齊納二極管調(diào)整器設(shè)計(jì)

IC參考很受電路設(shè)計(jì)者的歡迎，因?yàn)樗鼈儾粌H精確而且飄移很小。在我今后的一些專欄文章中，將陸續(xù)討論三種IC參考：埋入式齊納二極管、帶隙及XFET。當(dāng)您用齊納二極管進(jìn)行參考設(shè)計(jì)時(shí)，由于齊納二極管相對(duì)較簡(jiǎn)單，因此可用它來(lái)演示設(shè)計(jì)過(guò)程，而使用中的問(wèn)題會(huì)讓您慶幸有IC參考。電路指標(biāo)為：V_CC=30V±10%、8.445 V_REF 9.555、ΔV_REF 200 mV、100 kΩ R_LOAD 200 kΩ及0°C T_A 80°C。

第一次試用可選擇一個(gè)9.1V的1N757齊納二極管。請(qǐng)注意，最大溫度系數(shù)為6 mV/°C，齊納二極管電壓容差為±5%。計(jì)算出的參考電壓等于最大指標(biāo)：V_REF=(1.05)(9.1)=9.555V，但溫飄為ΔV_REF=(80-25)(6 mV)=0.330V，超過(guò)了最大溫飄電壓指標(biāo)。

將一個(gè)信號(hào)二極管與一個(gè)1N756 8.2V齊納二極管串聯(lián)，這樣信號(hào)二極管的負(fù)溫度系數(shù)即可部分抵消齊納二極管的正溫度系數(shù)（圖1）。二極管的溫度系數(shù)為 -2.1至-2.3 mV/°C，而8.2V齊納二極管的溫度系數(shù)則為5.4 mV/°C，因此組合最大溫度系數(shù)為3.3 mV/°C。在這種情況下，ΔV_REF=181.5 mV，滿足指標(biāo)，但最小參考電壓V_REF=(0.95)(8.2)+0.5=8.29V，小于規(guī)定的8.445V極限值。

由于其他齊納特征（例如齊納阻抗及偏置電流等）會(huì)影響ΔV_REF，因此此分析并不完整。現(xiàn)在不應(yīng)該再使用一個(gè)純粹的齊納二極管，而是應(yīng)該使用一個(gè)溫度補(bǔ)償齊納二極管。1N935擁有9.075V的齊納電壓與5%的容差以及2 mV/°C的溫度系數(shù)；而I_Z=7.5 mA時(shí)的齊納阻抗為20Ω，其中I_Z為齊納測(cè)試電流。電壓參考為8.62 V_REF 9.53?？焖儆?jì)算一下溫度系數(shù)的誤差可得到電壓變化的最大值ΔV_REF1=110 mV。到目前為止，參數(shù)都很不錯(cuò)，但您需要進(jìn)行進(jìn)一步的計(jì)算以獲得完整的圖象。

計(jì)算R_BIAS，得R_BIAS=(V_CC-V_REF)/I_Z=(30-9)/7.5=2885Ω，取R_BIAS=2800Ω±2%。（圖1中的溫度補(bǔ)償齊納管包括了二極管。）由于存在電源和電阻公差，因此I_Z的變化范圍從[(30)(0.9)-9.53-0.11]/2.8(1.02)=6.07 mA到 [(30)(1.1)-8.62-0.05]/2.8(0.98)=8.86 mA。負(fù)載電阻的改變使I_Z變化大約90 μA，可忽略不計(jì)。溫度補(bǔ)償齊納管的電流改變對(duì)應(yīng)于大約±5Ω的齊納阻抗變化（參考文獻(xiàn)1），但ΔV_REF只變化了大約 ±37.5 mV。您還應(yīng)該考慮齊納電壓的變化。由于I_Z的漂移，當(dāng)ΔVREF變化 ±50 mV時(shí)，齊納管的工作點(diǎn)發(fā)生了變化。此外，還需記住，直流電壓所包含的最大寬帶半導(dǎo)體噪聲為20 μV。

最終得到電壓參考變化為110+37.5+50=197.5 mV。有人會(huì)認(rèn)為這種分析不夠嚴(yán)密，的確如此，但這種分析可讓您對(duì)齊納參考的使用有一些了解。如果VCC低至12V，則齊納二極管就不能滿足指標(biāo)。R_LOAD較大時(shí)，負(fù)載阻抗變化不會(huì)影響設(shè)計(jì)計(jì)算。而小一點(diǎn)的2kΩ負(fù)載阻抗，變化1 kΩ時(shí)即會(huì)導(dǎo)致IZ的巨大變化，這就需要使用一個(gè)齊納二極管緩沖器。如果齊納二極管為電路的一部分，則您可以用激光來(lái)對(duì)R_LOAD進(jìn)行調(diào)整，這樣就沒(méi)有必要增加緩沖器。這種埋入式齊納二極管電壓參考方法似乎是一種建立電壓參考的較好方法。