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理解電壓基準(zhǔn):簡單灌電流

發(fā)布時間:2020-01-14 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】使用運(yùn)算放大器反饋和電壓基準(zhǔn)可以簡單直接產(chǎn)生任意大小的直流電流。 本篇文章將討論一種大大簡化的實(shí)現(xiàn)灌電流(具體)的方法。

使用運(yùn)算放大器反饋和電壓基準(zhǔn)可以簡單直接產(chǎn)生任意大小的直流電流。 本篇文章將討論一種大大簡化的實(shí)現(xiàn)灌電流(具體)的方法。
 
本文我們將討論利用電壓基準(zhǔn)內(nèi)部反饋的架構(gòu),讓我們從考慮電壓基準(zhǔn)的符號及其實(shí)際功能框圖開始,如下圖1所示。
 
理解電壓基準(zhǔn):簡單灌電流 
圖1:電壓基準(zhǔn)及其功能框圖
 
我們借用了齊納二極管的符號,因?yàn)檫@基本上是電壓基準(zhǔn)的行為;然而,這種行為是通過巧妙的設(shè)計而不是簡單的設(shè)備物理單獨(dú)實(shí)現(xiàn)。考慮在以前文章中使用的自身基準(zhǔn)(負(fù)極基準(zhǔn)綁定)配置,如下面的圖2所示。
 
理解電壓基準(zhǔn):簡單灌電流
圖2:電壓基準(zhǔn)典型操作
 
那么,我們?nèi)绾卧u價這一設(shè)置?首先,我們可以大大簡化和定義圖2中所有電流的情況,如公式1所示。
 
理解電壓基準(zhǔn):簡單灌電流
 
也就是說,IBIAS是雙極結(jié)型晶體管(BJT)的運(yùn)算放大器靜態(tài)電流IQ和發(fā)射極電流iE的和。公式2通過確認(rèn)與正常工作期間的發(fā)射極電流相比運(yùn)算放大器靜態(tài)電流可以忽略不計,進(jìn)行了進(jìn)一步簡化。
 
理解電壓基準(zhǔn):簡單灌電流
 
公式3和4定義了發(fā)射極電流,以基極-發(fā)射極結(jié)的二極管方程開始,并假定使用標(biāo)稱理想因子的正向偏置操作。
 
理解電壓基準(zhǔn):簡單灌電流
 
如上述公式4所示,必須存在一些基極-發(fā)射極電壓以維持IBIAS。這當(dāng)然意味著在圖2中的vrefVREF之間存在非零差;我們將通過在公式5中以VREF和小的擾動電壓εv定義vref來解釋這一點(diǎn)。
 
理解電壓基準(zhǔn):簡單灌電流
 
我們現(xiàn)在可以用基極-發(fā)射極電壓和運(yùn)算放大器增益定義εv,如公式6和7所示。
 
理解電壓基準(zhǔn):簡單灌電流
 
顯然,在理想運(yùn)算放大器情況下,εv會下降到零;然而,讓我們考慮一些非常保守的值。下面的公式8解出公式7,假設(shè)維持IBIAS所需的vBE為0.5V,運(yùn)算放大器的增益為中等水平104
 
理解電壓基準(zhǔn):簡單灌電流
 
對于1.25V電壓基準(zhǔn),這表示百萬分之四十或40ppm的誤差——也就是說,這種誤差可以安全地視為可以忽略。
 
現(xiàn)在考慮當(dāng)我們增加輸入電壓以及IBIAS時,εv發(fā)生什么;具體而言,假設(shè)我們從公式9和10所示的某個任意操作點(diǎn)將IBIAS增加一倍。
 
理解電壓基準(zhǔn):簡單灌電流
 
現(xiàn)在可以通過將公式10除以公式9并在公式11至13中簡化如下的項來導(dǎo)出支持加倍IBIAS所需的VBE的變化。
 
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最后,我們可以導(dǎo)出如公式14和15所示的支持倍增IBIAS所需εv的變化的公式。
 
理解電壓基準(zhǔn):簡單灌電流
 
代入熱電壓的室溫值VT,并假設(shè)(再次)平均運(yùn)算放大器增益為104,我們可以求解方程式15得到倍增IBIAS所需的Δεv的保守值,得到下面的公式16。
 
理解電壓基準(zhǔn):簡單灌電流
 
在這種情況下,每當(dāng)IBIAS加倍時,vref處的電壓僅增加1.792μV。這是運(yùn)算放大器增益與模擬齊納擊穿基極-發(fā)射極二極管的指數(shù)IV特性的乘積。
 
以不同方式連接電壓基準(zhǔn),我們可以利用其內(nèi)部運(yùn)算放大器產(chǎn)生簡單的拉電流,如下面的圖3所示。
 
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圖3:簡單電壓基準(zhǔn)產(chǎn)生的拉電流
 
為了直觀的了解這里發(fā)生了什么,我們考慮插入代替符號的功能圖,如下面的圖4所示。
 
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圖4:簡單灌電流功能圖
 
請注意,VIN、RBIAS和BJT電路基本上充當(dāng)運(yùn)算放大器的反相輸出級。因此,我們可以將總組合簡化成具有新增益AT和反向輸入極性的新運(yùn)算放大器符號,如圖5所示。
 
 
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圖5:簡單拉電流功能框圖和等效電路
 
 
 
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