[其他]能隙差穩(wěn)壓電源

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 85100723
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85100723A
• 公開（公告）日: 1986-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張開遜
• 申請（專利權(quán)）人: 張開遜
• 主分類號: G05F1/614
• 分類號: G05F1/614
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明屬于電子學(xué)領(lǐng)域，屬于采用電子學(xué)方法獲得寬溫區(qū)低溫度系數(shù)穩(wěn)定直流電源的器件和電路發(fā)明。

目前低溫漂低內(nèi)阻穩(wěn)壓直流電源用兩種方法獲得：第一種方法采用處于反向擊穿狀態(tài)的擊穿電壓值具有正溫度系數(shù)的p-n結(jié)與正向?qū)ǖ膒-n結(jié)串聯(lián)，令其結(jié)電壓溫度系數(shù)相消，取其結(jié)電壓之和為輸出電壓，在一定溫區(qū)和工作電流范圍內(nèi)獲得低溫漂穩(wěn)壓電源，如中國電子產(chǎn)品2DW7系列穩(wěn)壓管。第二種方法采用兩個(gè)不同電流密度的硅晶體管e-b結(jié)電壓之差經(jīng)過后續(xù)有源器件電路處理，構(gòu)成線性集成電路，輸出電壓值等于硅半導(dǎo)體材料絕對零度禁帶寬度值的直流電壓，如美國NS（National????Semiconductor）公司電子產(chǎn)品LM113系列1.2伏特基準(zhǔn)穩(wěn)壓電源。第一種方法不能獲得低于5.5伏特的穩(wěn)壓值，p-n結(jié)反向擊穿電壓隨溫度的變化規(guī)律與p-n結(jié)正向電壓隨溫度的變化規(guī)律不同，只能在某一狹窄溫度區(qū)段近似抵消，限制了器件的使用溫區(qū)，同時(shí)在這種工作方式下電源功耗大，相互串聯(lián)的兩個(gè)p-n結(jié)功耗約為60mw。第二種方法只能獲得電壓值為1.2伏特的穩(wěn)壓源，工作溫區(qū)受到硅器件集成電路允許使用溫度的限制。這兩種穩(wěn)壓源都不能在低于-100℃和高于120℃的環(huán)境中工作。本發(fā)明采用與這兩種方法不同的方案設(shè)計(jì)制造覺溫區(qū)低功耗低溫度系數(shù)具有多種輸出電壓值的直流穩(wěn)壓電源，為低溫、高溫電子電路及袖珍式測量儀表提供一種新型的供電電源和參考電壓基準(zhǔn)。獲得的穩(wěn)定電壓值是兩種半導(dǎo)體材料絕對零度禁帶寬度值或兩種肖特基二極管勢壘高度值的差，簡稱能隙差穩(wěn)壓電源。

圖1-能隙差穩(wěn)壓電源工作原理示意圖。圖中橫坐標(biāo)T表示溫度，縱坐標(biāo)V表示p-n結(jié)正向電壓。曲線1-絕對零度禁帶寬度值為Eg₀₁的半導(dǎo)體材料p-n結(jié)正向電壓與溫度的關(guān)系，實(shí)線為實(shí)驗(yàn)值，虛線為延伸作圖線，曲線2-絕對零度禁帶寬度值為Eg₀₂的半導(dǎo)體材料p-n結(jié)通過工作電流調(diào)節(jié)之后正向電壓變化率與曲線1相同時(shí)正向電壓與溫度的關(guān)系，實(shí)線為實(shí)驗(yàn)值，虛線為延伸作圖線，3-兩條作圖延伸線與縱坐標(biāo)軸交點(diǎn)縱坐標(biāo)之差△V＝（Eg₀₂-Eg₀₁）/q，4-能隙差穩(wěn)壓電源的工作溫區(qū)，5-能隙差穩(wěn)壓電源的輸出電壓值（Eg₀₂-Eg₀₁）/q。

圖2-能隙差穩(wěn)壓電源的基本構(gòu)成和工作方式示意圖。1-第1p-n結(jié)，2-第2p-n結(jié)，3-為第1p-n結(jié)供電的電流源，4-為第2p-n結(jié)供電的電流源，5-輸出端，6-使兩個(gè)p-n結(jié)等溫的均熱裝置。

圖3-一種進(jìn)一步降低內(nèi)阻的能隙差穩(wěn)壓電源電路原理圖。1-限流電阻，2-第1p-n結(jié)，3-平衡電阻，4-運(yùn)算放大器，5-限流電阻，6-第2p-n結(jié)，7-平衡電阻，8-運(yùn)算放大器，9-輸出端，10-直流電源。

圖4-一種可以連續(xù)調(diào)節(jié)電壓值的能隙差穩(wěn)壓電源電路原理圖。1-第1p-n結(jié)，2-第2p-n結(jié)，3-運(yùn)算放大器，4-可變電阻，5-直流電源，6-輸出端，7、8、9、10、11、12、13、14-固定電阻。

圖5-用1.5V干電池獲得電壓值為0.35伏特的低功耗低溫漂穩(wěn)壓電源的構(gòu)成電路原理圖。1-砷化鎵p-n結(jié)，2-硅p-n結(jié)，3-510Ω電阻，4-420Ω電阻，5-2KΩ電阻，6-1KΩ電位器，7-1.5伏特干電池，8-輸出端。

采用置于相同溫場中禁帶寬度不同的兩種半導(dǎo)體p-n結(jié)（或勢壘高度不同的兩種肖特基二極管）正向?qū)妷褐钭鳛檩敵鲭娫?，分別調(diào)節(jié)其正向電流，使其具有相同的正向電壓溫度系數(shù)。在本征激發(fā)和材料體電阻可以然略不計(jì)的條件下，正向?qū)ǖ膒-n結(jié)結(jié)電壓具有如下函數(shù)形式

V_F＝ (Ego)/(q) +F（T，I_F）

其中V_F-p-n結(jié)正向電壓，單位為伏特

Ego-半導(dǎo)體材料絕對零度禁帶寬度值，單位為電子伏特

q-電子電荷量，q＝1.6×10^-19庫侖

F（T，I_F）-溫度T的準(zhǔn)線性函數(shù)，函數(shù)值與正向電流I_F有關(guān)。