二極管正向壓降與二極管整流同樣實(shí)用，它會(huì)隨溫度的不同而發(fā)生很大變化，從而導(dǎo)致?lián)p耗增加，使電源出現(xiàn)容許誤差。

 

雖然不可能消除損耗，但可以使用二極管來(lái)減少某些應(yīng)用中的容差錯(cuò)誤。本文將通過(guò)三個(gè)實(shí)例來(lái)展示如何達(dá)成這一目標(biāo)。

 

您可以使用一個(gè)電阻器和一個(gè)齊納二極管構(gòu)建一款簡(jiǎn)單的低電流穩(wěn)壓器。這種穩(wěn)壓器通常適用于非臨界應(yīng)用，如內(nèi)部偏置電壓等。一般來(lái)說(shuō)，電路會(huì)將輸出電壓的容許誤差控制在約±10%的范圍，但也可能通過(guò)串聯(lián)一個(gè)二極管來(lái)改進(jìn)調(diào)節(jié)功能。

 

圖1顯示了在齊納二極管電路中串聯(lián)一個(gè)二極管，曲線繪制了齊納二極管的不同電壓對(duì)應(yīng)的溫度系數(shù)。當(dāng)穩(wěn)壓二極管電壓大于4.7V時(shí)，溫度系數(shù)逐漸變?yōu)檎龜?shù)，因此當(dāng)工作溫度升高時(shí)，齊納二極管電壓隨之升高。如果與溫度系數(shù)為負(fù)值的二極管配對(duì)，通過(guò)降低二極管正向電壓，齊納二極管增加的電壓會(huì)被抵銷，從而消除溫度誤差。

 

齊納二極管電壓小于4.7V時(shí)，對(duì)應(yīng)的溫度系數(shù)為負(fù)值，串聯(lián)一個(gè)二極管實(shí)際上會(huì)增大調(diào)節(jié)誤差。

 

圖1：將正溫度系數(shù)齊納二極管與負(fù)溫度系數(shù)二極管串聯(lián)可以降低溫度誤差。

 

例如，7.5V的齊納二極管的溫度系數(shù)為+5mV/°C，而傳統(tǒng)二極管(BAT16)的溫度系數(shù)在10mA電流下約為-1.6mV/°C。二極管電流非常小時(shí)，溫度系數(shù)會(huì)逐漸變小(-3mV/°C)，因此務(wù)必在齊納二極管有電流經(jīng)過(guò)時(shí)進(jìn)行檢查。理想的情況是正負(fù)溫度系數(shù)完全相互抵消，但是這不切實(shí)際也沒(méi)有必要，簡(jiǎn)單的改進(jìn)便已足夠。在二極管具有高電壓且正溫度系數(shù)更高的情況下，可以使用兩個(gè)（或兩個(gè)以上）二極管改進(jìn)抵消的效果。

 

圖2顯示了在工作溫度范圍為25°C~100°C時(shí)，在沒(méi)有串聯(lián)二極管、串聯(lián)一個(gè)二極管和串聯(lián)兩個(gè)二極管的情況下，圖1中計(jì)算得出的電壓調(diào)整偏差與不同齊納二極管輸出電壓的對(duì)比情況。圖2中的垂直線顯示增加串聯(lián)二極管后，在7.5V輸出電壓下，與溫度相關(guān)的誤差可以減少3~5%。

 

圖2：將一個(gè)或多個(gè)二極管與電壓值超過(guò)4.7V的齊納二極管串聯(lián)可以降低電壓調(diào)節(jié)誤差。

 

第2個(gè)例子中使用了轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器要求電平移位器向控制電路發(fā)送輸出電壓信息。

 

圖3是一個(gè)負(fù)輸入到正輸出的反相降壓-升壓電路?？刂齐娐芬?Vin軌為基準(zhǔn)，輸出電壓以接地端為基準(zhǔn)。為了使控制電路精確調(diào)整輸出電壓，電平移位器重建了“FB和-Vin”間的差分“Vout到GND”電壓。在這一實(shí)現(xiàn)中，約等于(Vout - Vbe Q1)/R的電流源從Vout流向Vin。電流在較低電阻中流動(dòng)，重建以-Vin為基準(zhǔn)的輸出電壓。增加Q2，配置成二極管，可以恢復(fù)Q1產(chǎn)生的Vbe壓降損失。此時(shí)，除了與beta相關(guān)的小誤差，F(xiàn)B引腳處的電平位移電壓差不多復(fù)制了Vout和GND間的電壓。

 

增加“二極管”Q2的一個(gè)好處是可以使Q2的正向電壓和Q1的電壓非常接近，因?yàn)榱鹘?jīng)這兩者的電流幾乎完全一樣。要想獲得與Q2匹配的最佳電壓，應(yīng)使用與Q1同樣的電阻器。另一個(gè)好處是兩個(gè)電阻器具有相同的溫度系數(shù)，使兩者可以更準(zhǔn)確地追蹤彼此的正向電壓。與Vbe變化相關(guān)的溫度誤差顯著減少，因?yàn)樗鼈儽舜讼嗷サ窒?(VFB ~ Vout — Vbe Q1 + Vbe Q2)。將Q1和Q2放在相鄰的位置非常重要，因?yàn)檫@樣兩者就處于相同的溫度下，如有可能，請(qǐng)使用雙晶體管封裝。

 

圖3：電平移位器用Q2抵消Q1相關(guān)的變化。

 

圖4的第3個(gè)示例顯示帶有一組電荷泵級(jí)的升壓轉(zhuǎn)化器，每級(jí)“n” 向總輸出增加近似“V1”，得到結(jié)果 “Vn + 1”。

 

圖4：電荷泵二極管壓降可以相互抵消。

 

總輸出電壓的近似值為：

 

 

在公式（1）中，可以看出Vn+1很大程度上由n的倍數(shù)決定，但受到二級(jí)管正向壓降相關(guān)的“誤差項(xiàng)”和電荷泵轉(zhuǎn)換電容紋波電壓的影響，會(huì)有所減少。假設(shè)所有二極管都是相同類型的，那么它們的正向電壓等于：

 

VD1 = VDa = VDb，得出公式（2）：

 

 

公式（2）中，右邊的“誤差項(xiàng)”使輸出電壓低于理想的n+1倍。要改進(jìn)這點(diǎn)，VDa和VDb使用肖特基二極管，而VD1使用傳統(tǒng)二極管，正向電壓降等于：

 

VDa = VDb = VD1/2，得出公式（3）：

 

 

從公式（3）可以看出，減少二極管壓降相關(guān)的誤差項(xiàng)從而進(jìn)一步增加輸出電壓是可能的。但公式（3）仍然只是一個(gè)近似值，輸出電壓增加的概念是有效的。

 

二極管正向電壓和溫度變化常常會(huì)降低電路的性能，但不一定總是如此。這些設(shè)計(jì)實(shí)例展示的方法都有可能抵消或最大程度減小二極管溫度相關(guān)的誤差。

 

本文轉(zhuǎn)載自電子技術(shù)設(shè)計(jì)。