NPN 簡單穩壓電路的疑問

xiaolaba

手邊完全沒有零件, 只有一片廢板有幾棵2SC1815, 220/1k/10電阻
想要做個簡單的12V->5V供電給ARDUINO NANO 單獨供電外設
抄了一個電路, 沒到點沒實際操作前模擬看看行不行, 結果是不穩壓的, 除非用選用 IN750穩壓管.
NPN 的 BC 接起來反向用真能做穩壓管嗎, 錯了還是模擬不出來而已?

NPN BC Zener

LTSpice 源碼

1. Version 4
   
2. SHEET 1 880 792
   
3. WIRE 48 96 -288 96
   
4. WIRE 160 96 48 96
   
5. WIRE 400 96 256 96
   
6. WIRE 512 96 400 96
   
7. WIRE 512 176 512 96
   
8. WIRE -288 192 -288 96
   
9. WIRE 400 208 400 96
   
10. WIRE 48 240 48 176
    
11. WIRE 48 240 -112 240
    
12. WIRE 208 240 208 160
    
13. WIRE 208 240 48 240
    
14. WIRE 512 240 512 176
    
15. WIRE -288 320 -288 272
    
16. WIRE -112 320 -112 240
    
17. WIRE 400 384 400 272
    
18. WIRE 512 384 512 320
    
19. WIRE -112 432 -112 384
    
20. WIRE 48 576 48 240
    
21. WIRE 208 576 208 464
    
22. WIRE -16 688 -16 624
    
23. WIRE 48 688 48 672
    
24. WIRE 48 688 -16 688
    
25. WIRE 208 688 208 640
    
26. WIRE 208 688 48 688
    
27. WIRE 48 720 48 688
    
28. FLAG 48 720 0
    
29. FLAG 400 384 0
    
30. FLAG -112 432 0
    
31. FLAG 512 384 0
    
32. FLAG -288 320 0
    
33. FLAG 512 176 Vout
    
34. FLAG 208 240 Vb
    
35. FLAG -288 96 Vin
    
36. SYMBOL npn 160 160 R270
    
37. SYMATTR InstName Q1
    
38. SYMATTR Value 2N3904
    
39. SYMBOL npn -16 672 M180
    
40. SYMATTR InstName Q2
    
41. SYMATTR Value 2N3904
    
42. SYMBOL res 32 80 R0
    
43. SYMATTR InstName R1
    
44. SYMATTR Value 200
    
45. SYMBOL cap -128 320 R0
    
46. SYMATTR InstName C1
    
47. SYMATTR Value 10番
    
48. SYMBOL cap 384 208 R0
    
49. SYMATTR InstName C2
    
50. SYMATTR Value 47番
    
51. SYMBOL voltage -288 176 R0
    
52. SYMATTR InstName V1
    
53. SYMATTR Value 12v
    
54. SYMBOL res 496 224 R0
    
55. SYMATTR InstName R_load
    
56. SYMATTR Value 100
    
57. SYMBOL zener 224 640 R180
    
58. WINDOW 0 24 64 Left 2
    
59. WINDOW 3 24 0 Left 2
    
60. SYMATTR InstName D2
    
61. SYMATTR Value 1N750
    
62. TEXT -320 456 Left 2 !.tran 0 1 0
    
63. TEXT 128 224 Left 2 ;Ib
    
64. TEXT 320 80 Left 2 ;Iout
    
65. TEXT 24 192 Left 2 ;Ir
    
66. TEXT 24 280 Left 2 ;Iz
    
67. TEXT -16 776 Left 2 ;Q2 = 6V Zener diode
    
68. TEXT 56 -56 Left 2 ;Ir = Iz + Ib
    
69. TEXT 64 -24 Left 2 ;Iout = hFE x Ib
    
70. TEXT -24 -168 Left 2 ;assume Q1 hFE = 100, Iz = 1mA, Iout = 20mA\nIr = 1mA + 20mA /100 = 1.2mA\nR1 = 12V - 6V / Ir = 6/1.2 = 5k
    
71. TEXT 424 80 Left 2 ;Target 5V regulated output
    
72. TEXT 248 616 Left 2 ;4v7 Zener
    

複製代碼

ysc

這是利用 NPN 電晶體 Vebo 當稽納二極體用，2SC1815 B-E逆向電壓就是5V。

應該是可以的，只是模擬軟體把它當作理想二極體。

手邊沒7805、7905之類的嗎？用現成的穩壓器比較快吧。

gsm7

每顆電晶體的編號雖然一樣，但特性還是會有差異。datasheet 上記載 2N3904 的 Vebo 最大值為 6V，我實測手上的晶體卻得到一個 7.1V。這不是正規的做法，主要是因為出廠時這一項不是保證精確值，雖然理論上行的通，但最好避免這樣用。Zener diode 是出廠時就得保證精度在一定的範圍內，不然就被丟棄了。

最簡單就是找個手機充電頭，USB 線一剪，5V 就出來了！

不然早期的電路板，7805 或 78L05 隨便一把抓！

不然找交換式電源，只要不是山貨，基本都能找到 TL431，這個最好！可以做閉迴路精密控制。等同使用 7805 的效果。

找八顆九顆 1N4148/4007 串在一起充當穩壓器也行……（順向使用）



居家常備料：MC4069，LM324，NE555，TL431……（以下開放補充）

bangderndu

用 7805 就好啦 這樣比較穩定

xiaolaba

gsm7 發表於 2021-9-30 06:32 PM
每顆電晶體的編號雖然一樣，但特性還是會有差異。datasheet 上記載 2N3904 的 Vebo 最大值為 6V，我實測手 ...

有時候被帶引出巡, 不是想要啥就有啥
記得有一次巡訪到台中還是埔里, 為了2N2222沒辦法等了兩天的快遞, 然後居家常備料就到手了

ㄚ三哥

看到了7805，現在材料行不知賣多少？讓我想到當年老板的姊……擋到人家的財路。

SIMON1016

要不要試一下   輸入端給100V   模擬器會不會說2N3904  崩潰了?

xiaolaba

SIMON1016 發表於 2021-10-1 05:05 PM
要不要試一下   輸入端給100V   模擬器會不會說2N3904  崩潰了?

明白了, 謝謝S大的提示 :)

NPN_regulator_NG.JPG

xiaolaba

完美的模擬, 但應該不實際

NPN_regulator_no_sim.JPG

SIMON1016

xiaolaba 發表於 2021-10-2 12:46 PM
完美的模擬, 但應該不實際

因為齁  你那個模擬器  太初級了  沒有 smoke option
而且齁  LT Spice 免費軟件   應該是沒有這配件  有錢也沒得買
OrCAD PSpice  是有 smoke option   零件應力分析  (超過就smoke 冒煙)這個選配  要  加  錢   錢   錢  !!!
但是齁 零件模型的 smoke 參數 需自行輸入

xiaolaba

SIMON1016 發表於 2021-10-2 03:46 PM
因為齁  你那個模擬器  太初級了  沒有 smoke option
而且齁  LT Spice 免費軟件   應該是沒有這配件   ...

遙控實驗了一下, 果然盡信書不如無書, 現在只能等黃金周過才有零件.

2SC1815 ZENER

那個 2SC1815 接起來的的 ZENER 並非像人家演示那種 knee 的結果.
https://cr4.globalspec.com/threa ... f-NPN-Used-as-Zener

俺看到的結果是類似這種, 12V源電壓, 輸出10V, 高低隨輸入變化, 不穩壓, 估計還沒到達穩壓的轉折點電壓, 沒有其他工具可一再測更高電壓.

2SC1815 knee

ysc

xiaolaba 發表於 2021-10-2 06:03 PM
遙控實驗了一下, 果然盡信書不如無書, 現在只能等黃金周過才有零件.

剛剛拿一顆 2SC945 來測試 B-E 逆向電壓，接線就是 +電源-->電阻-->E-->B-->0V，
電阻試過 4.7K、10K、22K、220K，測量  E-B之間電壓，電源從0V開始往上調到30V，
可以觀測到類似 ZENER 電壓約8.4V，不同電阻、不同電壓所得結果差不多，只要電源電壓超過 8.4V，E-B 之間的電壓就會固定在 8.4V 附近，電壓越高或是電阻越小，也就是 Iz 越大，這個電壓會略微上升，但幅度沒有很大，所以這是可行的，只是電壓跟標示的 Vebo 不一樣。

先測試 Zener 電壓是否有效，先儘量簡化電路來測量，您的電路還要考慮到 Q1 的驅動，而這股驅動電流又跟 Iz 共用，又多了一個考慮因素。

還有就是這不是常規用法，B-E 逆向電流儘可能小，以免把電晶體燒了或是特性劣化了，這也是必須跟 Q1 驅動電流分開的原因。

gsm7

xiaolaba 發表於 2021-10-2 06:03 PM
遙控實驗了一下, 果然盡信書不如無書, 現在只能等黃金周過才有零件.

我看到這圖不知道為什麼會想到隧道二極體去了……

試著將晶體的 C 極架空，R1 降低阻值試試？

xiaolaba

ysc 發表於 2021-10-2 08:29 PM
剛剛拿一顆 2SC945 來測試 B-E 逆向電壓，接線就是 +電源-->電阻-->E-->B-->0V，
電阻試過 4.7K、10K、22 ...

這個有實驗過, 據說 BC 接起來或者懸空C不用, 有差別, 但是也高過9V很多, 當時也是發現單獨用一個C1815已經看不到穩壓效果才懷疑前輩提出的經驗, 例如,
https://forum.allaboutcircuits.com/threads/transistor-as-a-zener-diode.88373/
https://www.nutsvolts.com/magazine/article/bipolar_transistor_cookbook_part_1
application_note_en_20210303_AKX00048.pdf (636.24 KB, 下載次數: 3)

2021-10-2 08:52 PM 上傳

點擊文件名下載附件

最接近俺的實驗結果是 https://cr4.globalspec.com/thread/72501/Emitter-Base-Breakdown-Voltage-of-NPN-Used-as-Zener

其中一段寫到,

Zener_did_not_work_serial_loading.JPG

手邊沒有工具零件, 能幫的忙也盡力了, 純粹當作學習經驗. 反正人家怎樣都只能等零件, 還好他們只是在大山裡而不是在火星.

會想起這個是因為以前看過很多 DMM 的電路圖, 裡面都很特別有一個或者兩個 NPN 都這樣顛頭倒腳短接, 後來又看到 JFET 也是 DS 短接, 覺得非常奇怪, 經過好長時間, 終於無意中看到有ADI的APP NOTE解釋, NPN 用來做ZENER, JFET是非常低漏電流的輸入保護 DIODE, 避免影響測量. 所以就想應急能不能幫上忙, 模仿阿波羅13回航的應急, 可結果是不成了, 只能晾著等天亮...

xiaolaba

gsm7 發表於 2021-10-2 08:39 PM
我看到這圖不知道為什麼會想到隧道二極體去了……

試著將晶體的 C 極架空，R1 降低阻值試試？ ...

謝謝, 反正在看星星的閒得慌沒事做, 再叫他們試一次看看

jason680

12V - 5V = 7V
中間是Vce (7V)
所有的熱(功耗)比輸出5V還大

實驗 理論 計算可以...

實務上用降壓IC(ex:7805)或者 R + Zener就好了...

tonysun

Datasheet 中，有的規格有 min typ max, 但這裡的 Maximum Ratings (或寫 Absolute Maximum Ratings) 只有一個數值，
ˋ這些 (Absolute) Maximum Ratings 的正確解釋是這樣子的:

Maximum Ratings (Ta=25°C)
Emitter-base voltage   VEBO   5 V

直接解釋：在室溫25°C的正常工作下，使用者在E-B 間能夠施加的電壓，最大額定值是 5V　

也就是說，這顆電晶體只保證 E-B 在 5V 以內一定不會崩潰

換句話說，生產出來的每一顆電晶體，即使有個體差異，都必須保證 E-B 的崩潰電壓 大於或等於 5V，才是合格品

由於存在製造上不可避免的個體差異，每一顆的實際VEBO不盡相同，但我們可以想像到，所有這些合格品的 VEBO 平均值(或統計上的期望值)應該會大於規格上這個 Maximum Ratings 裡的 VEBO 值

xiaolaba

確定這 C1815 組成的 ZENER, 串聯電阻 220/1k/10k/20k 都穩壓在 10V 到 10.1V 左右, 跟C腳接地與否沒大關聯. 但是在串聯穩壓電流管的電路裡面很難作為參考源, 跟那個 Karl Hunter 所描述的一致, 或許RL輕負載在100k以上才有用.

ysc

xiaolaba 發表於 2021-10-3 09:22 AM
確定這 C1815 組成的 ZENER, 串聯電阻 220/1k/10k/20k 都穩壓在 10V 到 10.1V 左右, 跟C腳接地與否沒大關聯 ...

剛剛再拿 2SC945 來觀測 逆向 B-E ZENER 特性，其實膝點很明顯：

xiaolaba

ysc 發表於 2021-10-3 04:12 PM
剛剛再拿 2SC945 來觀測 逆向 B-E ZENER 特性，其實膝點很明顯：

好好的示範, 晚一些時間有工具搭個 CURVE TRACER 來試試看
軟體已經備好了, 有需要的話參考看看, https://github.com/xiaolaba/Curve_Tracer_testing

km400a

xiaolaba 發表於 2021-10-2 08:52 PM
這個有實驗過, 據說 BC 接起來或者懸空C不用, 有差別, 但是也高過9V很多, 當時也是發現單獨用一個C1815已 ...

EEVblog #1157 - Transistor Zener Clamp Circuit
https://www.youtube.com/watch?v=BGcKjy_UNQ4

這個  link 也有相關的說明

xiaolaba

curve tracer 失敗了, 掃個NPN 的 Ib / Vce, 不像人家的做出來的結果.

NPN_why_different_shape2.JPG

掃個 LED 反了正負符號

LED_looks_ok_but.JPG

xiaolaba

再看看用 scope XY mode 做的 curve tracer, 原來是這樣用的, 不過沒這工具, 也玩不轉
https://www.elprocus.com/arduino ... istor-curve-tracer/

oscope_curve_tracer.JPG

gsm7

xiaolaba 發表於 2021-10-4 10:10 PM
curve tracer 失敗了, 掃個NPN 的 Ib / Vce, 不像人家的做出來的結果.

硬體有問題吧！記得 x 兄是 firmware 專長的，短時間內搞出來的話最好是請個硬體專長的人從旁協助，不然走一堆歪路是肯定的。

datasheet 上面的 Ib 是定電流值，光是準備供應這個就得要先併裝一些東西出來才行。

xiaolaba

gsm7 發表於 2021-10-4 11:00 PM
硬體有問題吧！記得 x 兄是 firmware 專長的，短時間內搞出來的話最好是請個硬體專長的人從旁協助，不然 ...

專長不敢當, 都是抄簡單的回來玩, 原作者有解說但是十分零碎, 沒修改過源碼, 結果就這樣的估計是BUG, 學習用可以的, 不過慢到不行, 需要自行改才實用, 有空再仔細看看哪裡出錯.

以前看過其他的, http://www.kerrywong.com/2013/09 ... or-vi-curve-tracer/
不過一看見多幾個腳的零件和搭棚就放棄了, 搭起來很麻煩, 所以只挑幾顆電阻就組得起來的實驗的那些來玩.

gsm7

簡單模擬一下電晶體的曲線測試。

這個電路如果要實做的話，I1 定電流實作起來還算簡單，主要是電流 Ic 的測試方法得考慮一下，因為普通的示波器輸入端大多是共地的，所以需要有某種的離隔手段才行，比如隔離探棒或電流探棒，而不能直接接上示波器。

自已用系統小板來採集信號的話也會碰到相同的問題，這部分要能解決的話就搞定了。

xiaolaba

gsm7 發表於 2021-10-5 12:32 AM
簡單模擬一下電晶體的曲線測試。

這個電路如果要實做的話，I1 定電流實作起來還算簡單，主要是電流 Ic  ...

老闆這等高級軟體叫啥名稱 ?
以前也問過有關隔離變壓器配合示波器測試市電的問題, 只是手邊沒這工具.
軟體測試經過小除錯, 發現原作有意或無意中寫的碼藏了貓膩, 已經解決了. 測試LED跟DMM讀數的結果終於對起來了.

VF_plot_positive.JPG

NPN 的 PLOT 也開始像樣

NPN_plot_positive.JPG

tonysun

需要5V的話，最容易的方式應該是找一個 USB 充電器來就有了。

不過，如果限制只用NPN電晶體與電阻，也是可以做出 12V 至 5V 的穩壓電路的，請見以下的電路圖與模擬結果，圖中有加上可變電流負載 100mA (0.1A) +/- 50mA (0.05A) ，負載變化時的輸出電壓變化不大。

圖上用了三個電晶體，其實兩個也行，漣波也只略大一些而已。(電阻數值也要略調整一下)

如果還有電容 (例如0.1uF等), 可以併在 R2 上試試。

gsm7

xiaolaba 發表於 2021-10-5 03:45 PM
老闆這等高級軟體叫啥名稱 ?
以前也問過有關隔離變壓器配合示波器測試市電的問題, 只是手邊沒這工具.
軟 ...

隸屬 NI 的 multisim。