【正文】 式集成電路，屬于可調(diào)式穩(wěn)壓器，它Q6R98 00C12 0p fR 111 0kD2Q3Q2Q72 0p fC2R61kD1R47 . 2 kR74kQ9Q 1 0R23 . 2 8 kR58 00R88 00Q 1 1R32 . 4 kR 101 50Q1Q5Q4 Q8 23 也可以稱為三端式并聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓管。從以上的討論中，我們可以看出，在雙極型的電路中，基極 — 射極的壓降是個(gè)很重要的參數(shù)，它隨著溫度的變化而變化明顯，帶隙基準(zhǔn)源就是運(yùn)用合理的電路設(shè)計(jì)，通過補(bǔ)償 BEV 隨著溫度變化而對輸出電壓的影響，來獲取接近零溫度系數(shù)的基準(zhǔn)源。 為了確定輸出的電流 outI 對于輸入電壓的敏感度，可以將式（ ）對 ccV 做微分，可以得RVVII onBEccinout )(???xyyxxx yyS xyx ?????? ?? 0limsupsupsup VIIVS outoutIVout ???1sup ?outIVS2ln RIIIV outoutinT ? 20 到； （ ） 微分后，得： （ ） 解方程得 ccout VI ?? 為 （ ） 將式（ ）代入式子（ ）得到 （ ） 如果 )(onBEcc VV ?? ，則 1RVI ccin ? ，且 inI 對于 ccV 的敏感度是一定的。 對電源不敏感的偏置 回到圖 中的簡單的鏡像電 流源，將輸入的鏡像電流源用電阻代替，并且忽略了有限的 F? 和 AV 的影響，那么可以得到輸出電流為， （ ） 假如 ccV 遠(yuǎn)遠(yuǎn)的大于 )(onBEV ，這個(gè)電路的缺點(diǎn)，就是輸出的電流與電源電壓成一定的比例。將式子（ ）對溫度求導(dǎo)數(shù)，得 （ ） 等式（ ）以溫度的函數(shù)給出了輸出的變化曲線。我們暫時(shí)的假設(shè)隨著溫度的變 化是已知的并且可以寫成下面的式子， （ ） 其中， G 是另外一個(gè)和溫度無關(guān)的常量。常數(shù) B 和 39。 目前，都會(huì)進(jìn)行討論偏置源是怎么獲得低溫度系數(shù)的電流。 根據(jù)愛因斯坦公式，nn DkTqu ?和本證載流子與溫度的關(guān)系，可以得到： 2112122212 ln)1()1()( JJqkTRRpRVRpRIIV BEEER ???????21122 ln)1( JJqkTRRpVVVV BERBEREF ?????qkTnVJJqkTRRpVV gBETTR E F 00210120 ln)1(0 ??????43432121 , EEEEEEEE LLAALLAA ??)ln( scTBE IIVV ?BniS Q DqAnI 2? 15 （ ） （ ） 其中， nu 是基區(qū)的平均電子遷移率， C、 D、 n 是與溫度無關(guān)的常量， 0gV 是稱為材料的能隙電壓。假設(shè) 32RR ， 21 JJ 與溫度無關(guān)，那么令 0TT? 時(shí)的基準(zhǔn)電壓溫度系數(shù)為 0，即0??? TVREF ， 求得在參考溫度 0T 附近的時(shí)候，基準(zhǔn)電壓和溫度的關(guān)系。因此這種基準(zhǔn)的電壓源必須要提供恒定的電流才能保證其穩(wěn)定的工作。 圖 （ a）用 電阻分壓的基準(zhǔn)電壓源 圖 （ b）用 管分壓的基準(zhǔn)電壓 源 對于圖 （ a），根據(jù)題意有： （ ） CmVTVBE ????? 2CmVTVT ????? 2212REF DDRVVRR? ?R20VREFR1VDDVDDM10M2VREF 9 () 其中， REFDDVVS表示電源電壓幅度敏感系數(shù)。 本文的主要內(nèi)容 通過對 TL431 的功能原理以及性能的分析，并逐漸深入的進(jìn)行分析基于 TL431 電路的串聯(lián)穩(wěn)壓基準(zhǔn)電路，借用 specture 仿真工具對其進(jìn)行電路模擬仿真，包括基準(zhǔn)源電路、鏡像電路、基本放大電路等。隨著便攜式電子設(shè)備的日益普及，在基于 低電源電壓集成電路的日益增長需求中，電池日漸得到長足發(fā)展。 4）高電源抑制比的基準(zhǔn)電壓源：隨著數(shù)字集成電路和射頻集成電路的迅速發(fā)展以及在高頻電路中帶隙基準(zhǔn)源的廣泛使用。盡管通過采用特殊的器件和相關(guān)的工藝技術(shù)可以得到具有低電壓源電壓帶隙基準(zhǔn)源的電路，但是這與標(biāo)準(zhǔn)的 CMOS 工藝技術(shù)并不兼容，因此大大增加了制造成本。 目前的高階溫度補(bǔ)償技術(shù)有以下幾種：常見的 Vbe 環(huán)路曲率補(bǔ)償法，非線性β曲率補(bǔ)償法，還有基于電阻比值的溫度系數(shù)曲線補(bǔ)償方法等等。如果沒有一個(gè)滿足要求的參考電路 ，它就不可能正確和有效的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)定的性能。通?？梢岳?VBE、 THV 、耗盡管、齊納二極管的反向擊穿電壓等產(chǎn)生的電壓。模擬電路使用基準(zhǔn)源，抑或?yàn)榱说玫脚c電源無關(guān)的偏置，抑或?yàn)榱说玫脚c溫度無關(guān)的偏置，它的性能好壞將會(huì)直接影響到 電路的性能穩(wěn)定。本文的目的是基于雙極晶體管基準(zhǔn)源的 TL431 可調(diào)穩(wěn)壓器集成電路的仿真與分析。 一個(gè)應(yīng)用廣泛的基本 電路 。其次對電路仿真軟件進(jìn)行 介紹 ，最后運(yùn)用電路仿真軟件 specture 對 TL431 串聯(lián)集成穩(wěn)壓基準(zhǔn)電路進(jìn)行仿真并詳細(xì)分析其結(jié)果。無論是電壓基準(zhǔn)還是電流基準(zhǔn)都要BEBEBE VVVRI ???? 2132 以求輸出特性必須達(dá)到穩(wěn)定，包括較高的電源電壓抑制比、較低的溫度系數(shù)，以及良好的負(fù)載特性和工藝無關(guān)性。其中，基準(zhǔn)電壓源是電壓穩(wěn)壓器中所必 備的一個(gè)電路單元，它是 DC— DC 轉(zhuǎn)換器中不可或缺的單元組成部分，在各種要求較高精確度的電壓表、歐姆表、電流表等儀器里都需要穩(wěn)定的電壓基準(zhǔn)源。 90 年代以后， COMS 憑借它的低功耗、高集成度，較好的穩(wěn)定性等特性逐漸占領(lǐng)了數(shù)字電子產(chǎn)品市場。因?yàn)閹痘鶞?zhǔn)電壓在 左右，所以一般的帶隙基準(zhǔn)源的工作電壓至少會(huì)在 以上。作為集成電路的一個(gè)基本單元電路，低功耗也是基準(zhǔn)電壓源研究方向的一個(gè)重要方向。 在混合電路中，電壓基準(zhǔn)源應(yīng)該在較寬的范圍內(nèi)具有良好的電源抑制比 特性，在有些設(shè)計(jì)中會(huì)使用運(yùn)放結(jié)構(gòu)的帶隙基準(zhǔn)技術(shù)。現(xiàn)在有帶隙電壓基準(zhǔn) IC 已被廣泛使用在軍事裝備領(lǐng)域，通訊設(shè)備，汽車電子，工業(yè)自動(dòng)化控制和消費(fèi)電子產(chǎn)品。在集成電路內(nèi)部經(jīng)常需要高質(zhì)量的內(nèi)部穩(wěn)壓源，以提供穩(wěn)定的偏置電壓或作為基準(zhǔn)電壓。 有源器件與電阻串聯(lián)所組成的基準(zhǔn)電壓 源 通過對以上情況的分析，為了能夠設(shè)計(jì)出簡單的基準(zhǔn)電壓源，因此設(shè)計(jì)出了有源器件與電阻串聯(lián)所組成的基準(zhǔn)電壓源，如下圖所示。但是缺點(diǎn)也非常的突出，如：靜態(tài)電流較大（ 1 到 10mA），它適合于對功耗要求不是很嚴(yán)格的應(yīng)用電路：其次精度低，電流只能流入，而且壓差大，噪聲大，輸出基準(zhǔn)電壓對電流和溫度的依賴性較大。 假設(shè)兩個(gè)管子的幾何尺寸相同，晶體管的放大系數(shù)也較大，則 ，由圖可知， （ ） 因此，把 2211 RIRI ? 代入式（ ）得 （ ） 在工藝上， Vbe 的值和電阻的值容易控制，因此在此類電源的輸出基準(zhǔn)電壓可以調(diào)得較準(zhǔn)。盡管在熱電壓的基準(zhǔn)電路中，溫度靈敏度已經(jīng)被顯著的減少了，但是它的溫度系數(shù)在很多的應(yīng)用場合還顯得不是足夠的低。溫度系數(shù)被用來在基準(zhǔn)電壓中可以補(bǔ)償產(chǎn)生輸出電流的電阻的溫度系數(shù)。式（ ）中和溫度有關(guān)的量滿足下列關(guān)系式： （ ） V TG a n a r a t a rTV t+ 0 . 0 8 7 m V / ℃M V ts u mNV tV b e ( o n )V o u t = V b e ( o n ) + M V tTV b e ( o n ) 1 . 5 m v / ℃IV D D帶 隙 基 準(zhǔn) 基 本 原 理 圖sTonBE IIVV ln)( ?niniB nis TnBDBnQ DqA nI ?239。對于（ ）式，可以求導(dǎo)得， （ ） 其中， 0T 是當(dāng)輸出的溫度系數(shù) FTC 為 0 時(shí)的溫度， 0TV 是熱電壓 TV 在 0T 時(shí)刻 的值。當(dāng)溫度 T 在 0T 附近時(shí)，會(huì)有 （ ） 所以可以得到 （ ） 如上的 式（ ）和（ ）所示，輸出的溫度系數(shù)當(dāng)在 0TT? 時(shí)為 0。描述的輸出電流隨著電源電壓變化最有效的 參數(shù)就是 S（敏感度）。隨后分析了 BEV 的溫度特性，最后分析了對溫度和電源不敏感的偏置。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電源技術(shù)在不斷的完善和提高。 TL431 在功能上相當(dāng)于一只低溫漂可變的穩(wěn)壓二極管。 陰極（ K） 參考極（ R） 陽極（ A） 圖 TL431 的電路符號 根據(jù) TL431 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖可知，它是由多級放大電路、偏置電路、補(bǔ)償電路、保護(hù)電路等組成。 鏡像電路的介紹 如下圖所示，設(shè) Q1 和 Q2 的參數(shù)特性完全相同，即 21 ??? ， 21 CEOCEO II ? ，由于兩管具有相同的基極 — 射極間電壓，所以 2121 , CCEE IIII ?? ，當(dāng) BJT 的 ? 較大時(shí)，基極的電流BI 就可以忽略不計(jì)，因此 Q2 的集電極電流 2CI 近似等于基準(zhǔn)電流 REFI ，即： （ ） 由上式可以得到，當(dāng) R 確定之后， REFI 就可以確定了， 2CI 也隨之確定，常常將 2CI 看作是 REFI 的鏡像，所以稱下圖為鏡像電流源。當(dāng)用于射極跟隨器時(shí)，等價(jià)于共集 — 共集組態(tài)。由 TL431 構(gòu)成的基準(zhǔn)電壓溫漂較小，而且它的負(fù)載能力極強(qiáng)，且輸出電壓連續(xù)可調(diào)，大概是 36V，典型的電路圖如下： + + 0V 圖 基準(zhǔn)電壓源 U1T L4 31R21kR11kR31kiVCTj ?? 150~0 28 如果 R1 和 R2 的阻值是確定的，兩個(gè)電阻對電路的分壓引入了負(fù)反饋，若 Vo 增大，則 TL431 的分支電流就會(huì)增大，從而根據(jù)歐姆定律，輸出電壓 Vo 的值就會(huì)減小。 圖 恒流源應(yīng)用電路 此恒流源電路的恒流值只與 REFV 和外接電阻的阻值有關(guān)。 電壓監(jiān)視器 電路 下圖所示的是利用 TL431 的參考端對輸入電壓的鑒別靈敏度高的特性，所構(gòu)成的一種電池電壓監(jiān)視電路。