淺談齊納二極管和并聯(lián)拓撲 如何選擇合適的分流電阻器

還有什么比參考電壓更基本的東西——一個簡單的、恒定的參考電壓？與所有設(shè)計主題一樣，需要權(quán)衡取舍。本文討論了不同類型的電壓基準、它們的關(guān)鍵規(guī)格以及設(shè)計權(quán)衡，包括精度、溫度無關(guān)性、電流驅(qū)動能力、功耗、穩(wěn)定性、噪聲和成本。

理想

理想電壓基準具有完美的初始精度，并能獨立于負載電流、溫度和時間的變化而保持其電壓。在現(xiàn)實世界中，設(shè)計人員必須進行權(quán)衡，例如：初始電壓精度、電壓溫度漂移和遲滯、電流源和吸收能力、靜態(tài)電流（或功耗）、長期穩(wěn)定性、噪聲和成本。

參考類型

兩種最常見的參考類型是齊納和帶隙。齊納二極管通常用于兩端并聯(lián)拓撲。帶隙基準通常用于三端串聯(lián)拓撲。

齊納二極管和并聯(lián)拓撲

齊納二極管是針對在反向偏置擊穿區(qū)域中工作而優(yōu)化的二極管。由于擊穿是相對恒定的，它可用于通過反向驅(qū)動已知電流來產(chǎn)生穩(wěn)定的參考。

齊納二極管的一大優(yōu)勢是可用的電壓范圍很廣，從 2V 到 200V。它們還具有廣泛的功率處理能力，從幾毫瓦到幾瓦不等。

齊納二極管的主要缺點是它們對于高精度應(yīng)用來說不夠精確，而且它們的功耗使得它們很難適用于低功率應(yīng)用。一個例子是 BZX84C2V7LT1G，它的擊穿電壓或標稱參考電壓為 2.5V，變化范圍為 2.3V 至 2.7V，精度為 ±8%。這僅適用于精度要求不高的應(yīng)用。

齊納參考的另一個問題是輸出阻抗。我們上面的例子的內(nèi)部阻抗在 5mA 時為 100Ω，在 1mA 時為 600Ω。根據(jù)負載電流的變化，非零阻抗會導(dǎo)致參考電壓的額外變化。選擇具有低輸出阻抗的齊納二極管可以最大限度地減少這種影響。

埋入式齊納二極管是一種特定類型的齊納二極管，由于其結(jié)構(gòu)將它們置于硅表面之下，因此比普通齊納二極管更穩(wěn)定。

實際齊納二極管的替代方案是模擬齊納二極管的有源電路。電路允許器件顯著改進齊納二極管的經(jīng)典局限性。MAX6330就是這樣一種器件。它在 100μA 至 50mA 的負載變化范圍內(nèi)具有嚴格的 1.5%（最大）初始精度。這種類型的 IC 的典型實現(xiàn)如圖 1 所示。

選擇合適的分流電阻器

所有分流配置參考都需要一個與參考元件串聯(lián)的限流電阻器。它可以從以下等式計算：

RS = (VIN(max) – VSHUNT (min))/(ISHUNT (max) + ILOAD(min)) ≤ RS ≤ (VIN (min) – VSHUNT (max))/(ISHUNT (min) + ILOAD (max) )

其中：

• VIN 是輸入電壓范圍
• VSHUNT 是穩(wěn)壓電壓
• ILOAD 是輸出電流范圍
• ISHUNT 是最小分流工作電流

請注意，無論是否存在負載，分流電路始終消耗 ILOAD（最大值）+ISHUNT。

通過適當(dāng)調(diào)整 RS 的大小，相同的分流器可用于 10VIN 或 100VIN。為 RS 選擇最大的標稱電阻值可實現(xiàn)最低的電流消耗。請記住提供一個安全裕度，以納入所用電阻器的最壞情況容差。您還應(yīng)該確保電阻器的額定功率足夠，使用以下兩個通用功率方程之一：

PR = IIN(VIN(max) – VSHUNT)

= I2INRS

= (VIN(max) – VSHUNT)2/RS

編輯：hfy