了解基準(zhǔn)電壓源：簡(jiǎn)單吸電流

如本基準(zhǔn)電壓源系列的前幾篇文章所述，使用運(yùn)算放大器反饋和基準(zhǔn)電壓源產(chǎn)生任意幅度的直流電流是一個(gè)簡(jiǎn)單明了的過程。到目前為止，我們已經(jīng)討論了幾種外部運(yùn)算放大器架構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)電流源和灌電流的單個(gè)或網(wǎng)絡(luò)。在本系列的最后一部分中，我們將討論一種利用基準(zhǔn)電壓源本身反饋的架構(gòu)。讓我們首先考慮基準(zhǔn)電壓源的符號(hào)及其實(shí)際功能框圖，如下圖1所示。

圖1：基準(zhǔn)電壓源及其功能框圖

我們借用了齊納二極管的符號(hào)，因?yàn)檫@本質(zhì)上是基準(zhǔn)電壓源的行為方式;然而，這種行為是通過巧妙的設(shè)計(jì)而不是簡(jiǎn)單的設(shè)備物理來實(shí)現(xiàn)的?？紤]在之前的帖子中使用的自參考（陰極參考連接）配置，如下圖2所示。

圖 2：基準(zhǔn)電壓典型操作

那么，關(guān)于這種設(shè)置，我們能說些什么呢？首先，我們可以大大簡(jiǎn)化和定義圖2中所有電流的情況，如公式1所示。

也就是說，我偏見是運(yùn)算放大器靜態(tài)電流的總和，IQ和發(fā)射極電流 i和，雙極結(jié)型晶體管 （BJT）。公式2進(jìn)一步簡(jiǎn)化了這一過程，承認(rèn)在正常工作期間，運(yùn)算放大器靜態(tài)電流與發(fā)射極電流相比可以忽略不計(jì)。

公式3和4定義了發(fā)射極電流，從基極-發(fā)射極結(jié)的二極管方程開始，假設(shè)正向偏置操作具有標(biāo)稱理想因數(shù)。

如上式4所示，必須存在一些基極-發(fā)射極電壓來維持IBIAS。這當(dāng)然意味著圖 2 中的 vref 和 VREF 之間存在非零差異;我們將通過公式5中的VREF和小擾動(dòng)電壓εv來解釋這一點(diǎn)。

我們現(xiàn)在可以定義ε在基極-發(fā)射極電壓和運(yùn)算放大器增益如公式6和7所示。

顯然，在理想運(yùn)算放大器情況下，εv 降至零;但是，讓我們考慮一些非常保守的價(jià)值觀。下面的公式8求解了公式7，假設(shè)維持IBIAS所需的vBE為0.5V，運(yùn)算放大器的增益為平庸的104。

對(duì)于1.25V基準(zhǔn)電壓源，這表示大約千分之四或40ppm的誤差，也就是說，這種誤差可以安全地視為可以忽略不計(jì)。

現(xiàn)在考慮一下當(dāng)我們?cè)黾虞斎腚妷簳r(shí)εv會(huì)發(fā)生什么，因此IBIAS;具體來說，假設(shè)我們從某個(gè)任意工作點(diǎn)將IBIAS加倍，如公式9和10所示。

支持IBIAS翻倍所需的VBE變化現(xiàn)在可以通過將公式10除以公式9并簡(jiǎn)化公式11至13中的項(xiàng)來得出。

最后，我們可以推導(dǎo)出支持加倍IBIAS所需的εv變化方程，如公式14和15所示。

將室溫值代入熱電壓VT，并（再次）假設(shè)平庸的運(yùn)算放大器增益為104，我們可以求解公式15，得到使IBIAS加倍所需的Δεv保守值，得到下面的公式16。

在這種情況下，每次IBIAS加倍時(shí)，vref處的電壓僅增加1.792μV。正是這種運(yùn)算放大器增益與基極-發(fā)射極二極管的指數(shù)IV特性的倍增，模擬了齊納擊穿行為。

以不同的方式連接基準(zhǔn)電壓源，我們可以利用其內(nèi)部運(yùn)算放大器來產(chǎn)生一個(gè)簡(jiǎn)單的吸電流，如下圖3所示。

圖 3：簡(jiǎn)單基準(zhǔn)電壓源衍生吸電流

為了直觀地了解這里發(fā)生的情況，請(qǐng)考慮插入的功能圖來代替符號(hào)，如下面的圖 4 所示。

圖 4：簡(jiǎn)單的吸電流功能圖

請(qǐng)注意，VIN、RBIAS和BJT電路實(shí)質(zhì)上充當(dāng)運(yùn)算放大器的反相輸出級(jí)。因此，我們可以將總組合折疊成一個(gè)新的運(yùn)算放大器符號(hào)，具有新的增益、AT和反向輸入極性，如圖5所示。

圖5：簡(jiǎn)單的吸電流功能圖和等效電路

因此，我們得出了本系列第一篇文章中討論的相同吸電流電路。

審核編輯：郭婷