现代电子仪器设备中,都需要各种各样的稳定的基准电压。在电子技术发展的初期,这种功能一般是单个的器件构成。例如,半导体材料的正向PN结;反向高掺杂的PN结(齐纳)二极管。随后发展到了多个PN结的复合,以及分立元件构成的基准电路。但这些器件和电路都存在着一些难以克服的缺点,如基准电压精度差、温度系数高、输出噪声电压高等。
对于分立元件组合而成的电压基准来说,则存在着体积大以及由于各个元器件性能参数之间不匹配而产生的各种漂移和功耗问题。
微电子工艺技术的进步和电路技术的发展,为解决上述问题提供了可能。将多个晶体管,薄膜电阻,二氧化硅电容器做在同一块半导体芯片上的集成电压基准开始产生,并得到迅速发展。REF系列精密电压基准就是其中最优秀的代表品种。
原理与特点
REF系列精密电压基准电路的外形见图1,此电路在设计上采用能带间隙理论,利用一只晶体管正向V\(_{BE}\)所显示的负温度系数,和不同晶体管正向B—E结工作在不同电流密度下VBE值之间差异△V\(_{BE}\)所显示出来的正温度系数,再辅以恰当的放大电路并增加VBE值,产生一个近似于零温度系数的内部基准电压,其值为V\(_{REF}\)=1.23V。为了获得高的输出电压采用薄膜电阻分压方式得到:VREF=V\(_{REF}\)(1+R12/R11)。

此外REF系列电路还具备完善的保护电路和很强的电流输出能力。在制造工艺上采用硅双极电路和薄膜电路工艺技术。使得整个电路性能非常优越,具有下列特点:准确的输出电压,误差<±0.3%,宽的输出电压调节范围±6%,极好的温度系数3ppm/C,低噪声电压<10μVp-p,低工作电流<1.0mA(MAX),宽工作电压Vi=(V0+2V)~33V,高的负载驱动能力≥20mA,无需任何外接元件,输出短路保护。此外,REF系列中02A/E电路还有一个优点,即具有温度电压输出端(+2.1mV/C)。从此端输出的电压对于温度有良好的线性关系,详见图②,因此这种电路除了作基准应用外还可以用作温度测量与控制。

外形与主要参数
REF系列电压基准电路采用标准双列直插塑封和陶瓷封装以及圆形金属封装,详见图1。
应用举例
1.典型应用电路
REF系列电压基准电路最典型的应用就是做电压基准源,见图3。使用REF系列可以获得高稳定度,低温度漂移及低噪声的标准电压。可以用来做基准校正。并且通过器件的调节端可以获得精确到5×10\(^{-}\)4的输出电压。图中电源电压大小由所用基准电路来决定。当用电池供电时则REF系列的输出电压更加稳定。

图4给出了REF系列组成的组合电压基准,它可以提供+2.500V/+5.000V/+7.500V(REF-03);+5.000V/+10.000V/+15.000V(REF-02);+10.000V/+20.000V/+30.000V(REF-01)的标准组合电压基准。

图5所示的是正负对称电压基准电路。

2.电流恒定电路
图6,图7为精密恒流源电路,该电路由两块REF-01以及一块OP—02E运放组成。REF—01②为REF—01①提供稳定的电压和恒定的耗散功率,以维持整个恒流源的稳定,当R取1kΩ时,则恒流源输出电流为10mA,而此时的输出阻抗为300MΩ,因而称为精密恒流源。


OP—02E电源电压抑制比为3μV/V,在25V情况下变化量为3μV/V×25V/10V≈8ppm。
3.特殊用途
前面介绍到REF—02有一个特别功能,即温度电压输出端。该端电压在全温度(-55℃~+125℃)范围以内与外界温度有着非常好的线性关系(见图②),因此可以用来做精密温度测量,见图8。此外还可以用做温度控制,见图⑩。(张宝华)



