齊納二極體調整器設計

2021-01-08 電子產品世界

　　IC參考很受電路設計者的歡迎，因為它們不僅精確而且飄移很小。在我今後的一些專欄文章中，將陸續討論三種IC參考：埋入式齊納二極體、帶隙及XFET。當您用齊納二極體進行參考設計時，由於齊納二極體相對較簡單，因此可用它來演示設計過程，而使用中的問題會讓您慶幸有IC參考。電路指標為：VCC=30V±10%、8.445 VREF 9.555、ΔVREF 200 mV、100 kΩ RLOAD 200 kΩ及0°C TA 80°C。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/258793.htm

　　第一次試用可選擇一個9.1V的1N757齊納二極體。請注意，最大溫度係數為6 mV/°C，齊納二極體電壓容差為±5%。計算出的參考電壓等於最大指標：VREF=(1.05)(9.1)=9.555V，但溫飄為ΔVREF=(80-25)(6 mV)=0.330V，超過了最大溫飄電壓指標。

　　將一個信號二極體與一個1N756 8.2V齊納二極體串聯，這樣信號二極體的負溫度係數即可部分抵消齊納二極體的正溫度係數（圖1）。二極體的溫度係數為 -2.1至-2.3 mV/°C，而8.2V齊納二極體的溫度係數則為5.4 mV/°C，因此組合最大溫度係數為3.3 mV/°C。在這種情況下，ΔVREF=181.5 mV，滿足指標，但最小參考電壓VREF=(0.95)(8.2)+0.5=8.29V，小於規定的8.445V極限值。

　　由於其他齊納特徵（例如齊納阻抗及偏置電流等）會影響ΔVREF，因此此分析並不完整。現在不應該再使用一個純粹的齊納二極體，而是應該使用一個溫度補償齊納二極體。1N935擁有9.075V的齊納電壓與5%的容差以及2 mV/°C的溫度係數；而IZ=7.5 mA時的齊納阻抗為20Ω，其中IZ為齊納測試電流。電壓參考為8.62 VREF 9.53。快速計算一下溫度係數的誤差可得到電壓變化的最大值ΔVREF1=110 mV。到目前為止，參數都很不錯，但您需要進行進一步的計算以獲得完整的圖象。

　　計算RBIAS，得RBIAS=(VCC-VREF)/IZ=(30-9)/7.5=2885Ω，取RBIAS=2800Ω±2%。（圖1中的溫度補償齊納管包括了二極體。）由於存在電源和電阻公差，因此IZ的變化範圍從[(30)(0.9)-9.53-0.11]/2.8(1.02)=6.07 mA到 [(30)(1.1)-8.62-0.05]/2.8(0.98)=8.86 mA。負載電阻的改變使IZ變化大約90 μA，可忽略不計。溫度補償齊納管的電流改變對應於大約±5Ω的齊納阻抗變化（參考文獻1），但ΔVREF只變化了大約 ±37.5 mV。您還應該考慮齊納電壓的變化。由於IZ的漂移，當ΔVREF變化 ±50 mV時，齊納管的工作點發生了變化。此外，還需記住，直流電壓所包含的最大寬帶半導體噪聲為20 μV。

　　最終得到電壓參考變化為110+37.5+50=197.5 mV。有人會認為這種分析不夠嚴密，的確如此，但這種分析可讓您對齊納參考的使用有一些了解。如果VCC低至12V，則齊納二極體就不能滿足指標。RLOAD較大時，負載阻抗變化不會影響設計計算。而小一點的2kΩ負載阻抗，變化1 kΩ時即會導致IZ的巨大變化，這就需要使用一個齊納二極體緩衝器。如果齊納二極體為電路的一部分，則您可以用雷射來對RLOAD進行調整，這樣就沒有必要增加緩衝器。這種埋入式齊納二極體電壓參考方法似乎是一種建立電壓參考的較好方法。


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