Схемотехника / Аналог / Аналоговая схемотехника
.pdf
4.4.Источник опорного напряжения, не зависящий от температуры
Всхеме на рис.4.12 используется транзистор Т1 в диодном включении с обратным смещением. Ток, протекающий через Т1, вызывает отрицательное смещение, поэтому Т1
работает как стабилитрон и падение
Рис.4.12. Схема ИОН с температурной компенсацией
напряжения на переходе эмиттер |
|
- база определяется пробивным напряжением |
||||||||
UБЭ пр = 6 - 7. Транзистор Т2 работает в НАР, а транзисторы Т3 и Т4 находятся в диодном |
||||||||||
включении: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
UЭ3 =UБЭ пр -UБЭ2 -UБЭ3; |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
UК4 = UБЭ4. |
|
|||
Для нахождения UВЫХ воспользуемся правилом деления напряжения и теоремой |
||||||||||
суперпозиции: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ì |
|
|
U |
ВЫХ |
-U |
БЭ |
|
|
||
ïIR2 |
= |
|
|
|
|
; |
|
|||
|
|
|
R2 |
|
|
|||||
ï |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
ï |
|
|
UБЭпр |
- 2×UБЭ -UВЫХ |
|
|||||
íIR1 |
= |
|
|
|
|
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
R1 |
|||||
ï |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
ïI |
R2 |
= I |
|
. |
|
|
|
|
||
ï |
|
|
|
R1 |
|
|
|
|
||
î |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
61
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Токи через Т2, Т3 и Т4 фактически равны, поскольку транзисторы являются
dUБЭ
интегральными и имеют одинаковую конструкцию. Следовательно, UБЭ и dТ будут приблизительно равными для этих транзисторов:
|
dUБЭ2 |
» dUБЭ3 |
» dUБЭ4 |
||
|
UБЭ2 » UБЭ3 » UБЭ4 ; dТ |
dТ |
dТ . |
||
Тогда |
|
|
|
|
|
UВЫХ = |
UБЭпр × R2 +UБЭ ×(R1 - 2× R2 ) |
= |
UБЭпр × R2 -UБЭ ×(2× R2 - R1 ) |
. |
|
|
|
||||
|
R1 + R2 |
|
R1 + R2 |
||
Следует отметить, что R1 и R2 зависят от температуры. Однако R1 и R2 - интегральные резисторы одинаковой конструкции, поэтому их температурные коэффициенты равны, т.е. для любого заданного значения изменения температуры относительное изменение сопротивления R1, R2 одинаковы. Поэтому можно считать, что отношение R1 и R2 практически не изменяется с температурой.
Определим температурную зависимость выходного напряжения. Из уравнения следует, что подбором R1, R2 можно получить температурно-скомпенсированную схему,
¶UВЫХ |
= 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
если ¶T |
, т.е. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
¶UВЫХ |
|
|
R × |
¶UБЭпр |
|
- ¶UБЭ ×(2× R - R ) |
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
= |
|
|
2 |
|
|
|
¶T |
|
|
|
|
¶T |
|
|
2 |
|
1 |
|
= 0 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
¶T |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R1 + R2 |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
или |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∂UБЭпр |
|
× R = |
¶UБЭ ×(2 × R - R ) |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
¶T |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
¶T |
|
|
|
|
2 |
1 . |
|
|
|
||||||
Поскольку температурные |
|
зависимости |
прямого |
и |
обратного напряжений |
||||||||||||||||||||||||
|
|
¶UБЭпр |
|
> |
0 |
¶U |
БЭ < 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
противоположны по знаку ¶T |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
¶T |
|
|
|
, тогда |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
¶UБЭпр |
|
|
|
R1 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
¶T |
|
= 2 - |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
¶UБЭ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
¶T |
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
Если, например, напряжения |
|
UБЭпр |
= 6,3 В |
и |
U |
БЭ |
= 0,7 В |
, а температурные |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
коэффициенты |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
¶UБЭпр |
» 3 мВ/oС |
|
|
|
|
¶U |
БЭ » -2,3 мВ/oС |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
¶T |
|
|
и |
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
¶T |
|
|
|
|
|
|
, |
|
||||||||
то
62
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
R1 |
|
¶UБЭпр |
|
|
3 |
|
||
= 2 - |
|
¶T |
|
» 2 + |
» 3,3 |
|||
R |
|
¶UБЭ |
|
2,3 |
||||
|
|
|
|
|
||||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
¶T |
|
|
|
. |
|
При расчетных значениях резисторов можно определить значение выходного напряжения температурно-скомпенсированного ИОН:
UВЫХ = (UБЭпр - 2UБЭ ) |
|
|
2 - |
|
R1 |
|
|
||||
1 |
R2 |
||||||||||
|
-UБЭ |
|
= |
||||||||
|
|
|
|
||||||||
1+ |
R1 |
1+ |
|
R1 |
|
|
|||||
R |
|
R |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
= (6,3 - 2 ×0,7)1+13,3 - 0,7 12+-3,33,3 =1,68 В.
Используя данную схему ИОН, можно получить ТКНUВЫХ = 0 при расчетных
значениях параметров схемы. Отклонения R, UБЭ пр и UБЭ приводят к температурной нестабильности ( ТКН ¹ 0 ).
4.5. Источник опорного напряжения, определяемый шириной запрещенной зоны
На рис.4.13 приведена схема ИОН, определяемого шириной запрещенной зоны.
Рис.4.13. Схема ИОН определяемого ∆ЕЗ
В ней выходное напряжение определяется как UВЫХ = U БЭ3 + I2 R2 .
63
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Считаем, что все транзисторы идентичны, базовые токи пренебрежительно малы
( IБ » 0 ). Тогда UБЭ1 = UБЭ2 +U R3 или
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
mj |
Т |
ln |
|
I1 |
|
= mj |
Т |
ln |
I2 |
+ I |
2 |
R |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
IЭ0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
IЭ0 |
|
|
|
|
|
|
3 |
: |
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
mjТ ln |
I1 |
|
= I2R3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
(4.1) |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
I = I |
2 |
exp |
I2R3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
1 |
|
|
|
mjТ . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Отсюда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Используя (4.1), получаем |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
2 |
= |
1 |
mj |
Т |
ln |
|
I1 |
|
|
I |
2 |
× R = |
R2 |
mj |
Т |
ln |
I1 |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R3 |
|
|
|
|
|
|
|
I2 и |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
R3 |
|
|
|
|
|
|
I2 . |
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
Тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U |
|
|
|
|
|
= U |
|
|
|
|
+ I |
|
|
|
|
|
R2 |
|
mj |
|
ln |
|
I1 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ВЫХ |
БЭ3 |
2 R |
Т |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
2 . |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d |
kТ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
dUБЭ |
|
|
|
|
|
|
djТ |
|
|
|
|
|
|
|
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
q |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
< 0 |
|
|
|
dТ |
= |
|
dТ |
|
= q > 0 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Поскольку |
dТ |
, а |
|
|
|
, то подбором отношения сопротивлений и |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
отношения токов можно получить |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
ТКН |
U ВЫХ |
= ¶UВЫХ = ¶UБЭ + |
R2 |
|
× |
k |
×ln |
I1 |
|
= 0 |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
¶Т |
|
|
|
|
|
|
|
|
¶Т |
|
|
|
|
|
|
|
R3 |
|
q |
|
|
|
I2 |
|
|
|
|
. |
|
(4.2) |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
Интегральные резисторы R1 , R2 имеют одинаковую конструкцию и находятся в
R1
одном тепловом режиме на кристалле, поэтому отношение R2 практически не будет зависеть от температуры.
Рассмотрим ТКНUБЭ . Для транзистора, работающего в активной области,
IК = aN IЭ0 exp UБЭ |
||||
|
|
mjТ , |
||
|
æ |
qDE |
ö |
|
IЭ0 |
= CТ 3 expç- |
|
З |
÷ |
kТ |
|
|||
|
è |
ø , |
||
где C - постоянная Ричардсона; |
DEЗ - энергетическая ширина запрещенной зоны |
|||
при абсолютном нуле, полученная линейной экстраполяцией от комнатной температуры 300 К к абсолютному нулю (для кремния DEЗ = 1,205 В );
64
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
UБЭ = mjТ ln |
IК / aN |
= mjТ ln |
IК / aN |
|
|
|
|
||
|
|
|
ö |
|
|||||
|
IЭ0 |
æ |
|
qDE |
|
||||
|
CТ 3 expç |
- |
|
|
З |
÷ |
|
||
|
|
kТ |
|
||||||
|
|
|
è |
|
|
ø . |
|||
Считаем IК = const , тогда
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
¶ ln |
IК / aN |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
¶ ln |
IК / aN |
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
IК / aN |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I Э0 |
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
¶UБЭ |
= mk |
×ln |
+ mjT |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I Э0 |
|
|
|
= UБЭ |
|
+ mjT |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
¶Т |
. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
¶Т |
|
q |
|
|
|
|
|
I Э0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
¶Т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
Так как |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ln |
|
IК / aN |
|
= ln |
IК / aN |
|
|
|
- 3lnT + |
qDEЗ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I Э0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
kT |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
¶ ln |
IК / aN |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
qDE |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
Э0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= - |
|
|
|
|
|
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
З |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
¶T |
|
|
|
|
|
|
|
|
T |
|
|
|
|
kT 2 |
, то |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
¶U |
БЭ = |
U |
БЭ |
|
|
|
|
|
|
|
|
æ 3 |
|
|
|
|
|
qDE |
З |
|
ö |
|
|
|
U |
БЭ |
|
|
|
3k |
|
|
DE |
З |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- mjT ç |
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
÷ |
= |
|
|
|
|
- |
|
|
- |
|
|
|
= |
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
T |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
q |
|
T |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
¶Т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
è Т |
|
|
|
|
|
kТ 2 |
|
|
ø |
|
|
|
|
|
|
T |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
3k |
|
|
|
UБЭ - DEЗ |
|
|
|
|
|
|
æ |
DEЗ |
-UБЭ |
|
|
|
|
3k |
ö |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
= - |
+ |
= -ç |
+ |
÷. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
q |
|
|
|
|
|
|
|
T |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ç |
|
|
|
|
|
|
|
T |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
q |
÷ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
è |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ø |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
Для кремния |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ТКН |
|
|
|
|
|
|
|
|
æ1,205 В -U |
БЭ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ö |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
U БЭ |
|
= -ç |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т |
|
|
|
+ 0,26 мВ/oС ÷ |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
è |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ø . |
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
Например, |
при |
|
UБЭ = 0,65 В |
|
получим |
|
|
|
|
ТКН |
|
|
= -2,1мВ/oС |
. |
|
После |
подстановки |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
UБЭ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
полученного значения в выражение (4.2) для |
|
ТКНUВЫХ = 0 |
, необходимо, чтобы |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- ¶UБЭ |
= |
|
|
R2 |
|
|
× |
k |
×ln |
|
I1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
¶Т |
|
|
|
|
|
|
|
|
q |
|
|
|
|
|
|
|
I |
2 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U =U |
|
|
|
+ |
R2 |
j |
|
|
×ln |
|
I1 |
= U |
|
|
|
|
|
-T |
|
¶UБЭ |
= |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
ВЫХ |
|
|
|
|
БЭ |
|
|
R3 |
T |
|
|
|
|
|
|
|
I2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
БЭ |
|
|
|
|
|
|
¶T |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
æ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
БЭ |
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
ö |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ç DEЗ -U |
|
|
|
|
|
|
|
|
÷ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
= UБЭ |
|
+ Tç |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ 3 |
|
|
|
|
|
|
÷ |
= DEЗ + 3jT = |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T |
|
|
|
|
|
q |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
è |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ø |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
=1,205 + 3×0,026 =1,283 В. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
U |
|
= 0,65 В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R2 |
|
×ln |
|
|
I1 |
|
= 24,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
Например, |
при |
БЭ |
получим |
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. Задав реальные значения для |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
этой схемы: I1 = I3 =1 мА; |
|
|
I1 / I2 = 5; |
I2 × R3 = mjT ln(I1 / I2 ) = 41,6 мВ , получим следующие |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
значения сопротивлений: R3 = 208 Ом; R2 = 3166 Ом; R1 = 633 Ом. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
65
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Опорное напряжение можно увеличить за счет использования n дополнительных диодов в цепи транзистора Т3, включенных последовательно:
U ВЫХ = (n +1)UБЭ + |
R2 |
jT ×ln |
I1 |
|
|
R3 |
I2 . |
||||
|
|
||||
4.6. Источники напряжения на МОП-транзисторах
Полевой транзистор является по существу управляемым резистором, поэтому источники можно построить по принципу резистивного делителя. На рис.4.14 приведена простейшая схема ИОН на МОП-транзисторе в диодном включении.
Рис.4.14. Схема ИОН на МОП-транзисторах в диодном включении
Ток, протекающей в последова-тельной цепи, равен:
|
IC |
= UИП -UВЫХ = |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
R1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
kудW æU |
ВЫХ |
-UПОР |
ö2 |
||||||||
|
|
|
ç |
|
÷ . |
||||||||
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
2L è |
|
n |
|
|
|
|
|
|
ø |
|
Отсюда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
æ |
|
|
|
|
|
|
ö |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
2I |
|
|
||||
U |
ВЫХ |
= nçU |
ПОР |
+ |
|
|
C |
÷ |
= |
||||
|
|
|
|||||||||||
|
ç |
|
|
k |
÷ |
|
|||||||
|
|
|
è |
|
|
|
|
ø |
|
||||
æ |
|
|
|
ö |
|
|
|
|
|||
ç |
|
2(UИП -UВЫХ ) ÷ |
|||
= nçUПОР + |
|
÷. |
|||
R1 × k |
|||||
è |
|
ø |
|||
66
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
На рис.4.15 приведена модифицированная схема ИОН. Используя принцип резистивного делителя, запишем выражение для определения выходного напряжения:
|
UЗИ |
= |
UВЫХ |
, U |
ВЫХ |
= |
UЗИ |
(R + R ), U |
ЗИ |
=U |
ПОР |
+ |
|
2IC |
|
. |
|
|
|
|
|||||||||||||
|
R2 |
R1 + R2 |
|
|
R2 |
|
|
|
|
|
k |
|||||
На рис.4.16 показана схема ИОН, реализованная в КМОП-базисе. Транзистор М1-p- МОП- и М2-n-МОП с индуцированным каналом.
Рис.4.15. |
Рис.4.16. |
Модифицированная схема |
Модифицированная схема |
ИОН на МОП-транзисторе |
ИОН в КМОП-базисе |
Сквозной ток стока, протекающий через транзисторы определяет их равенство
ICn = ICp ;
|
|
kудnW2 |
(UВЫХ -UПОРn )2 = |
kудpW1 |
(UВЫХ -UИП -UПОРp )2 |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
2L2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2L1 |
|
|
|
. |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
UИП -UПОРp + |
|
|
kn |
UПОРn |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
UВЫХ = |
|
|
|
|
|
|
|
kp |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
kn |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
1+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
kp |
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
При этом соотношение крутизн транзисторов определяется как |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
kn |
|
|
|
æU |
ВЫХ |
-U |
ИП |
-U |
|
ö2 |
||||||
|
|
|
|
|
|
= ç |
|
|
|
|
|
ПОРp ÷ |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
kp |
|
ç |
|
UВЫХ -UПОРn |
÷ |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
è |
|
ø . |
||||||||||||||
ИОН с выходным напряжением, равным ширине запрещенной зоны, основан на использовании свойств интегральных диодных структур (рис.4.17) [3]. Принцип
построения таких ИОН с низким температурным коэффициентом состоит в компенсации отрицательной температурной зависимости напряжения опорного диода напряжением с положительной зависимостью специальным блоком, называемым генератором напряжения, пропорционального абсолютной температуре (PTAT-генератор) (рис.4.18).
67
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Поликремний Металлизация SiO2
D3
D
2
D1 
T1 n-карман
p-подложка
Рис.4.17. Диодные структуры в стандартной КМОП-структуре:
D1 - диод p-подложка - n-карман; D2 - диод p-подложка - n+-область; D3 - диод p+-область - n-карман; T1 - паразитный вертикальный p - n - p-транзистор
Напряжение на |
диодном |
переходе можно определить выражением |
U D (Т ) » DEЗ - А×Т - В × f (Т ) , |
в котором |
DEЗ - ширина запрещенной зоны при 0 К; А - |
коэффициент линейной зависимости напряжения от температуры; В - коэффициент функциональной зависимости напряжения от температуры.
UИП |
|
I0 |
|
UD(T) |
UВЫХ = |
|
|
|
= 1,24 В |
Т1 PTAT-
генератор
Рис.4.18. Принцип построения ИОН с выходным напряжением,
равным ширине запрещенной зоны и температурной компенсацией
Схемотехника КМОП ИОН с выходным напряжением равным ширине запрещенной зоны в основном различается конструкцией PTAT генератора, который может быть
реализован на свойствах температурной зависимости напряжения диодов с разной плотностью токов (рис.4.19,а) или на МОП-транзисторах в режиме слабой инверсии
(рис.4.19,б).
68
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
UИП
R1 |
R2 |
|
UВЫХ
I1
I2
R3 
Т1 
Т2
а
UИП
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
|
M6 |
|
|
|
|
|
M 7 |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
M1 |
|
|
|
|
|
M2 |
UВЫХ
R1
M3 |
M4 |
D1 |
|
||
|
M5 |
б
Рис.4.19. ИОН с PTAT: а - на диодах; б - на МОП-транзисторах
в режиме слабой инверсии
Разность напряжений база-эмиттер на транзисторах в диодном включении Т1, Т2 в схеме на рис.4.19,а определяется выражением
|
æ |
I2S1 |
ö |
||
UВЫХ = UБЭ2 -UБЭ1 |
ç |
÷ |
|||
|
|||||
= mjТ lnç I S |
|
÷ |
|||
|
è |
1 |
2 |
ø , |
|
где S1, S2 - площади транзисторов.
В схеме на рис.4.19,б если транзисторы М1, М2 работают в режиме слабой инверсии,
то выходной ток IВЫХ определяется выражением
IВЫХ R = mjТ ln N ,
где N - коэффициент соотношения геометрических размеров транзисторов, которое
определяется как
69
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
|
|
æW ö |
|||||
|
I2 |
ç |
|
|
÷ |
||
|
|
|
|||||
N = |
= è |
|
L ø2 |
||||
I |
|||||||
|
æW ö |
||||||
|
1 |
ç |
|
|
÷ |
||
|
|
||||||
|
|
è |
|
L ø1 . |
|||
При компенсации линейной составляющей температурной зависимости напряжения диода выходное напряжение (первого порядка) при номинальной температуре Т0
|
UВЫХ » DEЗ + kT ln N |
|
определяется выражением |
q |
. |
|
70
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com