温度对于PN结电压的影响

Posted 2023-03-05 卓晴

带隙参考电压电路

 

01 PN结

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一、前言

  这里给出了在LTspice 仿真软件中的一些示例，  给出了四种带隙参考电压设计电路， 它们在工业温度范围内， 电压波动都在几个毫伏范围， 这里对其中最简单的 一个电路进行仿真测试， 了解它们的工作原理和运行特点。

▲ 图1.1.1 四种带隙参考电压电路

二、单个PN结温度特性

  首先测试一个NPN三极管C,B连接在一起，对于E之间的电压温度特性。 激励电流来自于5V电源通过10k欧姆电阻提供。 这是仿真所得到的结果， 温度从 -50摄氏度 变化到 150 摄氏度， 对应的电压几乎是线性下降。  将三极管集电极与基极断开，  只测试 B-E 之间的PN届电压温度变化，  这是仿真的结果， 电压略比 B，C相连时低一些。 下面将三极管替换成普通的整流二极管，  对应PN结电压随着温度上升也是下降， 它对应的电压似乎更小一些。 这是将三种情况测量得到的电压绘制在一起， 可以看到对应的 PN 结电压随着温度都是下降， 只是在同样的偏置电流下， 对应的电压大小 有区别。

▲ 图1.1.2 三种情况下对应的PN结电压随着温度变化的情况

三、温度补偿

  下面利用反馈机制来提高参考电压的稳定性。 温度对于Q1 的 BE 的 PN 结产生影响， 会引起 Q2 基极电压的变压， 流过R1的电流会随之改变， 这个变化将会引起Q3 集电极电流产生变化， Q3, Q4 组成电流源， 使得变化的电流作用在R2上，  最终使得A电的电压保持稳定。 下面看一下仿真的结果。

  下面给出了电路仿真结果， 分别对R1的阻值， 取29， 29.5， 30 欧姆进行测试。 可以看到这个电阻对于电压变化影响还是很大的。 其中当 R1 取 29.5时， 对应的温度稳定性最好。

▲ 图1.2.1 仿真结果

  下面修改一下电路的工作电压， 上面的测试中， 使用的是3V电压。 现在将工作电压 提高到5V。  这是R1 分别选择为45， 46， 47欧姆情况下， 温度对于电压的影响。 可以看到在R1等于46欧姆的时候，温度对参考电压的影响不超过4毫伏。

▲ 图1.2.2 工作电压等于5V时温度的影响
  最后剩下一个问题， 实验中的数据与原来给的Demo中的曲线不一样。  猜测是晶体管型号和参数不同 引起的， 比如这里将实验所使用的晶体管的型号进行了调整， 所获得的的实验曲线与前面就发生了很大的改变。

▲ 图1.2.3 改变实验中晶体管参数， R1=45时仿真结果

 

※ 总  结 ※

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  本文对于一种带隙参考电源电路进行了仿真实验。 电路中的参数对于电路的稳定性影响比较大。

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● 相关图表链接:

• 图1.1.1 四种带隙参考电压电路
• 图1.1.2 三种情况下对应的PN结电压随着温度变化的情况
• 图1.2.1 仿真结果
• 图1.2.2 工作电压等于5V时温度的影响
• 图1.2.3 改变实验中晶体管参数， R1=45时仿真结果