Источник опорного напряжения, равного ширине запрещенной зоны полупроводника

June 4, 2015 by admin Комментировать »

Наиболее широкое распространение в ИМС стабилизаторов напряжения и других аналоговых ИМС в настоящее время получили источники опорного напряжения, равного ширине запрещенной зоны полупроводника [16].

В основе принципа работы такой схемы лежит идея генерации напряжения с положительным температурным коэффициентом, равным по абсолютной величине отрицательному температурному коэффициенту напряжения 1/ъэ (или диода). В таком случае при сложении этого напряжения с напряжением Ub3 получается напряжение с нулевым температурным коэффициентом. Рассмотрим работу такого элемента, называемого токовым зеркалом с двумя транзисторами, работающими с разной плотностью эмиттерного тока (обычное отношение плотности 1:10). Эквивалентная электрическая схема токового зеркала представлена на рис. ЗЛО.

Рис. 3.10. Эквивалентная электрическая схема токового зеркала с двумя транзисторами, работающими с разной плотностью тока

Для такого схемотехнического решения известная формула Эберса—Молла для транзисторов ΤΙ, Т2 будет выглядеть следующим образом:где— температурный потенциал (см. формулу 2.1).

Откуда получаем интересующие нас выражения для расчета численных значений основных электрических параметров ИОН:

Как следует из анализа полученных результатов вычислений, численное значение напряжения на резисторе R1 и величина выходного тока пропорциональны значению абсолютной температуре Т. Далее нам остается только преобразовать выходной ток в напряжение и сложить его с напряжением UB3 Классическая схема такого ИОН с напряжением запрещенной зоны полупроводника приведена на рис. 3.11.

Рис. 3.11. Классическая схема ИОН с напряжением запрещенной зоны полупроводника

Здесь величина резистора R2 определяет (задает) величину напряжения, которое складывается с 1/БЭ и имеет положительный температурный коэффициент. Оказывается, что температурный коэффициент этого напряжения будет нулевым, когда суммарное напряжение равно напряжению запрещенной зоны кремния при температуре абсолютного нуля, т.е. примерно 1,22 В. Часть схемы, обведенная пунктиром, выполняет функцию стабилитрона.

На рис. 3.12 представлена модернизированная эквивалентная электрическая схема ИОН с напряжением запрещенной зоны, где используется другая конструкция встроенного стабилизатора напряжения.

Здесь заменена часть схемы, обведенная пунктиром в схеме рис. 3.11. Согласованная пара транзисторов Т1 и Т2 вынуждена работать при соотношении токов коллекторов 10:1. Разность напряжений £/БЭ, равнаяIn 10, делает численное значение тока эмиттера транзистора Т2 пропорциональным численному значению температуры (разность напряжений приложена к резистору R1). Но так как коллекторный ток Т1 всегда как минимум в 10 раз больше этой величины, то он также пропорционален температуре (благодаря работе ОУ напряжение на коллекторах Т1 и Т2 одинаковое). Поэтому суммарный эмиттерный ток всегда будет

Рис. 3.12. Эквивалентная электрическая схема модернизированного ИОН

прямо пропорционален температуре и создает на резисторе R2 падение напряжение, имеющее положительный температурный коэффициент. Напряжение, снимаемое с резистора R2, складывается с напряжением 1/БЭ транзистора Т1 для получения численного значения стабильного опорного напряжения с нулевым температурным коэффициентом, которое образуется на базах транзисторов Т1 и Т2.Схемотехнические решения «опорных источников запрещенной зоны» существуют в самых различных вариантах, но для всех них характерно сложение напряжения 1/БЭ с напряжением, созданным связанной парой транзисторов, работающих с некоторым заданным соотношением плотностей токов и имеющих положительный температурный коэффициент напряжения.

Источник: Белоус А.И., Ефименко С.А., Турцевич А.С., Полупроводниковая силовая электроника, Москва: Техносфера, 2013. – 216 с. + 12 с. цв. вкл.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты