轻松点话题---电压基准！
本帖最后由 xukun977 于 2020-3-28 16:41 编辑学习理论，尤其是半导体理论，比较抽象难懂，没有兴趣的话，会比较头疼。
理论学完之后的实践，相对来说是轻松活泼的，用这个话题娱乐一下。
大多数电压基准，都是以IC的形式出现的，有多种额定电压、封装形式和指标，可供挑选。
依据其工作原理，电压基准大致可以分为两大类：一是基于齐纳二极管，另一个是基于带隙基准的。对于模拟IC设计人员，几乎所有人都要掌握带隙基准的设计，而前一种基准是工艺相关的，和CMOS工艺不太兼容，所以成本较高。
带隙基准一般是1.2V左右，所以主打低压基准！！当然了，通过使用比例缩放方法，可以有2.5V、5V，甚至10V带隙！！！
升高基准电压的方法：
此图仅仅是结构示意图，具体元件取值看基准电压和电源电压等参数。
上图中R3的作用是为基准（例如齐纳二极管组合）提供启动电流，基准电压建立起来以后，R2中的电流等于U2上的输出电压减去D3上电压，所以电压是定值，所以R2中的电流正常工作时是固定的，不随负载和电源电压V2而变化。
而基于温度补偿的齐纳二极管，一般主打高压，尤其是5V以上的电压范围。
单单就离散器件齐纳二极管而言，电压范围极宽，低至1.8V左右，高至200V：
典型精度是10%，温度系数也较差。而且电压低于6V左右时，阻抗特别高：
一般模电教科书上都会介绍两种工作机理的齐纳二极管：雪崩击穿和齐纳击穿。
对于低电流值，齐纳效应为主，为负温度系数；对于高电流值，雪崩效应为主，为正温度系数。
关于带隙基准的工作原理，几乎所有的模拟IC设计教材都会介绍，我们以前也发帖说过，此处略。
本帖最后由 xukun977 于 2020-3-28 17:54 编辑
基于带隙和基于齐纳二极管的两大阵营产品
最近10来年，国内论坛上炒作的火热的LTZ1000，略微不太热的AD580,就是主要代表。
这两款基准，所使用的技术非常古老，离子注入型齐纳管是上个世纪70年代的技术。
最初的齐纳管，击穿是发生在硅-二氧化硅交界面处的，受工艺影响，有长期漂移的缺点。所以后来改进成让击穿发生在亚表面，甚至是深度的掩埋层中，来解决长期温漂的问题。
但是只要还使用扩散结，击穿电压的精度就差，进而难以温度补偿。
为解决上面两个问题，提出了离子注入型亚表面（掩埋层）击穿的齐纳管，不但长期稳定性好、噪声低，电压精度也高。
上图是亚表面的齐纳二极管制造，和双极性工艺相兼容。在N型外延层上做p扩散和n+扩散，以及P离子注入，让击穿不在发生在表面，而是亚表面。
这种器件稳定性特别好，在125℃下工作100小时，电压偏移优于1mV
最简单的补偿是齐纳管串导通的正偏二极管，而在集成电路内，管子不值钱，可以多用一些做精密补偿：
上图中Q3和Q9上并联的电阻是启动电阻，电路既有负反馈，也有正反馈，0点也是工作点之一，要避开这个工作点。
大二模电教材上介绍过电流镜，电流镜和运放一样，它能逼迫两点电压相等。
据此可知，R3上的电压和VO相同，所以电流I1=VO/R3，因为VO是稳定的齐纳管上电压，所以I1也相当稳定，基本于电源VCC无关！
根据上图，易知输出电压Vo的表达式为：
上式中，Vz是齐纳管上电压，如果假设R2的温度系数忽略，上面又已经分析出I1特稳定，那么如果Vz是正温度系数，于是I2也是正温度系数，根据上面电压表达式，就有可能得到零温度系数的电压基准！！
那么如何让I2是正温度系数呢？
教科书上会说，产生正温度系数电压，方法求是VBE之差，要想让VBE不同，必须让两个管子的发射极面积不同，即S12要大于S11
VBE之差正比于热电压VT=KT/q，所以是正温度系数。
本帖最后由 xukun977 于 2020-3-28 18:10 编辑
齐纳二极管阵营的绝招，除了使用掩埋或亚表面离子注入技术，另一个技术是温度稳定技术。
以LM119为例：
这种方法是利用芯片的热容特别小的特性，在芯片上布置个“炉子”，保持芯片恒温，近似于环境温度无关。
模电中常见的是电压负反馈，这里是热负反馈而已，基本上是一回事：
如上图所示，待温度稳定的电路上有个检温器（一般是利用PN结的温度特性），然后控制加热器（功率管），功率管传递温度到待稳电路和检温器，判断加热器要不要加热或者加热功率。
最简单的电路实现为：
这个电路工作原理不想讲了，直接截取DC-DC芯片中的温度检测工作原理算了，原理大同小异：
本帖最后由 xukun977 于 2020-3-28 18:36 编辑
以某款5.0000V基准为例，概括一下这类芯片的工作原理。
原理框图为：
图中Z2是掩埋型齐纳管，N54是温度补偿二极管，N28是温度稳定功率管，R01和R02是分压电路，A3是输出缓冲器。
页:
[1]