电压基准是许多电子应用中的关键元件，包括电子仪器(如数字万用表)、模数和数模转换器、线性和开关模式电源以及其他线性集成电路。
本文将重点介绍德州仪器(TI)制造的带隙基准电压源，并提供大量这种特殊形式的基准电压源。
单片基准电压源产生的输出电压基本不受环境温度、负载、输入电源电压和时间变化的影响。
带隙基准电压源通常存在于线性调节器中，如图1所示的LM317。
78xx和79yy系列以及德州仪器1977年推出的三端可调精密并联稳压器集成电路，著名的TL431也有带隙块。
图1: LM317带隙1.25V DC基准电压源1971年，Robert J. Widlar在他的美国专利No3.617.859，用于产生与绝对温度成比例的输出电压。
带隙基准电压源是两种主要串联和并联拓扑的核心，如图2所示。
图2:电压基准拓扑从最初的Widlar专利，我们可以推导出一个电压基准方程(图3)。
图3:基准电压V ref的公式在哪里？
J1和J2是电流密度V BE 0和绝对温度T 0的基极-发射极电压V g 0，半导体材料在绝对零度(即1.205 V)的外推带隙电压Q，电子电荷1.602176621019ck和玻尔兹曼常数1.380648521023 m2 kgs1k1 wid lar。基本思想是通过将基极-发射极电压V BE与具有正温度系数的第二电压V(R2)相加来补偿负(2mv/k)温度系数。
基准电压规格1。温度系数基准电压随温度的变化由其温度系数(TC)来定义，单位为百万分之一摄氏度(ppm/C)。
通常，温度系数可以用多项式形式表示，如图4所示：
图4:带隙基准电压源的温度系数表达式，其中TC 1代表一阶(线性)温度依赖关系，TC 2代表二阶，以此类推。温度系数可以在多个不同的温度范围内指定，包括商用温度范围(0至70C)、工业温度范围(40C至85C)和扩展温度范围(40C至125C)。
德州仪器(TI)的REF32xx基准电压源系列采用SOT23-6封装，在0C至125C范围内的额定漂移为7 ppm/C，在40C至125C范围内的额定漂移为20 ppm/C.确定TC的方法有几种，其中最常用的是框架法。
box方法使用整个温度范围内最大和最小V REF值之差来计算TC，而其他方法则使用温度范围端点处的V REF值(T MIN，T MAX)。
使用这种方法，可以在指定的温度范围内形成具有最小/最大标称输出电压的盒子(图5)。
图5:用箱式法定义温度系数德州仪器(TI)的LM4140基准电压源的温度系数为3、6，A、B和C级的温度系数为10 ppm/。
2.初始误差初始误差是设备开机预热一定时间后的电压值。
3.焊料失调基准电压V REF的初始精度和初始精度显示了它在室温下如何接近额定标称值。例如，LM4140基准电压源可以提供0.1%的初始精度和低于带隙电压的输出电压。
影响初始精度的另一个因素称为“焊料漂移”，它涉及到基准电压源设备经历热冲击而产生的标称电压(25C时)偏差。这种热冲击是由焊接过程本身引起的，无法避免。
4.长期稳定性该参数是指在规定的时间内，通常是标称条件下1000小时，产量的变化。对于德州仪器REF32XX系列的典型漂移，从0到1000小时的值约为55 ppm。
5.噪声性能噪声性能是叠加在基准电压输出上的电噪声。它可能包括热噪声和窄带1/f噪声。利用简单的RC网络可以有效地滤除宽带噪声；1/f类噪声的额定频率范围为0.1至10Hz(峰峰值)。例如，德州仪器(TI)提供的LM4040对于2.5V输出具有35 V RMS的宽带噪声值。
5.线调整率线调整率(图6)定义为输入电压的变化引起输出电压的变化。
图6: PSRR很少用于衡量电源电压噪声。选择低等效串联电阻的电容器可以改善PSRR参数。
6.负载调整率负载调整率是指负载电流变化引起的输出电压变化(百万分之一)(图7)。
图7:负载调节7。热滞是由一个或多个热偏差引起的V REF值的偏差。热滞后的原因包括由温度偏差、封装类型、模塑料、芯片连接材料和集成电路布局本身引起的热机械诱发的芯片应力。
LM4140的热滞后为百万分之20。
AD580，三端带隙基准电压源ADI公司的AD580(图8)是一款基于带隙的三端基准电压源，于1974年推出，也称为Brokaw单元。
图8: ad580ad580有两个8:1发射极调整晶体管Q2、Q1，以相同的集电极电流工作。带隙电压出现在Q1的基极。由于使用激光调整的R4和R5电阻，输出值可以调整为不同于标准带隙基准电压值的电压值(例如，2。5、5伏直流电)。
来自Robert J. Widlar的LM113 1971年，Robert J. Widlar推出了美国国家半导体公司制造的第一款带隙基准电压源，并将其命名为lm 113(图9)。
图9: lm 113温度补偿齐纳二极管是最容易使用的基准电压源。温度补偿齐纳二极管可用的最低电压为6.2 VDC。当工作电源电压为6 VDC或更低时，很难获得零温度系数基准。
LM113是一款1.2 VDC温度补偿并联齐纳二极管。基准电压源利用晶体管和电阻合成，而不是噪声击穿机制。
图10显示了输出电压在55C至125C温度范围内的典型变化，基准电压随温度的变化小于0.5%，温度系数相对独立于工作电流。
图10:输出电压随温度的变化结论基于硅带隙电压的电压基准是各种模拟集成电路的基本模块。带隙基准电压源具有良好的初始精度、长期稳定性和低噪声工作特性，并且可以提供高于标准1.25 VDC的输出电压。
带隙基准也用于发射极耦合逻辑，类似于数字逻辑，以提供不受温度和环境噪声影响的本地偏置电压。
此外，SPICE模型通常可用于各种封装(三端、DIP等)的大多数集成带隙基准电压源。).审计刘清
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