基準電壓源

基準電壓源

基準電壓源是當代模擬集成電路極為重要的組成部分,它為串聯型穩壓電路、A/D和D/A轉化器提供基準電壓,也是大多數感測器的穩壓供電電源或激勵源。另外,基準電壓源也可作為標準電池、儀器表頭的刻度標準和精密電流源。

基本定義


幾乎在所有先進的電子產品中都可以找到電壓基準源,它們可能是獨立的、也可能集成在具有更多功能的器件中。例如:在數據轉換器中,基準源提供了一個絕對電壓,與輸入電壓進行比較以確定適當的數字輸出。在電壓調節器中,基準源提供了一個已知的電壓值,用它與輸出作比較,得到一個用於調節輸出電壓的反饋。在電壓檢測器中,基準源被當作一個設置觸發點的門限。

理想電壓源


理想的電壓基準源應該具有完美的初始精度,並且在負載電流、溫度和時間變化時電壓保持穩定不變。實際應用中,設計人員必須在初始電壓精度、電壓溫漂、遲滯以及供出/吸入電流的能力、靜態電流(即功率消耗)、長期穩定性、雜訊和成本等指標中進行權衡與折衷。

主要類型


兩種常見的基準源是齊納和帶隙基準源。齊納基準源通常採用兩端並聯拓撲;帶隙基準源通常採用三端串連拓

實現方式


1.電阻分壓:
只能作為放大器的偏置電壓或提供放大器的工作電流。這主要是由於其自身沒有穩壓作用,故輸出電壓的穩定性完全依賴於電源電壓的穩定性。
2.普通正向二極體
不依賴於電源電壓的恆定基準電壓,但其電壓的穩定性並不高,且溫度係數是負的,約為-2mV/℃
3.齊納二極體
可克服正向二極體作為基準電壓的一些缺點,但其溫度係數是正的,約為+2mV/℃
4.溫度補償性齊納二極體
體積小、重量輕、結構簡單便於集成;但存在雜訊大、負荷能力弱、穩定性差以及基準電壓較高、可調性較差等缺點。這種基準電壓源不適用於攜帶型和電池供電的場合。
5.帶隙基準源(採用CMOS,TTL等技術實現)
運用半導體集成電路技術製成的基準電壓源種類較多,如深埋層穩壓管集成基準源、雙極型晶體管集成帶隙基準源、CMOS集成帶隙基準源等。“帶隙基準源”是七十年代初出現的一種新型器件,它的問世使基準器件的指標得到了新的飛躍。
由於帶隙基準源具有高精度、低雜訊、優點,因而廣泛應用於電壓調整器、數據轉換器(A/D, D/A)、集成感測器、大器等,以及單獨作為精密的電壓基準件,低溫漂等許多微功耗運算放。

總結概述


任何系統設計的難點都在於在成本、體積、精確度、功耗等諸多因素的平衡與折衷。為具體設計選擇最佳基準源時需要考慮所有相關參數。有趣的是,很多時候選用較貴的元件反而使系統的整體成本更低,因為它可以降低製造過程中補償和校準的花銷。