引言

本文描述了電壓基準(zhǔn)芯片的主要類型(串聯(lián)型或并聯(lián)型)，以及各自的優(yōu)、缺點(diǎn)。在對(duì)可以利用的器件進(jìn)行比較之前，首先要確定哪種類型最適合。

串聯(lián)型電壓基準(zhǔn)

串聯(lián)型電壓基準(zhǔn)具有三個(gè)端子：Vin、Vout和GND，類似于線性穩(wěn)壓器，但其輸出電流較低、具有非常高的精度。串聯(lián)型電壓基準(zhǔn)從結(jié)構(gòu)上看與負(fù)載串聯(lián)(見(jiàn)圖1)，可以當(dāng)作一個(gè)位于Vin和Vout端之間的壓控電阻。通過(guò)調(diào)整其內(nèi)部電阻，使Vin值與內(nèi)部電阻的壓降之差(等于Vout端的基準(zhǔn)電壓)保持穩(wěn)定。因?yàn)殡娏魇钱a(chǎn)生壓降所必需的，因此器件需汲取少量的靜態(tài)電流以確?？蛰d時(shí)的穩(wěn)壓。串聯(lián)型電壓基準(zhǔn)具有以下特點(diǎn)：

電源電壓(Vcc)必須足夠高，保證在內(nèi)部電阻上產(chǎn)生足夠的壓降，但電壓過(guò)高時(shí)會(huì)損壞器件。

器件及其封裝必須能夠耗散串聯(lián)

調(diào)整管的功率。

空載時(shí)，唯一一的功耗是電壓基準(zhǔn)的靜態(tài)電流。

相對(duì)于并聯(lián)型電壓基準(zhǔn)，串聯(lián)型電壓基準(zhǔn)通常具有更好的初始誤差和溫度系數(shù)。

串聯(lián)型基準(zhǔn)設(shè)計(jì)

串聯(lián)型電壓基準(zhǔn)的設(shè)計(jì)相當(dāng)簡(jiǎn)便，只需確保輸入電壓和功耗在芯片規(guī)定的最大值以內(nèi)：

P_SER=(Vsup Vref)IL+(Vsup xIq)。

對(duì)于串聯(lián)型電壓基準(zhǔn)，最大功耗出現(xiàn)在輸入電壓最高、負(fù)載最重的情況下：

WC＿P＿SER=(Vmax Vref)lLmax+(VmaxxIq)，此處

P＿SER=串聯(lián)型基準(zhǔn)的功耗

Vsup＝電源電壓

Vref＝基準(zhǔn)電壓輸出

IL＝負(fù)載電流

Iq＝電壓基準(zhǔn)的靜態(tài)電流

WC＿P＿SER＝最大功耗

Vmax＝最大電源電壓

ILmax＝最大負(fù)載電流

并聯(lián)型電壓基準(zhǔn)

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并聯(lián)型電壓基準(zhǔn)有兩個(gè)端子：OUT和GND。它在原理上和穩(wěn)壓二極管很相似，但具有更好的穩(wěn)壓特性，類似于穩(wěn)壓二極管，它需要外部電阻并且和與負(fù)載并聯(lián)工作(見(jiàn)圖2)。并聯(lián)型電壓基準(zhǔn)可以當(dāng)作一個(gè)連接在OUT和GND之間的壓控電流源，通過(guò)調(diào)整內(nèi)部電流，使電源電壓與電阻Rl的壓降之差(等于OUT端的基準(zhǔn)電壓)保持穩(wěn)定。換一種說(shuō)法，并聯(lián)型電壓基準(zhǔn)通過(guò)使負(fù)載電流與流過(guò)電壓基準(zhǔn)的電流之和保持不變，來(lái)維持OUT端電壓的恒定。并聯(lián)型基準(zhǔn)具有以下特點(diǎn)：

選擇適當(dāng)?shù)腞l保證符合功率要求，并聯(lián)型電壓基準(zhǔn)對(duì)最高電源電壓沒(méi)有限制。

電源提供的最大電流與負(fù)載無(wú)關(guān)，流經(jīng)負(fù)載和基準(zhǔn)的電源電流需在電阻Rl上產(chǎn)生適當(dāng)?shù)膲航?，以保持OUT電壓恒定。

作為簡(jiǎn)單的2端器件，并聯(lián)型電壓基準(zhǔn)可配置成一些新穎的電路，例如負(fù)電壓穩(wěn)壓器、浮地穩(wěn)壓器、削波電路以及限幅電路。

相對(duì)于串聯(lián)型電壓基準(zhǔn)，并聯(lián)型電壓基準(zhǔn)通常具有更低的工作電流。

并聯(lián)型基準(zhǔn)設(shè)計(jì)

并聯(lián)型電壓基準(zhǔn)的設(shè)計(jì)稍微有些難度，必須計(jì)算外部電阻值。該數(shù)值(Rl)需要保證由電壓基準(zhǔn)和負(fù)載電流產(chǎn)生的壓降等于電源電壓與基準(zhǔn)電壓的差值。采用最低輸入電源電壓和最大負(fù)載電流計(jì)算Rl，以確保電路能在最壞情況下正常工作。下列等式用于計(jì)算Rl的數(shù)值和功耗，以及并聯(lián)型電壓基準(zhǔn)的功耗(見(jiàn)圖3)。

Rl=(Vmin Vref)／(Imo+ILmax)

Rl上的電流和功耗僅與電源電壓有關(guān)，負(fù)載電流對(duì)此沒(méi)有影響，因?yàn)樨?fù)載電流與電壓基準(zhǔn)的電流之和為固定值：

I_Rl=(Vsup Vref)／Rl

P_R1=(Vsup Vref)2／Rl

P_SHNT=Vref(I_Rl IL)

最差工作條件發(fā)生在輸入電壓最大、輸出空載時(shí)：

WC_I_Rl=(Vmax Vref)／Rl

WC_P_R1=(Vmax Vref)2／Rl

WC_P_SHNT=Vref(Imo+WC_I_Rl)，或

WC_P_SHNT＝Vref(Imo+(Vmax

Vref)／R1)，此處

Rl=外部電阻

I_Rl=Rl的電流

P_Rl=Rl的功耗

P_SHNT=電壓基準(zhǔn)的功耗

Vmin=最低電源電壓

Vmax=最高電源電壓

Vref=基準(zhǔn)輸出

Imo=電壓基準(zhǔn)最小工作電流

ILmax=最大負(fù)載電流

WC_I_Rl=最差情況下Rl的電流

WC_P_Rl=最差情況下Rl的功耗

WC_P_SHNT=最差情況下并聯(lián)電壓基準(zhǔn)的功耗

選擇電壓基準(zhǔn)

理解了串聯(lián)型和并聯(lián)型電壓基準(zhǔn)的差異，即可根據(jù)具體應(yīng)用選擇最合適的器件。在具體計(jì)算兩種類型的參數(shù)后，即可確定器件類型，這里提供一些經(jīng)驗(yàn)方法：

如果需要高于0．1％的初始精度和25ppm的溫度系數(shù)，一般應(yīng)該選擇串聯(lián)型電壓基準(zhǔn)。

如果要求獲得最低的工作電流，則選擇并聯(lián)型電壓基準(zhǔn)。

并聯(lián)型電壓基準(zhǔn)在較寬電源電壓或大動(dòng)態(tài)負(fù)載條件下使用時(shí)必須倍加小心。請(qǐng)務(wù)必計(jì)算耗散功率的期望值，它可能大大高于具有相同性能的串聯(lián)型電壓基準(zhǔn)。

對(duì)于電源電壓高于40V的應(yīng)用，并聯(lián)型電壓基準(zhǔn)可能是唯一的選擇。

構(gòu)建負(fù)電壓穩(wěn)壓器、浮地穩(wěn)壓器、削波電路或限幅電路時(shí)，一般考慮并聯(lián)型電壓基準(zhǔn)。