采用ΔVBE電路的低電壓參考
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作者：Ron Mancini,德州儀器公司
時(shí)間：2005-09-09
來源：EDN電子設(shè)計(jì)技術(shù)
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采用ΔVBE電路的低電壓參考
最近常常在討論齊納二極管電壓參考的作用與優(yōu)勢(shì)。盡管齊納二極管是一種既穩(wěn)定又精確的電壓參考，但它們也要求高偏置電壓（通常最小為8V）。這種高偏壓要求將大多數(shù)齊納二極管參考排除在源電壓為5V（或更低）的電路以外。盡管能使用低偏壓齊納二極管，但其溫飄會(huì)使其不能用于精密應(yīng)用中。所有半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)都具有對(duì)溫度敏感的基本電路，因此任何半導(dǎo)體參考都必須采用某種形式的內(nèi)置溫度補(bǔ)償。齊納二極管參考即采用內(nèi)部串聯(lián)二極管來進(jìn)行溫度補(bǔ)償?；錁O偏差電壓電路也具有同樣的溫飄問題和相應(yīng)的解決方案，但由于其不依靠齊納結(jié)，因此能在較低電壓上工作。
以下為將兩個(gè)三極管連成一個(gè)二極管的差公式（圖1）：
公式1其中芕BE為基－射極偏差電壓、k為玻爾茲曼常數(shù)、q為電荷、T為絕對(duì)溫度、ln為自然對(duì)數(shù)以及JE為射極電流密度。當(dāng)電流密度單位一樣時(shí)，它們互相抵消，公式1即簡(jiǎn)化為公式2，表示溫度系數(shù)為集極電流的函數(shù)。
公式2將公式2取微分即得到溫度系數(shù)：
公式3您可以用二極管基－射結(jié)來抵消公式3計(jì)算出的飄移，故總飄移應(yīng)等于2.18 mV/℃的二極管飄移；對(duì)應(yīng)的偏差為650 mV。您不可能用不同的結(jié)面積來達(dá)到滿足這些標(biāo)準(zhǔn)所需的面積比，因?yàn)榇吮壤?。因此，可采用一個(gè)較小的比例（例如12比1），此時(shí)偏差電壓為63.9 mV。增益為10.17的放大器可得到650 mV的輸出電壓（圖2）。將公式3算出的214mV/℃結(jié)果乘以10.17放大器增益可得到2.18 mV/℃的溫飄。
全帶隙參考用兩個(gè)晶體管來作為二極管，這些晶體管以12比1的比例來饋送電流，以產(chǎn)生基本偏差電壓與溫度系數(shù)。此級(jí)后接一個(gè)將偏差電壓放大至650 mV的放大器，其輸出電壓用于推動(dòng)一個(gè)在射極上有自己電流源的PNP晶體管的基極。輸出電壓為PNP晶體管基－射極電壓與倍乘微分二極管電壓1.25V之和。最終結(jié)果為PNP晶體管基－射極溫度系數(shù)減去微分二極管溫度系數(shù)，得到一個(gè)穩(wěn)定及低飄移電壓參考。輸出級(jí)對(duì)電壓參考進(jìn)行緩沖，并提供放大或衰減來產(chǎn)生不同的參考電壓。此電壓參考可在低電壓環(huán)境下工作，并具有高溫度穩(wěn)定度與低飄移。基－射極偏差電壓參考常常類似于電壓調(diào)整器，但不能把它們與電壓調(diào)整器混淆，因?yàn)檫@一參考只有有效的電流容量。
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