Simulando un regulador de voltaje lineal con ngspice

Estoy tratando de simular un regulador lineal simple usando gschem y ngspice. Sin embargo, mi voltaje de salida varía en más de un voltio ya que mi voltaje de entrada va de 10 V a 20 V. ¿Puedo reducir esta oscilación en el voltaje de salida cambiando los parámetros del circuito o es una característica de los reguladores lineales?

Mi circuito se ve así:

Diagrama de circuito

Y la netlist que se genera (sin los comentarios y modelos) es esta:

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

Cuando realizo un barrido de CC en v1, dc v1 5 25 .1mi salida es la siguiente:

Resultados de la simulación

¿Cuál es el voltaje de salida previsto?
R4 finalmente será un potenciómetro que permite un voltaje de salida variable entre 2 y 12 voltios. Me doy cuenta de que tendré que cambiar el R3 y el R5 para acceder a la gama completa, pero quería hacer una simulación rápida para ver si el diseño era correcto. En este momento, el voltaje de salida debe ser de aproximadamente 8V.

Respuestas (2)

Eso es lo que esperaría. No tienes un circuito muy bueno allí, ese es el problema.

La única referencia de voltaje es la combinación en serie del 1N4004 y la unión BE de Q1. Para un cambio de voltaje de entrada de 10 V a 20 V, la corriente a través de esas partes cambiará aproximadamente un orden de magnitud, por lo que se espera un cambio del 10% en el voltaje de salida.

Podría obtener un rendimiento algo mejor reemplazando el 1N4004 con un LED verde (sin embargo, la salida ya no bajará a 2V). También puede arrancar algo de corriente de la salida regulada para reducir el cambio porcentual en la corriente. Seguirá siendo bastante sensible a la temperatura (aproximadamente PTAT, por lo que cambiará cientos de mV por un cambio de temperatura de 10 °C con una salida nominal de 8 V).

La mejor manera sería usar una mejor referencia, como un LM431 (que contiene una referencia de banda prohibida y también tiene suficiente ganancia para reemplazar el transistor). El voltaje de salida mínimo con esta configuración es Vref, que es nominalmente 1.2495V. Debe asegurarse de que 1 mA (mínimo) llegue al TL431 con un voltaje de entrada mínimo.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Esto es para un laboratorio universitario, por lo que todo lo que tengo para trabajar es la pequeña bolsa de piezas que nos proporcionaron, por lo tanto, uso un diodo rectificador como referencia de voltaje. Ni siquiera consideré usar un LED. En su lugar, usaría un Zener para reducir un poco la sensibilidad a la temperatura, pero las especificaciones dicen que el regulador debe poder producir hasta 2V. Si realmente construyo esto, definitivamente usaré una referencia de voltaje o reemplazaré todo el circuito con un LM317. ¡Gracias!

Hablando en términos de teoría de control, la GANANCIA DE BUCLE es demasiado baja para tener buenas características de regulación. En muchos buenos sistemas que funcionan, tenemos un amplificador operacional (sin retroalimentación interna) como parte del circuito de control (en lugar de un solo transistor). Es un hecho bien conocido que se requiere una gran ganancia de bucle para mantener la señal de error (diferencia entre la señal de entrada y la de realimentación) en un valor bajo.

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