適用于寬電源電壓幅度的高精度雙極帶隙基準電路

　　由式（8）可以看出，當溫度降低時，此電路通過負反饋可以使得輸出基準電壓保持穩(wěn)定。 同理，當溫度升高時，此電路通過負反饋也能使得輸出基準電壓保持穩(wěn)定。

　　設計該電路中運放輸入差分對的兩個晶體管發(fā)射結(jié)面積不對稱，A10＝6A11，則反向飽和電流的關(guān)系為IBES10＝6IBES11。當IE10＝IE11時，電路處于平衡狀態(tài)。C1、C2用于相位補償。由晶體管的原理可知：

　　因此，為獲得平衡狀態(tài)，由以上條件可得：

　　由于基準源中的電阻網(wǎng)絡與運放形成負反饋，運放的差分輸入電壓（V- -V+ ）由輸出電壓VREF的反饋網(wǎng)絡決定。即平衡狀態(tài)下，電阻R2兩端的電壓為VTLn6，故有：

　　比較（1）和（8）可知：

　　K=23.06，跟理論值非常接近，其偏差是由于計算時沒有考慮電阻的非線性溫度系數(shù)所致。

　　在實際電路中，為了提高基準電壓的精確度，還對電阻R2和R3用調(diào)節(jié)腳進行調(diào)節(jié)。這樣，即使實際工藝有一定偏差，也可以在一定范圍內(nèi)對基準電壓進行調(diào)節(jié)。

　　仿真與分析

　　仿真結(jié)果

　　通過以上分析，初步確定此電路的器件尺寸，并給定電路的工作條件為：溫度范圍：--25°C~75°C；電源電壓范圍：4.5V~14.5V。

　　在TT-Model下采用HSpice仿真軟件，基于Samsung BipolarP rocess BCH4仿真模型。對電源工作電壓在10V范圍內(nèi)進行直流掃描，得基準電壓曲線如圖4所示。

　　圖4 基準電壓（VREF）電源抑制特性曲線

　　對溫度在100°C范圍內(nèi)進行直流掃描，得基準電壓曲線如圖5所示。

　　圖5 基準電壓（VREF）的溫度特性曲線

　　分析結(jié)論

　　帶隙基準電壓在溫度、電源電壓變化時的數(shù)據(jù)如表1所示。從以上的仿真結(jié)果與表1中的數(shù)據(jù)中可以得到以下結(jié)論：

　　表1 VREF隨溫度、電源電壓變化數(shù)據(jù)表

　　1）此帶隙基準電路輸出電壓溫度系數(shù)為：

　　在實際電路中由于工藝及運放失調(diào)等因素的影響，溫度系數(shù)實際值會增大一些。

　　2）此帶隙基準電路工作在寬電源電壓范圍內(nèi)，其電源抑制特性表現(xiàn)為：

　　直流電源抑制比：

　　為了說明本文所設計的雙極帶隙基準電路的特點，將其與國際上經(jīng)典電路之主要指標進行比較，結(jié)果如表2所示，顯然，具有明顯的優(yōu)勢和工程應用價值。

　　表2 與國際上經(jīng)典電路之比較結(jié)果

　　結(jié)束語

　　本文作者所設計的雙極帶隙基準電路，通過改變負反饋運算放大器的性能，從而使基準電壓的溫度系數(shù)達到了2.28×10-6 ppm/°C的高精度，并且在△V=10V寬電源電壓幅度范圍作用下，使其具有1.2mV/V的電源抑制特性和79dB的直流電源抑制比PSRR。基于以上性能優(yōu)點，使得該基準電路可以廣泛應用在溫度變化范圍大、工作電壓幅度寬的Bipolar/BiCOMS型集成電路設計中。