CN116069111A - 一种高低温曲率补偿齐纳基准电压源电路 - Google Patents

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于圣武
夏云
张洪俞
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    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
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    • G05F1/565—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
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Abstract

本发明提供一种高低温曲率补偿齐纳基准电压源电路，应用于基准电压源技术领域，通过齐纳管Z的NP结的正温度系数和三极管一Q1基极、发射极之间的PN结电压的负温度系数相互抵消，形成一定曲率的低温漂齐纳基准，并通过高低温补偿，形成基准电压并输出信号VOUT。该高低温曲率补偿齐纳基准电压源电路，能够通过高低温曲率补偿，调节齐纳基准电压波形的形状，在环境温度及工作温度改变时，减小齐纳基准电压的波动。

Description

一种高低温曲率补偿齐纳基准电压源电路
技术领域
本发明属于基准电压源技术领域，具体涉及一种高低温曲率补偿齐纳基准电压源电路。
背景技术
数控基准电压源是当代模拟集成电路极为重要的组成部分，它为串联型稳压电路、A/D和D/A转化器提供基准电压，也是大多数传感器的稳压供电电源或激励源。
集成电路系统中经常需要使用精密基准电压源电路，基准电压源的精度决定了系统输出电压的精度。然而，电源系统多由功率器件组成，工作时不可避免会发热，有时电源系统还需能够在冬季室外低温环境下良好工作，这就要求精密基准电压源具有良好的温度系数。
传统一阶零温度系数基准的温度曲线，在全温度范围内大多呈抛物线形，有时并不能满足实际要求，这就需要设计一种高低温曲率补偿齐纳基准电路进行曲率校正。
发明内容
鉴于现有技术中存在上述问题，本发明的目的是提供一种高低温曲率补偿齐纳基准电压源电路，能够通过高低温曲率补偿，调节齐纳基准电压波形的形状，在环境温度及工作温度改变时，减小齐纳基准电压的波动。
一种高低温曲率补偿齐纳基准电压源电路，通过齐纳管Z的NP结的正温度系数和三极管一Q1基极、发射极之间的PN结电压的负温度系数相互抵消，形成一定曲率的低温漂齐纳基准，并通过高低温补偿，形成基准电压并输出信号VOUT；
所述电路包括电压源VCC、齐纳管Z和电流源一I1，所述电压源VCC、电流源一I1和齐纳管Z依次串联形成一个闭合回路，所述电压源VCC的负极接地；
所述齐纳管Z的两端并联有依次串联的电阻一R1、电阻二R2、电阻三R3、电阻四R4和电阻五R5；
所述电路还包括三极管一Q1，所述三极管一Q1的基极连接于电阻四R4、电阻五R5之间的电路上，集电极连接于电阻二R2、电阻三R3之间的电路上，发射极接地；
所述电路还包括集电极相互连接的三极管二Q2、三极管三Q3，所述三极管二Q2的基极连接于电阻三R3、电阻四R4之间的电路上，发射极连接有电阻六R6，所述三极管三Q3的基极连接有参考电压源VREF，发射极连接有电阻七R7，所述电阻六R6、电阻七R7的另一端均与电阻八R8电性连接，所述电阻八R8、参考电压源VREF的另一端均接地。
为了满足该电路输入电压的需求，所述电压源VCC的电压大于7V。
所述参考电压源VREF的电压为1.25V。
本发明的有益效果是：该高低温曲率补偿齐纳基准电压源电路，利用三极管二Q2的基极电流IB2在低温时增加电阻二R2、电阻三R3的电流，提高低温段电压，实现对齐纳管Z负温度系数的曲率修正，并通过调整电阻六R6至电阻八R8之间的比例调整低温曲率补偿；利用三极管一Q1的集电极分流特性增加电阻二R2的电流，从而抬高基准高温段，实现对齐纳管Z正温度系数的曲率修正，并通过调整电阻二R2、电阻三R3的比例来调整高温曲率补偿。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的电路图；
图2是现有技术中齐纳基准电压源温度特性的示意图；
图3是本发明齐纳基准电压源温度特性的示意图；
图4是本发明三极管二Q2基极电流IB2与温度关系的示意图；
图5是本发明三极管一Q1基极电流IB1与温度关系的示意图；
图6是本发明三极管一Q1集电极电流IC1与温度关系的示意图。
具体实施方式
如图2所示，现有技术中未加入高低温曲率补偿的基准电压的输出曲线在全温度范围内呈抛物线状，在低温段呈正温度系数，高温段呈负温度系数，波动较大。
实施例一
如图1、图3至图6所示，一种高低温曲率补偿齐纳基准电压源电路，通过齐纳管Z的NP结的正温度系数和三极管一Q1基极、发射极之间的PN结电压的负温度系数相互抵消，形成一定曲率的低温漂齐纳基准，并通过高低温补偿，形成基准电压并输出信号VOUT。
该高低温曲率补偿齐纳基准电压源电路的工作原理分析如下：
电压源VCC供电后，构成电流镜的电流源一I1、电流源二I2使整个电路正常启动工作，忽略曲率补偿后，齐纳基准电压VZREF的计算公式为：
Figure BDA0004107222520000031
其中，VZENER为齐纳管Z的开启电压阈值，是正温度系数，VBE1为三极管一Q1的基极、发射极之间的电压差，是负温度系数，通过调整公式(1)中电阻的比例即可将正温度系数和负温度系数相互抵消得到超低温漂基准电压VZREF，即如图1所示的输出信号VOUT。
如图4所示，当VB2>VREF时，即
Figure BDA0004107222520000032
时，三极管二Q2导通，三极管二Q2的基极电流IB2有电流产生，其中，VB2为三极管二Q2的基极电压，VBE1≈VBE2≈VBE3＝VBE，VBE为NPN三极管Q基极和发射极之间的电压差。
由于处于低温时，VBE变大会导致IB2变大，而VREF不变，又因IB2＝C2/2,β2为三极管二Q2的放大倍数，且
Figure BDA0004107222520000033
因此，利用VBE的负温度系数，调整公式(2)中的电阻参数和电流源二I2参数，使电阻七R7、电阻六R6、电流源二I2、电阻八R8决定低温时三极管二Q2的基极电流IB2的启动温度点，可以使三极管二Q2的基极电流IB2启动分流将低温补偿做到最佳，此时，三极管二Q2的基极电流IB2在低温时增加了电阻三R3、电阻二R2的电流，抬高了低温段电压，进行了有效的低温补偿，同时，三极管一Q1的基极电流IB1也会随温度降低而进行有效补偿。
如图5所示，三极管一Q1的基极电流定义为IB1，放大倍数为β1，
则
Figure BDA0004107222520000041
三极管一Q1的放大倍数β1随温度升高而增大，调试公式(3)中的电阻比例可以达到相应的高温曲率补偿效果。
如图6所示，利用三极管一Q1的集电极分流特性增加电阻二R2的电流，从而抬高基准高温段，实现对齐纳管Z正温度系数的曲率修正，三极管一Q1的集电极电流为IC1，具体的，IC1的计算公式为：
Figure BDA0004107222520000042
该高低温曲率补偿齐纳基准电压源电路，基准电压在-40至150℃的温度范围内的变化只有0.155mV左右，达到了超低温漂0.189ppm/℃的标准，其中，电阻均选用低温度系数的薄膜电阻，齐纳管选用隐埋层齐纳管时，效果更佳。
如图1所示，具体的，电路包括电压源VCC、齐纳管Z和电流源一I1，所述电压源VCC、电流源一I1和齐纳管Z依次串联形成一个闭合回路，所述电压源VCC的负极接地，其中，电压源VCC的电压需要大于7V。
所述齐纳管Z的两端并联有依次串联的电阻一R1、电阻二R2、电阻三R3、电阻四R4和电阻五R5；
所述电路还包括三极管一Q1，所述三极管一Q1的基极连接于电阻四R4、电阻五R5之间的电路上，集电极连接于电阻二R2、电阻三R3之间的电路上，发射极接地；
所述电路还包括集电极相互连接的三极管二Q2、三极管三Q3，所述三极管二Q2的基极连接于电阻三R3、电阻四R4之间的电路上，发射极连接有电阻六R6，所述三极管三Q3的基极连接有参考电压源VREF，发射极连接有电阻七R7，所述电阻六R6、电阻七R7的另一端均与电阻八R8电性连接，所述电阻八R8、参考电压源VREF的另一端均接地，其中，参考电压源VREF的电压为1.25V，可通过在内部设计传统的1.25V带隙基准进行供电，也可外接1.25V的电压源进行供电。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种高低温曲率补偿齐纳基准电压源电路，其特征在于，通过齐纳管Z的NP结的正温度系数和三极管一Q1基极、发射极之间的PN结电压的负温度系数相互抵消，形成一定曲率的低温漂齐纳基准，并通过高低温补偿，形成基准电压并输出信号VOUT；
所述电路包括电压源VCC、齐纳管Z和电流源一I1，所述电压源VCC、电流源一I1和齐纳管Z依次串联形成一个闭合回路，所述电压源VCC的负极接地；
所述齐纳管Z的两端并联有依次串联的电阻一R1、电阻二R2、电阻三R3、电阻四R4和电阻五R5；
所述电路还包括三极管一Q1，所述三极管一Q1的基极连接于电阻四R4、电阻五R5之间的电路上，集电极连接于电阻二R2、电阻三R3之间的电路上，发射极接地；
所述电路还包括集电极相互连接的三极管二Q2、三极管三Q3，所述三极管二Q2的基极连接于电阻三R3、电阻四R4之间的电路上，发射极连接有电阻六R6，所述三极管三Q3的基极连接有参考电压源VREF，发射极连接有电阻七R7，所述电阻六R6、电阻七R7的另一端均与电阻八R8电性连接，所述电阻八R8、参考电压源VREF的另一端均接地。
2.根据权利要求1所述的高低温曲率补偿齐纳基准电压源电路，其特征在于，所述电压源VCC的电压大于7V。
3.根据权利要求1所述的高低温曲率补偿齐纳基准电压源电路，其特征在于，所述参考电压源VREF的电压为1.25V。
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