CN114063696A - 基于齐纳二级管的电压基准源与电子设备 - Google Patents

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    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
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    • G05F1/567—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor for temperature compensation

Abstract

本发明公开了一种基于齐纳二级管的电压基准源与电子设备，包括：齐纳二级管、第一电流源、第二电流源以及第一电阻；齐纳二级管具有正温度系数；第二电流源具有正温度系数；齐纳二级管的正极接地；第二电流源的出口端也接地；第二电流源的进口端与第一电阻的第一端相连；第二电流源与第一电阻的第一端的节点为基准电压输出端或连接至基准电压输出端；第一电流源的出口端与齐纳二级管的负极相连，第一电流源与齐纳二级管之间的节点还与第一电阻的第二端相连。通过本发明，可以解决齐纳二级管产生的电压源温度系数较大的问题。

Description

基于齐纳二级管的电压基准源与电子设备
技术领域
本发明涉及电压基准源技术领域，尤其涉及一种基于齐纳二级管的电压基准源与电子设备。
背景技术
电压基准源，可理解为用于提供一个已知电压值的电路模块，其应用十分广泛，在电压基准源的一种实现方式中，可采用齐纳二极管提供电压，齐纳二极管两端的电压不随流经它的电流变化，而且长期稳定性好。利用这一特性，齐纳二极管可以用来做电压基准。
但是齐纳二极管的电压有温度系数，及它的端电压随温度变化而变化。带正温度系数的齐纳二极管的电压随温度升高而升高，带负温度系数的齐纳二极管的电压随温度升高而降低。
可见，现有技术中，齐纳二级管产生的电压源温度系数较大，难以保障所提供电压的稳定性与准确性。
发明内容
本发明提供一种基于齐纳二级管的电压基准源与电子设备，以解决齐纳二级管产生的电压源温度系数较大的问题。
根据本发明的第一方面，提供一种基于齐纳二级管的电压基准源，其包括：齐纳二级管、第一电流源、第二电流源以及第一电阻；其中，
所述齐纳二级管具有正温度系数；
所述第二电流源具有正温度系数；
所述齐纳二级管的正极接地；所述第二电流源的出口端也接地；
所述第二电流源的进口端与所述第一电阻的第一端相连；所述第二电流源与所述第一电阻之间的节点为基准电压输出端或连接至所述基准电压输出端；
所述第一电流源的出口端与所述齐纳二级管的负极相连，所述第一电流源与所述齐纳二级管之间的节点还与所述第一电阻的第二端相连。
较佳地，还包括：第二电阻；所述第二电阻的第一端接地，所述第二电阻的第二端与所述第一电阻的第一端相连。
较佳地，还包括：电压跟随器；
所述第二电流源与所述第一电阻之间的节点与所述电压跟随器的一个输入端相连，所述电压跟随器的输出端为所述基准电压输出端或连接至所述基准电压输出端。
较佳地，还包括：放大器；
所述放大器包括：运放、第三电阻以及第四电阻；
所述第二电流源与所述第一电阻之间的节点与所述运放的同相输入端相连，所述第四电阻的第一端与运放的反相输入端相连，所述第四电阻的第二端接地；
所述第四电阻与所述运放之间的节点与所述第三电阻的第一端相连，所述第三电阻的第二端与所述运放的输出端相连；
所述运放与所述第三电阻之间的节点为所述基准电压输出端或连接至所述基准电压输出端。
根据本发明的第二方面，还提供一种基于齐纳二级管的电压基准源，其包括：齐纳二级管、第一电流源、第二电流源、第一电阻以及第二电阻；其中，
所述齐纳二级管具有负温度系数；
所述第二电流源具有正温度系数；
所述齐纳二级管的正极接地；所述第二电阻的第一端也接地；
所述第二电阻的第二端与所述第一电阻的第一端相连；所述第二电阻与所述第一电阻之间的节点还与所述第二电流源的出口端相连；所述第一电阻与所述第二电流源之间的节点为基准电压输出端或连接至所述基准电压输出端；
所述第一电流源的出口端与所述齐纳二级管的负极相连；所述第一电流源与所述齐纳二级管之间的节点还与所述第一电阻的第二端相连。
较佳地，还包括：电压跟随器；
所述第二电流源与所述第一电阻之间的节点与所述电压跟随器的同相输入端相连，所述电压跟随器的反相输入端接地，所述电压跟随器的输出端为所述基准电压输出端或连接至所述基准电压输出端。
较佳地，还包括：放大器；
所述放大器包括：运放、第三电阻以及第四电阻；
所述第二电流源与所述第一电阻之间的节点与所述运放的同相输入端相连，所述第四电阻的第一端与运放的反相输入端相连，所述第四电阻的第二端接地；
所述第四电阻与所述运放之间的节点与所述第三电阻的第一端相连，所述第三电阻的第二端与所述运放的输出端相连；
所述运放与所述第三电阻之间的节点为所述基准电压输出端或连接至所述基准电压输出端。
根据本发明的第二方面，提供了一种电子设备，包括第一方面及其可选方案涉及的基于齐纳二级管的电压基准源。
本发明提供的基于齐纳二级管的电压基准源与电子设备，对于带正温度系数的齐纳二级管，通过第一电流源、带正温度系数的第二电流源以及第一电阻的配合，通过调整第一电阻以及第二电流源的值，可以抵消齐纳二级管的正温度系数。
本发明提供的基于齐纳二级管的电压基准源与电子设备，对于带负温度系数的齐纳二级管，通过第一电流源、带正温度系数的第二电流源、第一电阻以及第二电阻的配合，通过调整第一电阻、第二电阻以及第二电流源的值，可以抵消齐纳二级管的负温度系数，实现了温度补偿，保障了电压基准源所提供基准电压的稳定性与准确性。
本发明的一可选方案中，通过在基准电压输出端增加电压跟随器，可以增加电路的驱动能力。
本发明的一可选方案中，通过在基准电压输出端增加放大器，既可以提高电路的驱动能力，还可以通过调整放大器中第三电阻、第四电阻的值来调节基准电压的值，提高了基准电压的灵活性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例的基于齐纳二级管的电压基准源的电路图；
图2为本发明一较佳实施例的基于齐纳二级管的电压基准源的电路图；
图3为本发明另一较佳实施例的基于齐纳二级管的电压基准源的电路图；
图4为本发明另一较佳实施例的基于齐纳二级管的电压基准源的电路图；
图5为本发明另一实施例的基于齐纳二级管的电压基准源的电路图；
图6为本发明另一较佳实施例的基于齐纳二级管的电压基准源的电路图；
图7为本发明另一较佳实施例的基于齐纳二级管的电压基准源的电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明说明书的描述中，需要理解的是，术语“上部”、“下部”、“上端”、“下端”、“下表面”、“上表面”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明说明书的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
在本发明的描述中，“多个”的含义是多个，例如两个，三个，四个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明说明书的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
一实施例中，提供一种基于齐纳二级管的电压基准源，其包括：齐纳二级管Z1、第一电流源l1、第二电流源l2以及第一电阻R1，请参考图1。其中，齐纳二级管Z1具有正温度系数；第二电流源l2具有正温度系数。
其中：齐纳二极管的正温度系数，指齐纳二极管的电压随温度升高而增大，随温度下降而减小；电流源的正温度系数，指电流源的电流随温度升高而增大，随温度下降而减小，反之，齐纳二极管的负温度系数，指齐纳二极管的电压随温度升高而减小，随温度下降而增大；电流源的负温度系数，指电流源的电流随温度升高而减小，随温度下降而增大。
齐纳二级管Z1的正极接地；第二电流源l2的出口端也接地；第二电流源l2的进口端与第一电阻R1的第一端相连；第二电流源l2与第一电阻R1之间的节点为基准电压输出端VREF或连接至基准电压输出端VREF。第一电流源l1的出口端与齐纳二级管Z1的负极相连，第一电流源l1与齐纳二级管Z1之间的节点还与第一电阻R1的第二端相连。
图1所示电路中，基准电压VREF为：
Vref＝Vz-I2×R1
其中，Vz是齐纳二极管的电压。由于I2是正温度系数的电流源，只要调整电阻R1或I2的值，就能正好抵消Vz的正温度系数。
较佳实施例中，还包括：第二电阻R2；第二电阻R2的第一端接地，第二电阻R2的第二端与第一电阻R1的第一端相连，请参考图2。该电路中，基准电压VREF为：
Figure BDA0003339561930000051
其中，Vz是齐纳二极管的电压。由于I2是正温度系数的电流源，只要调整电阻R1、R2或I2的值，就能正好抵消Vz的正温度系数。
相较于图1所示电路，通过第二电阻R2的引入，可实现基准电压的更精细调整，以及更精细、多样方式的温度补偿。
较佳实施例中，还包括：电压跟随器，所述第二电流源与所述第一电阻之间的节点与所述电压跟随器的一个输入端相连，所述电压跟随器的输出端为所述基准电压输出端或连接至所述基准电压输出端。
请参考图3，电压跟随器采用运放A1实现，其中，第二电流源l2与第一电阻R1之间的节点与运放A1的同相输入端相连，运放A1的反相输入端接地，运放A1的输出端为基准电压输出端VREF或连接至基准电压输出端VREF，同时，为实现电压跟随的效果，运放A1的输出端还可直接或间接连接于反相输入端。其中，通过电压跟随器，可以增加电路的驱动能力。该电路中，基准电压VREF依旧为：
Figure BDA0003339561930000061
图3所示举例中，电压跟随器是基于运放1A实现的，其他举例中，电压跟随器也可基于晶体管或其他方式实现。
较佳实施例中，还包括：放大器；放大器包括：运放A2、第三电阻R3以及第四电阻R4，请参考图4。第二电流源l2与第一电阻R1之间的节点与运放A2的同相输入端相连，第四电阻R4的第一端与运放A2的反相输入端相连，第四电阻R4的第二端接地。第四电阻R4与运放A2之间的节点与第三电阻R3的第一端相连，第三电阻R3的第二端与运放A的输出端相连；运放A2与第三电阻R3之间的节点为基准电压输出端VREF或连接至基准电压输出端VREF。该电路中，基准电压VREF为：
Figure BDA0003339561930000062
通过增加放大器，既可以提高电路的驱动能力，又可以通过选择R3、R4来调节VREF的值。
一实施例中，提供一种基于齐纳二级管的电压基准源，其包括：齐纳二级管Z1、第一电流源11、第二电流源l2、第一电阻R1以及第二电阻R2，请参考图5。其中，齐纳二级管Z1具有负温度系数；第二电流源l2具有正温度系数；齐纳二级管Z1的正极接地；第二电阻R2的第一端也接地。第二电阻R2的第二端与第一电阻R1的第一端相连；第二电阻R2与第一电阻R1之间的节点还与第二电流源l2的出口端相连；第一电阻R1与第二电流源l2之间的节点为基准电压输出端VREF或连接至基准电压输出端VREF。第一电流源l1的出口端与齐纳二级管Z1的负极相连；第一电流源11与齐纳二级管Z1之间的节点还与第一电阻R1的第二端相连。该电路中，基准电压VREF为：
Figure BDA0003339561930000071
其中，Vz是齐纳二极管的电压。由于I2是正温度系数的电流源，只要调整电阻R1、R2或I2的值，就能正好抵消Vz的负温度系数。较佳实施例中，还包括：电压跟随器，所述第二电流源与所述第一电阻之间的节点与所述电压跟随器的一个输入端相连，所述电压跟随器的输出端为所述基准电压输出端或连接至所述基准电压输出端。
请参考图6，电压跟随器采用运放A1实现，第二电流源l2与第一电阻R1之间的节点与运放A1的同相输入端相连，运放A1的反相输入端接地，运放A1的输出端为基准电压输出端VREF或连接至基准电压输出端VREF，该电路中，基准电压VREF依旧为：
Figure BDA0003339561930000072
图6所示举例中，电压跟随器A1是基于运放实现的，其他举例中，电压跟随器也可基于晶体管或其他方式实现。
较佳实施例中，还包括：放大器；放大器包括：运放A2、第三电阻R3以及第四电阻R4，请参考图7。其中，第二电流源l2与第一电阻R1之间的节点与运放A2的同相输入端相连，第四电阻R4的第一端与运放A2的反相输入端相连，第四电阻R4的第二端接地。第四电阻R4与运放A2之间的节点与第三电阻R3的第一端相连，第三电阻R3的第二端与运放A的输出端相连。运放A2与第三电阻R3之间的节点为基准电压输出端VREF或连接至基准电压输出端VREF。该电路中，基准电压VREF为：
Figure BDA0003339561930000073
通过增加放大器，既可以提高电路的驱动能力，又可以通过选择R3、R4来调节VREF的值。
此外，图中所示第二电流源I2、第一电流源I1的数量可以为一个，也可以为多个，各电阻的数量可以为一个，也可以为多个，数量、选型可基于需求而任意变化，且不论如何变化，均不影响本发明各实施例效果的实现。
本发明实施例还提供了一种电子设备，包括以上所涉及的电压基准源，不论利用电压基准源提供何种用途，均不脱离本发明实施例的范围。
在本说明书的描述中，参考术语“一种实施方式”、“一种实施例”、“具体实施过程”、“一种举例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种基于齐纳二级管的电压基准源，其特征在于，包括：齐纳二级管、第一电流源、第二电流源以及第一电阻；其中，
所述齐纳二级管具有正温度系数；
所述第二电流源具有正温度系数；
所述齐纳二级管的正极接地；所述第二电流源的出口端也接地；
所述第二电流源的进口端与所述第一电阻的第一端相连；所述第二电流源与所述第一电阻之间的节点为基准电压输出端或连接至所述基准电压输出端；
所述第一电流源的出口端与所述齐纳二级管的负极相连，所述第一电流源与所述齐纳二级管之间的节点还与所述第一电阻的第二端相连。
2.根据权利要求1所述的基于齐纳二级管的电压基准源，其特征在于，还包括：第二电阻；所述第二电阻的第一端接地，所述第二电阻的第二端与所述第一电阻的第一端相连。
3.根据权利要求1或2所述的基于齐纳二级管的电压基准源，其特征在于，还包括：电压跟随器；
所述第二电流源与所述第一电阻之间的节点与所述电压跟随器的一个输入端相连，所述电压跟随器的输出端为所述基准电压输出端或连接至所述基准电压输出端。
4.根据权利要求1或2所述的基于齐纳二级管的电压基准源，其特征在于，还包括：放大器；
所述放大器包括：运放、第三电阻以及第四电阻；
所述第二电流源与所述第一电阻之间的节点与所述运放的同相输入端相连，所述第四电阻的第一端与所述运放的反相输入端相连，所述第四电阻的第二端接地；
所述第四电阻与所述运放之间的节点与所述第三电阻的第一端相连，所述第三电阻的第二端与所述运放的输出端相连；
所述运放与所述第三电阻之间的节点为所述基准电压输出端或连接至所述基准电压输出端。
5.一种基于齐纳二级管的电压基准源，其特征在于，包括：齐纳二级管、第一电流源、第二电流源、第一电阻以及第二电阻；其中，
所述齐纳二级管具有负温度系数；
所述第二电流源具有正温度系数；
所述齐纳二级管的正极接地；所述第二电阻的第一端也接地；
所述第二电阻的第二端与所述第一电阻的第一端相连；所述第二电阻与所述第一电阻之间的节点还与所述第二电流源的出口端相连；所述第一电阻与所述第二电流源之间的节点为基准电压输出端或连接至所述基准电压输出端；
所述第一电流源的出口端与所述齐纳二级管的负极相连；所述第一电流源与所述齐纳二级管之间的节点还与所述第一电阻的第二端相连。
6.根据权利要求5所述的基于齐纳二级管的电压基准源，其特征在于，还包括：电压跟随器；
所述第二电流源与所述第一电阻之间的节点与所述电压跟随器的一个输入端相连，所述电压跟随器的输出端为所述基准电压输出端或连接至所述基准电压输出端。
7.根据权利要求5所述的基于齐纳二级管的电压基准源，其特征在于，还包括：放大器；
所述放大器包括：运放、第三电阻以及第四电阻；
所述第二电流源与所述第一电阻之间的节点与所述运放的同相输入端相连，所述第四电阻的第一端与所述运放的反相输入端相连，所述第四电阻的第二端接地；
所述第四电阻与所述运放之间的节点与所述第三电阻的第一端相连，所述第三电阻的第二端与所述运放的输出端相连；
所述运放与所述第三电阻之间的节点为所述基准电压输出端或连接至所述基准电压输出端。
8.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1至7任一项所述的基于齐纳二级管的电压基准源。
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CN115220519A (zh) * 2022-08-11 2022-10-21 思瑞浦微电子科技（苏州）股份有限公司 基于齐纳二极管的温度补偿电路及方法
CN115220519B (zh) * 2022-08-11 2023-11-28 思瑞浦微电子科技（苏州）股份有限公司 基于齐纳二极管的温度补偿电路及方法

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