【文章內(nèi)容簡介】 （）對于（）式，我們可以得到，對其控制相對容易些，而且控制精度也較高，所以只需要一個精確的修正電阻值（用離子注入電阻改變注入量，或者用金屬膜電阻，并且采用激光修正阻值的工藝）即可精確控制基準電壓的值。例如p取值為1，為10，R2為10K，R1為2K，設(shè) =。 VBE的溫度特性 NPN型的雙極型管子，基極與射極的電壓可以表示為： （）在這個式中，是熱電壓，即，K是波爾茲曼常數(shù)，q為電子的電荷，Ic是集電極電流，Is是晶體管的飽和電流，其與器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)，它的表達式為： （）A為基極與射極的結(jié)面積，是硅的本證載流子濃度，是基區(qū)的電子擴散常數(shù)的平均有效值， 是單位面積基區(qū)的總摻雜濃度。根據(jù)愛因斯坦公式，和本證載流子與溫度的關(guān)系，可以得到： （） （）其中，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，是稱為材料的能隙電壓。由文獻可知， （）式中的=，是溫度為0K時的硅的外推能隙電壓；n為常數(shù)，它的值與晶體管的制作工藝有關(guān)，對于集成電路中的雙型擴散管，n=，To為參考溫度。 對溫度不敏感的偏置 與熱電壓基準源電路有很高的輸出電流溫度系數(shù)。盡管在熱電壓的基準電路中，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。因此，必須要盡可能找出實現(xiàn)低溫度系數(shù)偏置電路的方法。分別以和熱電壓為基準的偏置電壓源，它們會有相反的。因此，輸出的電流就有可能以和的某些復(fù)合電壓作為基準源。如果選擇了某種適當?shù)膹?fù)合方式，那么久可以使得輸出溫度系數(shù)為0。目前，都會進行討論偏置源是怎么獲得低溫度系數(shù)的電流。然而，在實際的應(yīng)用時，經(jīng)常要低的溫度系數(shù)的電壓偏置或者基準電壓源。穩(wěn)壓器的基準電壓就是一個很好的范例。溫度系數(shù)被用來在基準電壓中可以補償產(chǎn)生輸出電流的電阻的溫度系數(shù)。為了簡單起見，我們在下面有關(guān)于帶隙基準源的討論中，對象則是低溫度系數(shù)的電壓源。如下圖設(shè)想的帶隙基準源電路： 帶隙基準源基本原理圖它的輸出電壓為加上M（常數(shù)）倍的熱電壓。為了使M的值確定，則必須確定的溫度系數(shù)。通常基極電流忽略不計，那么有 （）其中，飽和電流與器件的結(jié)構(gòu)有關(guān)，并且滿足公式 （） 其中，是硅的內(nèi)部少數(shù)載流子濃度，是基極每單位面積的摻雜濃度，是基極平均電子遷移率，A是發(fā)射極的面積，T代表溫度。常數(shù)B和代表和溫度無關(guān)的獨立參數(shù)。利用愛因斯坦公式可得， （）可以將用和描述的表達式。式（）中和溫度有關(guān)的量滿足下列關(guān)系式： （） （） 其中，為溫度為0K時的硅的帶隙電壓。這里的C和D都是和溫度無關(guān)的參數(shù)，它們的精確度對于分析設(shè)計并不是多重要。基極電子遷移表達式中的指數(shù)n與摻雜濃度有關(guān)。綜合以上式子，可以得到： （）其中的E是另外一個和溫度無關(guān)的參數(shù)，并且有 （）因此，在實際的帶隙基準源電路中，電流I并不是常量，而是隨著溫度的變化而變化。我們暫時的假設(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是另外一個和溫度無關(guān)的常量。結(jié)合上面的式子,可以得到， （）由上述的帶隙基本原理圖可知， （）將式（）代入（）得， （）由上式可知，給出了輸出電壓隨著溫度變化的電路參數(shù)G，M和器件的參數(shù)E，的函數(shù)關(guān)系式。因此，如果要使輸出電壓與溫度無關(guān)，那么需求輸出電壓對溫度的導(dǎo)數(shù)來找到使得溫度系數(shù)為0的G，和M的值。對于（）式，可以求導(dǎo)得， （）其中，是當輸出的溫度系數(shù)為0時的溫度，是熱電壓在時刻的值。將方程式（）整理得， ()如此，該等式給出了如果要達到溫度系數(shù)為0時的電路參數(shù)M，和G的器件參數(shù)E和的表達式。在原則上，這些參數(shù)值都可以由式子（）直接計算得到。把式子（）直接代入（），可以得到更加便于理解的結(jié)果， （）根據(jù)上式，我們可以得到，與溫度有關(guān)的輸出電壓完全會由一個參數(shù)來表述，同時是由常數(shù)M，E和G來決定的。由式子（）可以得到，在溫度系數(shù)為0的溫度（）下輸出電壓為， （）例如，在27下，假設(shè)=，=1，則輸出電壓為， （）因為硅的帶隙電壓= , 所以有， （）所以，零溫度系數(shù)時的輸出電壓和硅的帶隙電壓接近。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。當時，上式的對數(shù)項內(nèi)的自變量大于1，因此此時對應(yīng)的曲線的斜率為正。于此類推，在時斜率為負。當溫度在附近時，會有 （）所以可以得到 （） 如上的式（）和（）所示，輸出的溫度系數(shù)當在時為0。因此可以得到這樣一個結(jié)論：輸出電壓是加權(quán)的熱電壓和基極—發(fā)射極電壓的和。因為基極—發(fā)射極的電壓的溫度系數(shù)并不是常數(shù)，所以增益M可以通過在某一溫度下使得輸出的溫度系數(shù)為0而得到。換而言之，熱電壓就是為了用來抵消基極—發(fā)射極電壓對溫度的線性的變化關(guān)系。因此，這種用帶隙基準源電路來補償這種非線性被稱作為曲率補償。 對電源不敏感的偏置，將輸入的鏡像電流源用電阻代替，并且忽略了有限的和的影響，那么可以得到輸出電流為， （）假如遠遠的大于，這個電路的缺點，就是輸出的電流與電源電壓成一定的比例。例如，如果，且這個鏡像電流源被用于了一個與3~10V的電壓范圍內(nèi)的電壓源，這個電壓源有函數(shù)的運算放大器，則偏置電流就會超出范圍的1/4，而電壓源的功耗會超出1/13。有一種方法可以測試偏置電路這方面的性能，即通過測試電源電壓的細小變化而引起的偏置電流的細小變化。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）。在描述電路中的變量y對于參數(shù)x的敏感度，我們定義如下： （）將式子（）應(yīng)用于計算輸出的電流對于電源電壓的敏感度，這種微小的變化可以得到， （）輸入的電壓在雙極型的電路中，被稱作，而在MOS電路中被稱作為。，則 （）式子（）中。因此，這種電路就不能夠用于那種很重視敏感系數(shù)的場合。，輸出電流由下式?jīng)Q定， （）詳細計算過程的見后面文章有關(guān)于鏡像電流源的計算，這里不再細述。為了確定輸出的電流對于輸入電壓的敏感度，可以將式（）對做微分，可以得到； （）微分后，得： （）解方程得為 （）將式（）代入式子（）得到 （）如果，則，且對于的敏感度是一定的。例如，如果=1mA，且=，由式（）得