Эталон запрещенной зоны Брокау

Источник опорного напряжения Брокау — это схема опорного напряжения, широко используемая в интегральных схемах , с выходным напряжением около 1,25 В и низкой температурной зависимостью. Эта конкретная схема представляет собой один из типов источника опорного напряжения на запрещенной зоне , названного в честь Пола Брокау , автора его первой публикации. ^[1]

Как и все источники опорного напряжения, не зависящие от температуры, в схеме имеется внутренний источник напряжения с положительным температурным коэффициентом и еще один внутренний источник напряжения с отрицательным температурным коэффициентом. Суммируя эти два значения, температурную зависимость можно устранить. Кроме того, любой из двух внутренних источников можно использовать в качестве датчика температуры .

В схеме Брокоу схема использует отрицательную обратную связь (посредством операционного усилителя ) для подачи постоянного тока через два биполярных транзистора с разными площадями эмиттера. По Эберса – Молла модели транзистора :

Транзистор с большей площадью эмиттера требует меньшего напряжения база-эмиттер для того же тока.
Разница . между двумя напряжениями база-эмиттер имеет положительный температурный коэффициент (т. е. увеличивается с температурой)
Напряжение база-эмиттер каждого транзистора имеет отрицательный температурный коэффициент (т. е. уменьшается с температурой).

Выходной сигнал схемы представляет собой сумму одного из напряжений база-эмиттер с кратной разностью напряжений база-эмиттер. При правильном выборе компонентов два противоположных температурных коэффициента будут точно компенсировать друг друга, и выходной сигнал не будет зависеть от температуры.

В показанном примере схемы операционный усилитель обеспечивает одинаковое напряжение на его инвертирующем и неинвертирующем входах. Это означает, что токи в каждом коллекторном резисторе одинаковы, поэтому токи коллектора Q1 и Q2 также идентичны. Если Q2 имеет площадь эмиттера, $N$ раз больше, чем у Q1, его напряжение база-эмиттер будет ниже, чем у Q1, на величину ${\tfrac {kT}{q}}\ln(N)$ . Это напряжение создается на $R2$ и таким образом определяет текущий $I$ в каждой ноге как ${\tfrac {kT}{q}}\ln(N){\tfrac {1}{R2}}$ . Таким образом, выходное напряжение (на выходе операционного усилителя) равно $V_{BE_{Q1}}+2\cdot I\cdot R1$ , или:

$V_{BE_{Q1}}+2{\tfrac {kT}{q}}\ln(N){\tfrac {R1}{R2}}\,.$

Первый член имеет отрицательный температурный коэффициент; второй член имеет положительный температурный коэффициент (из его $T$ ). Путем соответствующего выбора $N$ и $R1$ и $R2$ , эти температурные коэффициенты можно отменить, что даст выходное напряжение, практически не зависящее от температуры. Можно показать, что величина этого выходного напряжения примерно равна напряжению запрещенной зоны (EG0) кремния, экстраполированному до 0 К.

См. также

ЛМ317

Ссылки

^ Брокау, П. , «Простой эталон запрещенной зоны трехконтактной ИС», IEEE Journal of Solid-State Circuits , vol. 9, стр. 388–393, декабрь 1974 г.

Внешние ссылки

Оригинальный документ IEEE (pdf) — это документ 1974 года, описывающий схему.
Опорное напряжение транзистора и какое отношение к нему имеет запрещенная зона . В этом видео 1989 года Пол Брокоу объясняет свое опорное напряжение запрещенной зоны.
Как создать источник опорного напряжения в запрещенной зоне за один простой урок, автор: А. Пол Брокоу из IDT
ELEN 689-602: Введение в генераторы опорной запрещенной зоны . Включает подробное описание и анализ опорной запрещенной зоны Брокау.
Проектирование опорных схем с запрещенной зоной: испытания и невзгоды - Роберт Пиз, National Semiconductor (в книге «Лучшее от Боба Пиза», стр. 286, на рисунке 3 показана ячейка Брокау)
ECE 327: Пример опорного напряжения запрещенной зоны LM317 . Краткое объяснение независимой от температуры схемы опорного напряжения запрещенной зоны внутри LM317. Схема почти идентична, но в документе обсуждается, как схема позволяет различным токам через согласованные транзисторы (а не одному току через разные транзисторы) создавать одинаковые напряжения с противоположными температурными коэффициентами.

[Brokaw74-1] Брокау, П. , «Простой эталон запрещенной зоны трехконтактной ИС», IEEE Journal of Solid-State Circuits , vol. 9, стр. 388–393, декабрь 1974 г.

[1]