適用于寬電源電壓幅度的高精度雙極帶隙基準電路

　　由式（8）可以看出，當溫度降低時(shí)，此電路通過(guò)負反饋可以使得輸出基準電壓保持穩定。 同理，當溫度升高時(shí)，此電路通過(guò)負反饋也能使得輸出基準電壓保持穩定。

　　設計該電路中運放輸入差分對的兩個(gè)晶體管發(fā)射結面積不對稱(chēng)，A10＝6A11，則反向飽和電流的關(guān)系為IBES10＝6IBES11。當IE10＝IE11時(shí)，電路處于平衡狀態(tài)。C1、C2用于相位補償。由晶體管的原理可知：

　　因此，為獲得平衡狀態(tài)，由以上條件可得：

　　由于基準源中的電阻網(wǎng)絡(luò )與運放形成負反饋，運放的差分輸入電壓（V- -V+ ）由輸出電壓VREF的反饋網(wǎng)絡(luò )決定。即平衡狀態(tài)下，電阻R2兩端的電壓為VTLn6，故有：

　　比較（1）和（8）可知：

　　K=23.06，跟理論值非常接近，其偏差是由于計算時(shí)沒(méi)有考慮電阻的非線(xiàn)性溫度系數所致。

　　在實(shí)際電路中，為了提高基準電壓的精確度，還對電阻R2和R3用調節腳進(jìn)行調節。這樣，即使實(shí)際工藝有一定偏差，也可以在一定范圍內對基準電壓進(jìn)行調節。

　　仿真與分析

　　仿真結果

　　通過(guò)以上分析，初步確定此電路的器件尺寸，并給定電路的工作條件為：溫度范圍：--25°C~75°C；電源電壓范圍：4.5V~14.5V。

　　在TT-Model下采用HSpice仿真軟件，基于Samsung BipolarP rocess BCH4仿真模型。對電源工作電壓在10V范圍內進(jìn)行直流掃描，得基準電壓曲線(xiàn)如圖4所示。

　　圖4 基準電壓（VREF）電源抑制特性曲線(xiàn)

　　對溫度在100°C范圍內進(jìn)行直流掃描，得基準電壓曲線(xiàn)如圖5所示。

　　圖5 基準電壓（VREF）的溫度特性曲線(xiàn)

　　分析結論

　　帶隙基準電壓在溫度、電源電壓變化時(shí)的數據如表1所示。從以上的仿真結果與表1中的數據中可以得到以下結論：

　　表1 VREF隨溫度、電源電壓變化數據表

　　1）此帶隙基準電路輸出電壓溫度系數為：

　　在實(shí)際電路中由于工藝及運放失調等因素的影響，溫度系數實(shí)際值會(huì )增大一些。

　　2）此帶隙基準電路工作在寬電源電壓范圍內，其電源抑制特性表現為：

　　直流電源抑制比：

　　為了說(shuō)明本文所設計的雙極帶隙基準電路的特點(diǎn)，將其與國際上經(jīng)典電路之主要指標進(jìn)行比較，結果如表2所示，顯然，具有明顯的優(yōu)勢和工程應用價(jià)值。

　　表2 與國際上經(jīng)典電路之比較結果

　　結束語(yǔ)

　　本文作者所設計的雙極帶隙基準電路，通過(guò)改變負反饋運算放大器的性能，從而使基準電壓的溫度系數達到了2.28×10-6 ppm/°C的高精度，并且在△V=10V寬電源電壓幅度范圍作用下，使其具有1.2mV/V的電源抑制特性和79dB的直流電源抑制比PSRR?；谝陨闲阅軆?yōu)點(diǎn)，使得該基準電路可以廣泛應用在溫度變化范圍大、工作電壓幅度寬的Bipolar/BiCOMS型集成電路設計中。