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二极管做带隙基准的原因?

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二极管作为带隙基准的原因主要在于其独特的物理特性,这些特性使得二极管能够在不同的温度条件下保持相对稳定的电压输出。以下是详细解释:

PN结的特性

二极管具有一个PN结,其基极-发射结在正向偏置时会产生一个正向电压(VBE)。这个电压具有负温度系数,意味着随着温度的升高,VBE会减小。

不同电流密度下的两个PN结二极管的基极-发射极正向电压之差具有正温度系数,这意味着这个差值会随着温度的升高而增大。

带隙基准的原理

带隙基准利用了上述的正负温度系数特性,通过组合这两个电压来生成一个与温度无关的基准电压。具体来说,一个二极管在某个固定电流密度下工作,产生的电压具有负温度系数,而另一个二极管在较高的电流密度下工作,产生的电压具有正温度系数。这两个电压的差值(即VBE+KVT)在温度变化时保持相对稳定,从而形成一个与温度无关的基准电压。

优势

带隙基准的主要优势在于其输出电压与电源电压和工艺参数的关系很小,但与温度的关系是确定的,这使得它在各种温度条件下都能保持稳定的性能,特别适用于需要高精度和稳定性的电路,如数/模转换器、模/数转换器等。

实现方式

实际应用中,可以通过放大两个正向偏置的二极管的压差来实现带隙基准。具体电路设计中,通常会选择合适的电流密度来确保正负温度系数的电压能够有效地相互抵消,从而得到一个稳定的基准电压。

综上所述,二极管作为带隙基准的原因在于其能够利用PN结的正负温度系数特性,通过简单的电路设计实现一个与温度无关且稳定的基准电压。这种方法在集成电路和电源管理中得到了广泛应用。