CN114995570A - 一种高精度低温漂基准电压电路及其调试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高精度低温漂基准电压电路及其调试方法，以解决现有基准电压产生电路精度差、随温度变化电压漂移值高的技术问题。该电路中射极输出器的输入端连接外部电源；运算放大器的输出端与射极输出器的控制端连接；稳压管的负极同时与第一可调节电阻的第一端、运算放大器的同相输入端连接，另一端接地；第二可调节电阻的第一端同时与定值电阻R1、运算放大器的反相输入端连接，另一端接地。该方法包括：1、获取稳压管的温度‑电流曲线；2、确定稳压管的目标电流和对应的参考电压；3、调节第一可调节电阻，使稳压管的输出稳定的参考电压；调节第二分压单元，使射极输出器的输出端电压为所需基准电压。
Description
技术领域
本发明涉及基准电压电路及调试方法，具体涉及一种高精度低温漂基准电压电路及其调试方法。
背景技术
基准电压产生电路是模拟电路设计、混合信号电路设计以及数字设计中的基本模块单元，它的作用是为***提供一个不随温度及供电电压变化的基准电压。在基准电压产生电路中，温度系数(TC，Temperature Coefficient)和电源抑制比(PSRR，Power SupplyRejection Ratio)这两个参数对电源性能的好坏起着决定性的作用，高精度、低功耗、高电源抑制比、低温度系数的基准电压产生电路对于整个电路来说至关重要。传统的带隙基准电压通过将两个具有正负温度系数的电压进行线性叠加即可得到零温度系数的基准电压。由于传统的基准电压产生电路只进行线性补偿，精度差，在温度范围变化较大时，产生的电压通常不太理想，尤其是在一些对电压精度要求比较高的电路中，线性补偿后产生的电压远远不能满足要求。基于此，本发明提供了一种具有更高精度、低温漂基准电压产生电路。
发明内容
本发明目的在于解决现有基准电压产生电路精度差、随温度变化电压漂移值高的技术问题，提出一种高精度低温漂基准电压电路及其调试方法。
本发明的技术方案为：
一种高精度低温漂基准电压电路，其特殊之处在于：包括射极输出器、运算放大器、第一分压单元和第二分压单元；
所述射极输出器的输入端连接外部正电源，其输出端为基准电压输出端；
所述运算放大器的输出端与射极输出器的控制端连接；所述运算放大器的电源输入正端连接外部正电源，电源输入负端连接外部负电源；
所述第一分压单元包括串联的稳压管和第一可调节电阻；稳压管的正极连接GND，稳压管的负极同时与第一可调节电阻的第一端、运算放大器的同相输入端连接；第一可调节电阻的第二端与射极输出器的输出端连接；
所述第二分压单元包括串联的第二可调节电阻和固定电阻R1，第二可调节电阻的第一端与GND连接，第二可调节电阻的第二端同时与定值电阻R1的第一端、运算放大器的反相输入端连接；固定电阻R1的第二端与射极输出器的输出端连接。
进一步地，所述稳压管包括一个硅稳压管与一个硅二极管，硅稳压管与硅二极管反向串连。
进一步地，所述稳压管的输出电压为6.2V～6.5V。
进一步地，所述第一可调节电阻包括串联的可调节电阻RA和定值电阻R2；
所述可调节电阻RA包括并联的可调节电阻RA1和可调节电阻RA2；
所述可调节电阻RA1和可调节电阻RA2均满足温度系数小于15PPM/℃，精度小于0.1％。
进一步地，所述第二可调节电阻包括并联的可调节电阻RB和定值电阻R3；
所述可调节电阻RB包括串联的可调节电阻RB1和可调节电阻RB2；
所述可调节电阻RB1和可调节电阻RB2均满足温度系数小于15PPM/℃，精度小于0.1％。
进一步地，还包括反向偏置的三极管，三极管的集电极与运算放大器的输出端连接，三极管的发射极和基极均与运算放大器的反相输入端连接。
进一步地，还包括反向偏置的二极管，二极管的正极与GND连接，二极管的负极与射极输出器的输出端连接。
进一步地，还包括第一电容C1和第二电容C2，第一电容C1的一端与运算放大器的电源输入正端连接，另一端与GND连接；第二电容C2的一端与运算放大器的电源输入负端连接，另一端与GND连接。
同时，本发明还提供一种高精度低温漂基准电压电路的调试方法，基于上述的高精度低温漂基准电压电路，包括以下步骤：
S1、获取稳压管的温度-电流曲线；
S2、根据温度和稳压管的温度-电流曲线，确定稳压管的目标电流和对应的参考电压；
S3、组建基准电压电路，根据目标电流，调节第一可调节电阻，使稳压管的输出稳定的参考电压，所述参考电压与运算放大器的同相输入端电压相同；
S4、调节第二可调节电阻，实现对运算放大器的反相输入端电压的调节，使射极输出器的输出端电压为所需基准电压。
进一步地，步骤S3中，参考电压为6.2V～6.5V。
本发明的有益效果：
1、本发明通过串联的稳压管和第一可调节电阻构成参考电压源，保证稳压管的输出参考电压的稳定度，进而保证高精度低温漂基准电压电路形成的基准电压稳定。
2、本发明提供的方法通过构建稳压管的温度-电流曲线，确定与温度相关性最小的电流为目标电流，进而调节第一可调节电阻保证稳定的参考电压输出，降低基准电压电路输出的基准电压随温度变化发生的漂移幅值。
3、本发明通过在电路中设置有反向偏置的三极管，以防止运算放大器输出负电压时，电路无法实现自动调节，保证基准电压电路的正常运行。
附图说明
图1为本发明高精度低温漂基准电压电路实施例示意图；
图2为本发明实施例中电路简化图。
附图标记如下：
1-射极输出器，2-运算放大器，3-稳压管，4-三极管，5-二极管，6-第一可调节电阻，7-第二可调节电阻。
具体实施方式
参见图1，本实施例提供一种高精度低温漂基准电压电路，该电路包括射极输出器1、运算放大器2、第一分压单元、第二分压单元、三极管4、二极管5、第一电容C1和第二电容C2。
射极输出器1的输入端连接外部正电源，其输出端为基准电压输出端；运算放大器2的输出端与射极输出器1的控制端连接，运算放大器2的电源输入正端连接外部正电源，电源输入负端连接外部负电源。
第一分压单元包括串联的稳压管3和第一可调节电阻6；稳压管3包括一个硅稳压管与一个硅二极管，硅稳压管与硅二极管反向串连；稳压管3的正极连接GND，稳压管3的负极同时与第一可调节电阻6的第一端、运算放大器2的同相输入端连接；第一可调节电阻6的第二端与射极输出器1的输出端连接；稳压管3和第一可调节电阻6组成参考电压源，稳压管3的输出电压的稳定度决定了最后形成的基准电压电路输出电压的稳定度。具体的，第一可调节电阻6包括串联的可调节电阻RA和定值电阻R2；可调节电阻RA包括并联的可调节电阻RA1和可调节电阻RA2，可调节电阻RA1和可调节电阻RA2均满足温度系数小于15PPM/℃，精度小于0.1％。
第二分压单元包括串联的第二可调节电阻7和固定电阻R1，第二可调节电阻7的第一端与GND连接，第二可调节电阻7的第二端与定值电阻R1的第一端、运算放大器2的反相输入端连接；固定电阻R1的第二端与射极输出器1的输出端连接。具体的，第二可调节电阻7包括并联的可调节电阻RB和定值电阻R3；可调节电阻RB包括串联的可调节电阻RB1和可调节电阻RB2，可调节电阻RB1和可调节电阻RB2均满足温度系数小于15PPM/℃，精度小于0.1％。
三极管4的集电极与运算放大器2的输出端连接，三极管4的发射极和基极均与运算放大器2的反相输入端连接。
二极管5的第一端与GND连接，二极管5的第二端与射极输出器1的输出端连接。
第一电容C1的一端与运算放大器2的电源输入正端连接，另一端与GND连接；第二电容C2的一端与运算放大器2的电源输入负端连接，另一端与GND连接；第一电容C1和第二电容C2用于滤波。
上述高精度低温漂基准电压电路的调试方法包括以下步骤：
S1、获取稳压管3的温度-电流曲线；
S2、根据当前温度和稳压管3的温度-电流曲线，确定稳压管3的目标电流和对应的参考电压；
S3、组建基准电压电路，根据目标电流，调节第一可调节电阻6，使稳压管3的输出稳定的参考电压，所述参考电压与运算放大器2的同相输入端电压相同；
S4、调节第二可调节电阻7，实现对运算放大器2的反相输入端电压V-的调节，使射极输出器1的输出端电压为所需基准电压。
为进一步说明高精度低温漂基准电压电路，以下按照输出的基准电压为10V基准电压为例具体说明。
参见图1，稳压管3与可调节电阻RA1、可调节电阻RA2和定值电阻R2构成参考电压源；稳压管3的工作电压(即反向击穿电压)随温度的变化会有改变，即使工作电流一定，电压也会有波动，一般，高于5V的稳压管3具有正温度系数，低于5V的稳压管3呈负温度系数。本实施例中的稳压管3是将一个5.5V的硅稳压管与一个硅二极管反向串连，工作时，硅稳压管处于反向击穿，硅二极管工作于正向导通，硅稳压管表现出一定正向变化，而硅二极管表现出一定负向变化，两种变化近于抵消，于是总电压几乎不变，获得了特别稳定的参考电压输出。稳压管3输出参考电压一般在6.2V～6.5V，参考电压的稳定度决定了最后形成的+10.00V基准电压的稳定度。
在稳压管3组装进电路前，先测量稳压管3的温度-电流曲线，根据稳压管3的温度-电流曲线，选择电压稳定度最高时对应的电流为目标电流，相对应的电压为参考电压；在本实施例中，稳压管3的目标电流为1mA，在这个电流上工作，在全温范围得到的参考电压更稳定，电压变化范围低至0～2mV。
组建基准电压电路，根据选择的稳压管3的最佳工作电流1mA，参考电压6.2V，稳压管3的电路供电电压E，也必须足够稳定，否则就不能保证工作电流稳定。计算出第一可调节电阻6的等效阻值：R＝(10V-6.2V)/1mA＝3.8KΩ；调节可调节电阻RA1和可调节电阻RA2，使满足第一可调节电阻6的等效阻值；可调节电阻RA1、可调节电阻RA2和定值电阻R2均为高温电阻，即温度系数小的电阻，一般要求温度系数小于15PPM/℃，精度小于0.1％。
运算放大器2的V+＝6.20V，运算放大器2的V-＝6.20V，本实施例中的射极输出器1自身的工作压降为0.5V，调节第二可调节电阻7，使运算放大器2的输出电压为10.5V，故经过射极输出器1输出的电压稳定在+10V，即基准电压V0为10V。
10V基准电压电路正常工作时，三极管4和二极管5均处于反向偏置，不导通，相当于没有三极管4和二极管5，故先认为开路。当电路进入一种反常状态，即运算放大器2的输出电压为-13V(饱和输出)，导致射极输出器1截止。基准电压V0＝0，V+＝V-＝0，于是运算放大器2的输出电压一直停留在-13V，由于射极输出器1保持截止，电路不再成闭环。通过增加了反向偏置的三极管4，克服了这一反常状态。反向偏置三极管4后，当运算放大器2的输出电压跃入-13V时，三极管4便导通，运算放大器2的V-被拉低，V-<V+，于是运算放大器2的输出电压即时转为正电压，三极管4不导通，射极输出器1导通，基准电压V0进入正电压，又保证V+>V-，运算放大器2的输出电压为正，于是射极输出器1继续处于放大状态，整个电路处于闭环，基准电压V0被调整到+10V。
该10V基准电压源，采用稳压管3构成一个高稳定度的参考电压源，经过运算放大器2(由+15V公共电源供电)的配合，由射极输出器1输出稳定度达标又有足够负载能力的+10.00V基准电压；该10.00V基准电压在全温(0～135℃)
内变化<+5mV，并具有足够负载能力。
参见图2，将10V基准电压电路进行简化。射极输出器1可以使运算放大器2的输出电压不随着负载轻重的变化而变化，基准电压电路的稳压原理：当负载加重，基准电压V0便要降低，这时运算放大器2的V+不变，而运算放大器2的V-降低，导致射极输出器1的输出增加，使基准电压V0增加，最终的结果是基准电压V0基本保持稳定；反之，如果负载变轻，基准电压V0出现增加趋势，则运算放大器2的V-增加，导致射极输出器1的输出降低，便引起基准电压V0下降，最终的结果基准电压V0基本保持稳定，因此基准电压V0便得以自动稳定。这是一个直流稳压负反馈电路，由于运算放大器2工作于开环，电压增益很大，基准电压V0获得了高稳定度。
射极输出器1的Vbe压降即使有变化，也不会影响基准电压V0的稳定度，因为运算放大器2工作在开环状态，其电压增益很大(≈∞)，第二分压单元第二可调节电阻7和固定电阻R1的分压比必须高度稳定，需要用精密的高温电阻，一般要求温度系数小于15PPM/℃，精度小于0.1％。
运算放大器2工作于开环，电压增益很大，故V+≈V-，相当于虚短路。运算放大器2的V+端输入电流很小，参考电源近于空载；10V基准电压V0除用于三参数板的测温、测压等电路外，同时使稳压管3的工作电流得以稳定。
Claims (10)
1.一种高精度低温漂基准电压电路，其特征在于：包括射极输出器(1)、运算放大器(2)、第一分压单元和第二分压单元；
所述射极输出器(1)的输入端连接外部正电源，其输出端为基准电压输出端；
所述运算放大器(2)的输出端与射极输出器(1)的控制端连接；所述运算放大器(2)的电源输入正端连接外部正电源，电源输入负端连接外部负电源；
所述第一分压单元包括串联的稳压管(3)和第一可调节电阻(6)；稳压管(3)的正极连接GND，稳压管(3)的负极同时与第一可调节电阻(6)的第一端、运算放大器(2)的同相输入端连接；第一可调节电阻(6)的第二端与射极输出器(1)的输出端连接；
所述第二分压单元包括串联的第二可调节电阻(7)和固定电阻R1，第二可调节电阻(7)的第一端与GND连接，第二可调节电阻(7)的第二端同时与定值电阻R1的第一端、运算放大器(2)的反相输入端连接；固定电阻R1的第二端与射极输出器(1)的输出端连接。
2.根据权利要求1所述的高精度低温漂基准电压电路，其特征在于：
所述稳压管(3)包括一个硅稳压管与一个硅二极管，硅稳压管与硅二极管反向串连。
3.根据权利要求2所述的高精度低温漂基准电压电路，其特征在于：
所述稳压管(3)的输出电压为6.2V～6.5V。
4.根据权利要求3所述的高精度低温漂基准电压电路，其特征在于：
所述第一可调节电阻(6)包括串联的可调节电阻RA和定值电阻R2；
所述可调节电阻RA包括并联的可调节电阻RA1和可调节电阻RA2；
所述可调节电阻RA1和可调节电阻RA2均满足温度系数小于15PPM/℃，精度小于0.1％。
5.根据权利要求4所述的高精度低温漂基准电压电路，其特征在于：
所述第二可调节电阻(7)包括并联的可调节电阻RB和定值电阻R3；
所述可调节电阻RB包括串联的可调节电阻RB1和可调节电阻RB2；
所述可调节电阻RB1和可调节电阻RB2均满足温度系数小于15PPM/℃，精度小于0.1％。
6.根据权利要求1-5任一所述的高精度低温漂基准电压电路，其特征在于：
还包括反向偏置的三极管(4)，三极管(4)的集电极与运算放大器(2)的输出端连接，三极管(4)的发射极和基极均与运算放大器(2)的反相输入端连接。
7.根据权利要求6所述的高精度低温漂基准电压电路，其特征在于：
还包括反向偏置的二极管(5)，二极管(5)的正极与GND连接，二极管(5)的负极与射极输出器(1)的输出端连接。
8.根据权利要求7所述的高精度低温漂基准电压电路，其特征在于：
还包括第一电容C1和第二电容C2，第一电容C1的一端与运算放大器(2)的电源输入正端连接，另一端与GND连接；第二电容C2的一端与运算放大器(2)的电源输入负端连接，另一端与GND连接。
9.一种高精度低温漂基准电压电路的调试方法，基于权利要求1-8任一所述的高精度低温漂基准电压电路，包括以下步骤：
S1、获取稳压管(3)的温度-电流曲线；
S2、根据温度和稳压管(3)的温度-电流曲线，确定稳压管(3)的目标电流和对应的参考电压；
S3、组建基准电压电路，根据目标电流，调节第一可调节电阻(6)，使稳压管(3)的输出稳定的参考电压，所述参考电压与运算放大器(2)的同相输入端电压相同；
S4、调节第二可调节电阻(7)，实现对运算放大器(2)的反相输入端电压的调节，使射极输出器(1)的输出端电压为所需基准电压。
10.根据权利要求9所述的高精度低温漂基准电压电路的调试方法，其特征在于：
步骤S3中，参考电压为6.2V～6.5V。
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| CN202210657049.9A CN114995570A (zh) | 2022-06-10 | 2022-06-10 | 一种高精度低温漂基准电压电路及其调试方法 |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN115494900A (zh) * | 2022-09-22 | 2022-12-20 | 上海概伦电子股份有限公司 | 基准电压扩展方法、***、设备和计算机可读存储介质 |
| CN116995906A (zh) * | 2023-07-11 | 2023-11-03 | 江苏展芯半导体技术有限公司 | 一种尖峰电压抑制电路 |
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2022
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| CN115494900B (zh) * | 2022-09-22 | 2024-02-06 | 上海概伦电子股份有限公司 | 基准电压扩展方法、***、设备和计算机可读存储介质 |
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