電壓區(qū)間內(nèi)時(shí)，運(yùn)算放大器N1開始工作，輸出高電壓，三極管V2導(dǎo)通，繼續(xù)維持三極管V1導(dǎo)通。輸出電壓V_out繼續(xù)升高，當(dāng)運(yùn)算放大器N1反向輸出端電壓達(dá)到V_ref時(shí)，運(yùn)算放大器輸出電壓降低，三極管V2集電極電流減小，集電極電壓升高，三極管V1電流減小，輸出電壓V_out降低，運(yùn)算放大器N1反向輸入端電壓降低，閉環(huán)形成負(fù)反饋，當(dāng)電路參數(shù)滿足穩(wěn)定條件時(shí)，環(huán)路趨于穩(wěn)定，運(yùn)算放大器N1、三極管V1、V2均停留在線性工作區(qū)，整個(gè)電路正常工作。

電路抵抗紋波和電壓變化的過程與開機(jī)暫態(tài)過程是類似的，以正壓電路為例，當(dāng)輸入電壓變化時(shí)，三極管V1的射極電壓變化，而瞬時(shí)其基極電壓不變，此時(shí)輸出電壓開始變化，而同時(shí)，運(yùn)算放大器的反向輸入端就會(huì)檢測(cè)到變化，運(yùn)算放大器輸出電壓變化，進(jìn)而控制所述三極管V1基極電壓，使輸出電壓回到正常值，整個(gè)環(huán)路是個(gè)負(fù)反饋回路。

需要說明的是，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、商品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、商品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、商品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上所述僅為本申請(qǐng)的實(shí)施例而已，并不用于限制本申請(qǐng)。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，本申請(qǐng)可以有各種更改和變化。凡在本申請(qǐng)的精神和原理之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請(qǐng)的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。