一種帶隙基準(zhǔn)電路的核心電路圖

這里只做簡(jiǎn)單介紹，未給出詳細(xì)推導(dǎo)，感興趣的同學(xué)可以查閱半導(dǎo)體器件物理相關(guān)書(shū)籍，以下內(nèi)容參考書(shū)籍：PRECISION TEMPERATURE SENSORS IN CMOS TECHNOLOGY.

IC和VBE帶來(lái)的非理想效應(yīng)

正溫度系數(shù)電壓的推導(dǎo)依賴BJT集電極電流??和??電壓公式，這里把公式重寫(xiě)如下：? 假設(shè)兩個(gè)同樣的BJT，偏置電流分別為??和??，那么，兩個(gè)BJT的??差值為： 但是，BJT集電極電流??和??電壓公式更準(zhǔn)確的表達(dá)應(yīng)為：? 利用上述修正之后的公式計(jì)算，可以得到：? 即： 從上式可以看出，電路設(shè)計(jì)時(shí)要保證??遠(yuǎn)大于??，才能得到較理想的正溫度系數(shù)電壓，而且因?yàn)??是正溫度系數(shù)電流，所以當(dāng)電路需要工作在較高溫度時(shí)，這一點(diǎn)需要更加注意。 ?

但是在電路設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該注意不能將集電極電流取得過(guò)大，否則器件會(huì)產(chǎn)生自發(fā)熱效應(yīng)，同時(shí)串聯(lián)電阻也有可能導(dǎo)致較大的壓降，降低輸出電壓的準(zhǔn)確度。

另外，如果集電極電流較大，基極電流中少數(shù)載流子的影響就不能忽略，此時(shí)BJT工作在高注入?yún)^(qū)，集電極電流??正比于??，這種工作區(qū)域的I-V曲線如下：

(a)VBC為0時(shí)集電極電流和基極電流與VBE的關(guān)系 (b)電流放大倍數(shù)與集電極電流的關(guān)系 一般不用diode產(chǎn)生PTAP電流的原因在于：復(fù)合電流有溫度系數(shù)，而且這個(gè)溫度系數(shù)與擴(kuò)散電流的不一致，當(dāng)然在BJT中也存在復(fù)合電流，只是BJT的發(fā)射極電流中復(fù)合電流大部分由基極提供，而與集電極電流無(wú)關(guān)。因此，在電流比較小時(shí)，雖然流??正比于??，但是集電極電流??不受影響。 ? 總之，在??比??大得多，且又不至于讓BJT進(jìn)入高注入?yún)^(qū)的時(shí)候，雙極晶體管的??特性可以用于產(chǎn)生PTAT電壓。 IE和VBE帶來(lái)的非理想效應(yīng) 一種BJT偏置方式 上圖是在帶隙基準(zhǔn)中，常見(jiàn)的BJT偏置電路，可以看到，在電路中，通過(guò)對(duì)BJT的發(fā)射極施加固定偏置電流，得到基極-發(fā)射極電壓??，即：上面偏置電路得到的是發(fā)射極電流??與??的關(guān)系。 ? 但是在推導(dǎo)電流-電壓公式時(shí)，使用的是集電極電流??與??的關(guān)系： 可以看到，實(shí)際電路和公式推導(dǎo)推導(dǎo)中存在一個(gè)誤差，即： 假設(shè)，BJT的共射級(jí)電流放大倍數(shù)為??,那么，可以得到： 將上式代入??的表達(dá)式，可以的到： 根據(jù)上面的推導(dǎo)，可以得到： 上面就是由??和??的關(guān)系式以及電路設(shè)計(jì)中BJT偏置方式給正溫度系數(shù)電壓帶來(lái)的影響，從公式可以看到，如果使用的BJT共發(fā)射級(jí)電流放大倍數(shù)足夠高，那么這個(gè)影響基本可以忽略。 理論上在實(shí)際電路設(shè)計(jì)時(shí)，可以通過(guò)一個(gè)基極電阻消除該效應(yīng)，以下是一種能夠消除??不足給電路帶來(lái)影響的電路。

一種帶隙基準(zhǔn)電路的核心電路 上圖中，??，通過(guò)在??的基極添加一個(gè)阻值為??的電阻，可以消除??對(duì)??帶來(lái)的影響，推導(dǎo)如下： 可以得到偏置電流為： 代入??的表達(dá)式： 可見(jiàn)，??的結(jié)果中已經(jīng)不包含與??有關(guān)的項(xiàng)，所以由此得到的正溫度系數(shù)電壓不再與??有關(guān)系，但是實(shí)際上BJT的基極電阻會(huì)給補(bǔ)償帶來(lái)一定誤差，并不能完全消除??的影響。

? 編輯：黃飛

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