摘要參考電壓源電路是模擬集成電路及電氣電子設(shè)備的基本組成單元。一個應(yīng)用廣泛的基本電路。我們所說的參考電壓源，就是能夠提供高穩(wěn)定性的基準(zhǔn)電源的電路，它們之間的參考電壓和電源，工藝參數(shù)，溫度的變化關(guān)系是非常小的。然而，它的溫度穩(wěn)定性和抗噪聲性能夠影響到整個電路系統(tǒng)。該系統(tǒng)的精度在很大程度上取決于內(nèi)部或外部的基準(zhǔn)精度。如果沒有一個滿足要求的參考電路，它不就能正確和有效的實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)定的性能。本文的目的是基于雙極晶體管基準(zhǔn)源的TL431可調(diào)穩(wěn)壓器集成電路的仿真與分析。本文首先介紹了基準(zhǔn)電壓源的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀以及趨勢。然后詳細介紹基準(zhǔn)電壓源電路的基本結(jié)構(gòu)以及基本的原理，并對幾種不同的雙極型基準(zhǔn)電壓源電路做以簡單的介紹。其次對電路仿真軟件進行介紹，最后運用電路仿真軟件SPECTURE對TL431串聯(lián)集成穩(wěn)壓基準(zhǔn)電路進行仿真并詳細分析其結(jié)果。仿真分析的類型主要有直流工作點分析，交流分析，傅里葉分析，噪聲分析，噪聲系數(shù)分析，失真分析，直流掃描分析，靈敏度分析，參數(shù)掃描分析，溫度掃描分析等。仿真分析結(jié)果顯示，基準(zhǔn)電壓源電路具有較高的穩(wěn)定性，電壓源的直流輸出電平比較穩(wěn)定，而且這個直流電平對電源電壓和溫度不敏感。關(guān)鍵詞基準(zhǔn)電壓源,TL431,仿真分析,SPECTURE,溫度系數(shù)ABSTRACTTHEREFERENCEVOLTAGESOURCEISABASICMODULEOFTHEVERYWIDERANGEOFAPPLICATIONSINTHEDESIGNOFANALOGINTEGRATEDCIRCUITSWHATWECALLTHEREFERENCEVOLTAGESOURCEISABLETOPOWERPROVIDEHIGHSTABILITYOFTHEBASELINEPOWERTOTHECIRCUIT,THISRELATIONSHIPBETWEENTHEPICTUREREFERENCEANDTHEPOWER,PROCESSPARAMETERSANDTEMPERATUREISVERYSMALL,HOWEVER,ITSIMPORTTEMPERATURESTABILITYANDRESISTANCETONOISEPERFORMANCEOFWITHTHEACCURACYANDPERFORMANCEOFTHEENTIRECIRCUITSYSTEMTHEACCURACYOFTHESYSTEMTOALARGEEXTENTDEPENDSONTHEBEGINISACCURACYOFTHEINTERNALOREXTERNALREFERENCE,THEREISNOONETOMEETTHEREQUIREMENTSOFTHEISREFERENCECIRCUIT,ITCANNOTCORRECTANDEFFECTIVESYSTEMOFPRESETPERFORMANCETHEPURPOSEOFTHISPAPERISBASEDONBIPOLARTRANSISTORSREFERENCETL431ADJUSTABLEVOLTAGEREGULATORICISSIMULATIONANDANALYSISATTHEBEGINNINGOFTHISARTICLE,FIRSTINTRODUCEDTHEDEVELOPMENTSTATUSANDTRENDSOFTHEREFERENCEVOLTAGESOURCEATHOMEANDABROADANDTHENDETAILSTHEBASICSTRUCTUREOFTHEREFERENCEVOLTAGESOURCECIRCUITANDTHEBASICPRINCIPLE,ANDSEVERALDIFFERENTBIPOLARVOLTAGEREFERENCECIRCUITWITHASIMPLEINTRODUCTIONSECOND,THECIRCUITSIMULATIONSOFTWAREMULISIMFINALLY,THECIRCUITSIMULATIONSOFTWARESPECTURETL431SERIESINTEGRATEDVOLTAGEREGULATORREFERENCECIRCUITSIMULATIONANDDETAILEDANALYSISOFTHERESULTSSIMULATIONANALYSISOFTHEMAINTYPESOFDCOPERATINGPOINTANALYSIS,ACANALYSIS,FOURIERANALYSIS,NOISEANALYSIS,NOISEFIGURE,DISTORTIONANALYSIS,DCSWEEPANALYSIS,SENSITIVITYANALYSIS,PARAMETERSWEEPANALYSIS,TEMPERATURESCANNINGSIMULATIONANDANALYSISOFSIMULATIONRESULTSSHOWTHATTHEVOLTAGEREFERENCECIRCUITHASAHIGHSTABILITYOFTHEDCVOLTAGESOURCEOUTPUTLEVELISRELATIVELYSTABLE,ANDTHEDCLEVELISNOTSENSITIVETOTHESUPPLYVOLTAGEANDTEMPERATUREKEYWORDSREFERENCEVOLTAGESOURCE,THETL431,SIMULATION,SPECTURE,TEMPERATURECOEFFICIENT目錄1緒論411國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢512課題研究的目的意義613本文的主要內(nèi)容72基準(zhǔn)電壓源電路和偏置的電流源電路721基準(zhǔn)電壓源的結(jié)構(gòu)7211直接采用電阻和管分壓的基準(zhǔn)電壓源7212有源器件與電阻串聯(lián)所組成的基準(zhǔn)電壓源8213雙極型三管能隙基準(zhǔn)源10214雙極型二管能隙基準(zhǔn)源1222的溫度特性14BEV23對溫度不敏感的偏置1424對電源不敏感的偏置18本章小結(jié)203高精度可調(diào)式精密穩(wěn)壓集成電路TL431的工作原理與運用2131精密穩(wěn)壓器TL431的內(nèi)部結(jié)構(gòu)2132TL431的工作原理與參數(shù)22321TL431的具體工作原理22322TL431的特點和參數(shù)2633TL431的典型運用電路26331基準(zhǔn)電壓源電路26332恒流源電路27333電壓比較器電路28334電壓監(jiān)視器電路2934TL431應(yīng)用所注意的事項30本章小結(jié)304高精度可調(diào)式精密穩(wěn)壓電路TL431的仿真3141CANDENCE以及SPECTURE仿真器的介紹3142整體電路的仿真32421直流特性仿真32422瞬態(tài)特性仿真34423溫度特性的仿真34424電源抑制比仿真35425開環(huán)電壓增益仿真36426應(yīng)用電路的仿真37本章小結(jié)38結(jié)論39致謝40參考文獻411緒論基準(zhǔn)電壓源（REFERENCEVOLTAGE）是指在模擬電路、混合信號電路中用作電壓基準(zhǔn)的參考電壓源,它具有很多的優(yōu)點，典型的是相對較高的精度和穩(wěn)定度。它的穩(wěn)定性和抗噪聲性會影響到整個電路系統(tǒng)的精度和性能。模擬電路使用基準(zhǔn)源，抑或為了得到與電源無關(guān)的偏置，抑或為了得到與溫度無關(guān)的偏置，它的性能好壞將會直接影響到電路的性能穩(wěn)定?；鶞?zhǔn)源是電子電路中不可或缺的一部分，因此性能優(yōu)良的基準(zhǔn)源是一切電子系統(tǒng)設(shè)計最基本的和最關(guān)鍵的要求?；鶞?zhǔn)電路分為電流基準(zhǔn)電路和電源基準(zhǔn)電路。無論是電壓基準(zhǔn)還是電流基準(zhǔn)都要以求輸出特性必須達到穩(wěn)定，包括較高的電源電壓抑制比、較低BEBEVRI2132的溫度系數(shù)，以及良好的負載特性和工藝無關(guān)性。理想的基準(zhǔn)電路所提供的電壓或者電流是不隨其它任意條件的改變而變化。然而，通常在實際的電路中，這種情況是不可能實現(xiàn)的。因此只能通過版圖技術(shù)、電路結(jié)構(gòu)原理上的改進、優(yōu)化設(shè)計和工藝的改進等方面來進一步提高基準(zhǔn)電路輸出電壓的穩(wěn)定性或者電流的穩(wěn)定性。從電路技術(shù)上的方法上，有多個實現(xiàn)途徑。通常可以利用VBE、耗盡管、齊納二極管的反向擊穿電壓等產(chǎn)生TH的電壓。為了能夠滿足高性能的電路對電壓基準(zhǔn)電路的要求，因此可以采用帶隙基準(zhǔn)的原理來得到。隨著電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的進一步繁瑣性，在模擬電路基本模塊的應(yīng)用中，例如A/D、D/A轉(zhuǎn)換器、濾波器及鎖相環(huán)等電路。其中，基準(zhǔn)電壓源是電壓穩(wěn)壓器中所必備的一個電路單元，它是DCDC轉(zhuǎn)換器中不可或缺的單元組成部分，在各種要求較高精確度的電壓表、歐姆表、電流表等儀器里都需要穩(wěn)定的電壓基準(zhǔn)源。11國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢在模擬集成電路設(shè)計中，參考電壓源是一個應(yīng)用范圍十分廣泛的基本模塊。我們所說的參考電壓源，就是能夠提供高穩(wěn)定性的基準(zhǔn)電源的電路，它們之間的參考電壓和電源，工藝參數(shù)，溫度的變化關(guān)系是非常小的。然而，它的溫度穩(wěn)定性和抗噪聲性能夠影響到整個電路系統(tǒng)。該系統(tǒng)的精度在很大程度上取決于內(nèi)部或外部的基準(zhǔn)精度。如果沒有一個滿足要求的參考電路，它就不可能正確和有效的實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)定的性能。雙極型工藝是集成電路最先發(fā)展起來的先進工藝，因此以雙極性型工藝制作出來的電壓或者電流基準(zhǔn)已經(jīng)達到了很高的性能和精度。在上世紀(jì)80年代，MOS工藝得到了迅速地發(fā)展。90年代以后，COMS憑借它的低功耗、高集成度，較好的穩(wěn)定性等特性逐漸占領(lǐng)了數(shù)字電子產(chǎn)品市場。近些年來，國內(nèi)外的各種研究機構(gòu)對CMOS工藝所實現(xiàn)的電壓基準(zhǔn)源作了大量研究，發(fā)表了諸多具有重要意義的學(xué)術(shù)論文?；鶞?zhǔn)電壓源在電路系統(tǒng)其中的技術(shù)發(fā)展主要表現(xiàn)在這幾個方面1）低溫度系數(shù)的基準(zhǔn)電壓源在要求精度高的應(yīng)用場合中，低溫度系數(shù)的基準(zhǔn)電壓源就尤為關(guān)鍵了。比如，對于高精度的A/D和D/A結(jié)構(gòu)、高精度的電流源和高精度的電壓源等。在設(shè)計低溫度系數(shù)的基準(zhǔn)電壓源時，一般必須進行高階的溫度補償。目前的高階溫度補償技術(shù)有以下幾種常見的VBE環(huán)路曲率補償法，非線性曲率補償法，還有基于電阻比值的溫度系數(shù)曲線補償方法等等。2）低電壓工作的基準(zhǔn)電壓源SOCSIGNALOPERATIONCONTROL主流工藝是CMOS工藝,目前，5V06UM、33V035UM、18V018UM、15V015UM、12V013UM、09V009UM等基準(zhǔn)的電源電壓已經(jīng)得到廣泛的使用。隨著集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，深亞微米技術(shù)開創(chuàng)了一個新的天地，使得集成電路的電源電壓也越來越低。因為帶隙基準(zhǔn)電壓在12V左右，所以一般的帶隙基準(zhǔn)源的工作電壓至少會在12V以上。如果采用特殊的電路結(jié)構(gòu)，帶隙基準(zhǔn)源就可以工作在1V左右。采用這些電路結(jié)構(gòu)后主要的工作電壓限制通常來自于運放的工作電壓，并且最終受限于MOS管的閾值電壓。傳統(tǒng)帶隙電壓基準(zhǔn)源的帶隙電壓為12V左右。然而，對于電源電壓低于12V的電壓基準(zhǔn)必須要采用特殊的電路結(jié)構(gòu)。盡管通過采用特殊的器件和相關(guān)的工藝技術(shù)可以得到具有低電壓源電壓帶隙基準(zhǔn)源的電路，但是這與標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝技術(shù)并不兼容，因此大大增加了制造成本。另外，采用反饋調(diào)節(jié)回路和調(diào)節(jié)電流的模式就可以得到低電壓的帶隙基準(zhǔn)電壓源電路。3）低功耗的基準(zhǔn)電壓源低功耗一直是衡量電路性能好壞的指標(biāo)之一。作為集成電路的一個基本單元電路，低功耗也是基準(zhǔn)電壓源研究方向的一個重要方向。毫無疑問，低功耗電路可以延長電池的使用壽命。因此，低功耗設(shè)計對于依靠電源工作的便攜式設(shè)備具有非常重要的意義。其中，降低電路功耗的首選方法是將MOS晶體管偏置在亞閾值區(qū)。采用浮柵的MOS器件，也可以降低電路的功耗，但是這與標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝技術(shù)并不相兼容，成本比較高。4）高電源抑制比的基準(zhǔn)電壓源隨著數(shù)字集成電路和射頻集成電路的迅速發(fā)展以及在高頻電路中帶隙基準(zhǔn)源的廣泛使用。電源抑制比性能參數(shù)成為了基準(zhǔn)源電路在高頻和數(shù)?；旌想娐分械囊粋€重要衡量指標(biāo)。在數(shù)?；旌系募呻娐分?，電路中可能存在對模擬電路信號產(chǎn)生干擾的現(xiàn)象，即是高頻的噪聲和數(shù)字電路產(chǎn)生噪聲地影響。在混合電路中，電壓基準(zhǔn)源應(yīng)該在較寬的范圍內(nèi)具有良好的電源抑制比特性，在有些設(shè)計中會使用運放結(jié)構(gòu)的帶隙基準(zhǔn)技術(shù)。在直流頻率時的PSRRPOWERSUPPLYRJECTIONRATIO，電源抑制比通常可以達到100DB，在1MHZ時的PSRR達80DB。然而，使用無運放結(jié)構(gòu)的負反饋帶隙基準(zhǔn)，在1KHZ的PSRR為90DB，在1MHZ時的PSRR為30DB。12課題研究的目的意義傳統(tǒng)的參考電壓源是基于齊納二極管的基本原理制成的。但是齊納二極管的擊穿電壓一般比所使用的電壓源電壓大，因此已過時，不再使用。隨著便攜式電子設(shè)備的日益普及，在基于低電源電壓集成電路的日益增長需求中，電池日漸得到長足發(fā)展。維德拉在20世紀(jì)70年代初，首次提出了帶隙基準(zhǔn)電壓源的概念和基本設(shè)計理念。因為它的優(yōu)勢在電源電壓，功耗，穩(wěn)定性中有很大的優(yōu)越性，因此已被廣泛應(yīng)用。現(xiàn)在有帶隙電壓基準(zhǔn)IC已被廣泛使用在軍事裝備領(lǐng)域，通訊設(shè)備，汽車電子，工業(yè)自動化控制和消費電子產(chǎn)品。參考電壓源是一個具有精密電壓基準(zhǔn)電路系統(tǒng)等功能的模塊，或通過轉(zhuǎn)換到其他模塊的高精度電流基準(zhǔn)，為其它的模塊提供準(zhǔn)確，穩(wěn)定的偏置電路。TL431是一種可調(diào)式的精密穩(wěn)壓集成電路，在功能上相當(dāng)于一只低溫可變的穩(wěn)壓二極管。在集成塊的內(nèi)部有一個25V的精密基準(zhǔn)電壓源，通過兩只外接電阻，其穩(wěn)壓值在25V與36V之間可以連續(xù)調(diào)節(jié)，輸出電流達100MA。我們利用TL431的這一特性，可以在數(shù)字電壓表、穩(wěn)壓電源、電源保護和運算放大等電路中，設(shè)計出很多的獨特電路。13本文的主要內(nèi)容通過對TL431的功能原理以及性能的分析，并逐漸深入的進行分析基于TL431電路的串聯(lián)穩(wěn)壓基準(zhǔn)電路，借用SPECTURE仿真工具對其進行電路模擬仿真，包括基準(zhǔn)源電路、鏡像電路、基本放大電路等。本文的主要內(nèi)容有1）介紹基準(zhǔn)源電壓電路研究的基本現(xiàn)狀，發(fā)展趨勢以及本課題研究的目的意義；2）介紹偏置電壓源和基準(zhǔn)電壓源電路的分類；3）介紹TL431的基本工作原理以及應(yīng)用電路；4）對TL431集成電路的模擬仿真分析，并進行參數(shù)等的優(yōu)化分析。2基準(zhǔn)電壓源電路和偏置的電流源電路基準(zhǔn)源主要分為基準(zhǔn)電壓源和基準(zhǔn)電流源，而基準(zhǔn)電壓源的性能參數(shù)主要有溫度系數(shù)，功耗等。在集成電路內(nèi)部經(jīng)常需要高質(zhì)量的內(nèi)部穩(wěn)壓源，以提供穩(wěn)定的偏置電壓或作為基準(zhǔn)電壓。一般要求這些電壓源的直流輸出電平比較穩(wěn)定，而且提供這個直流電平應(yīng)該對電源電壓和溫度不敏感。在集成電路中，與電源電壓無關(guān)的常用標(biāo)準(zhǔn)電壓有以下三類（1）BE結(jié)二極管的正向壓降VBE，VBEV，它的溫度系數(shù)806（2）由于NPN管子的反向擊穿電壓BE結(jié)構(gòu)成的齊納二極管的擊穿電壓，ZVZ，它的溫度系數(shù)為；V963等效熱電壓26MV，溫度系數(shù)為。TVCMVTT08621基準(zhǔn)電壓源的結(jié)構(gòu)211直接采用電阻和管分壓的基準(zhǔn)電壓源如下圖的21基準(zhǔn)電壓源，它是最基本的也是最簡單的基準(zhǔn)電壓源。CMTBE2T2R20VREFR1VDDVDDM10M2VREF圖21（A）用電阻分壓的基準(zhǔn)電壓源圖21（B）用管分壓的基準(zhǔn)電壓源對于圖21（A），根據(jù)題意有（21）22其中，表示電源電壓幅度敏感系數(shù)。REFDVS對于圖21（B），根據(jù)題意有，（23）其中,，,和分別代表PMOS管的寬POXPLWCNOXNLWCPNL長比，NMOS的寬長比。如果是,，那么它的輸出端基準(zhǔn)電壓電源電PTV壓非常敏感，它對溫度也非常敏感，因此對其應(yīng)用受到極大的限制。212有源器件與電阻串聯(lián)所組成的基準(zhǔn)電壓源通過對以上情況的分析，為了能夠設(shè)計出簡單的基準(zhǔn)電壓源，因此設(shè)計出了有源器件與電阻串聯(lián)所組成的基準(zhǔn)電壓源，如下圖所示。1TNPNDTPREFVV21REFDV1REFDVREFDDREFVSVREFVDDR10M1圖22電阻與MOS器件串聯(lián)組成的基準(zhǔn)電壓源圖23電阻與雙極型器件串聯(lián)組成的基準(zhǔn)電壓源在圖22中，通過題意計算得出242512DREFREFGSTVV11REFDVDREFTREF0VREFR10VDDQ1齊納二極管優(yōu)化工作在反偏擊穿區(qū)域，因為它的擊穿電壓相對比較穩(wěn)定，因此，可以通24由齊納二極管構(gòu)成的電壓型基準(zhǔn)源過一定的反向電流來驅(qū)動產(chǎn)生穩(wěn)定的基準(zhǔn)源。當(dāng)齊納二極管工作在反向偏置狀態(tài)下，圖外界提供穩(wěn)定的電壓，則流過它的電流就是穩(wěn)定的，而且隨著電壓的增加，電流會迅速增大。齊納基準(zhǔn)源的最大好處是可以得到很寬的電壓范圍，2V到200V。它們還具有很寬范圍的功率，從幾個毫瓦到幾瓦。因此這種基準(zhǔn)的電壓源必須要提供恒定的電流才能保證其穩(wěn)定的工作。具體如圖24。然而對于這種由齊納二極管組成的電壓基準(zhǔn)源，現(xiàn)在運用的卻越來越少,盡管有其很多優(yōu)點，比如輸入的電壓范圍很寬，精確度優(yōu)于1。但是缺點也非常的突出，如靜態(tài)電流較大（1到10MA），它適合于對功耗要求不是很嚴格的應(yīng)用電路其次精度低，電流只能流入，而且壓差大，噪聲大，輸出基準(zhǔn)電壓對電流和溫度的依賴性較大。213雙極型三管能隙基準(zhǔn)源下圖為雙極型三管能隙基準(zhǔn)源電路VREFVDDR1D0R31KQBREAKNQ1VCCQBREAKNQ2R11KI10ADCQBREAKNQ3R21K圖25三管能隙基準(zhǔn)源圖中的T1，T2，R1，R2，R3組成的恒流源，因為NPN管的放大系數(shù)很大，因此基極電流IB可以忽略。我們由圖可以得到（26）因此，（27）根據(jù)題意得基準(zhǔn)電壓的輸出公式（28）其中，（29）式中，I是代表發(fā)射極電流，A是有效的發(fā)射結(jié)面積，J是發(fā)射極電流密度，由上面的兩個式子可以推導(dǎo)出（210）由上式可知利用等效熱電壓的VT正溫度系數(shù)可以和VBE的負溫度系數(shù)相互補償，使得輸出的基準(zhǔn)電壓溫度系數(shù)接近為0。由文獻可知（211）BEBEVRI2132BEIV322BEBERFV322121LNLNJQKTAIQKTVEBE21322132LNLNJVRJQKTRVTBEBERFTQNKVTTVBEGOICBE000L1常數(shù)上式中的1205V，是溫度在0K時候的硅外推能隙電壓。N為常數(shù)，它的值與晶0GV體管的制作工藝有關(guān)，對于集成電路的雙極型擴散晶體管，N1522；為參考溫度。0T假設(shè)，與溫度無關(guān)，那么令時的基準(zhǔn)電壓溫度系數(shù)為0，即32R21J0T，求得在參考溫度附近的時候，基準(zhǔn)電壓和溫度的關(guān)系。TEF0將式（211）代入式（210）中，并令其，可得VREF（212）實際上，于是，（213）通過以上分析，這說明了在選定的參考溫度下，只要適當(dāng)?shù)脑O(shè)計即可使得32R21J在該溫度下基準(zhǔn)電壓的溫度系數(shù)接近為0。由于溫度系數(shù)為0的基準(zhǔn)電壓，其值接近材料的能隙電壓，稱其為能隙基準(zhǔn)。0GV假設(shè)兩個管子的幾何尺寸相同，晶體管的放大系數(shù)也較大，則，由圖可知，（214）因此，把代入式（214）得21RI（215）在工藝上，VBE的值和電阻的值容易控制，因此在此類電源的輸出基準(zhǔn)電壓可以調(diào)得較準(zhǔn)。214雙極型二管能隙基準(zhǔn)源以上的三管的能隙基準(zhǔn)源輸出是整數(shù)倍的基準(zhǔn)電壓，但是要求輸出電壓不是0GV的整數(shù)倍時候，可用二管能隙基準(zhǔn)源，下圖為兩管的能隙基準(zhǔn)源電路圖0GV21032LN0JQKTVTREF,00GQNKT00GTREFV3211BEREFBVIVQKTNQKTGBETEF012320L0QBREAKNT1R11KQBREAKPT4QBREAKNT2VCCR21KQBREAKPT3QKTNVGOREF02121IJE圖26兩管能隙基準(zhǔn)源其中T2、T4為PNP恒流源，作為T1、T2管集電極的有源負載，假設(shè)（216）由圖可知，（217）因此，（218）與上述分析的三管能隙基準(zhǔn)源相類似，令可以得到0TVREF（219）因此，可以通過控制發(fā)射極的有效面積比或者及電阻之比來獲得接近21EA43E零溫度系數(shù)的基準(zhǔn)源。（220）對于（220）式，我們可以得到，對其控制相對容易些，而且控制精度也較高，所以只需要一個精確的修正電阻值（用離子注入電阻改變注入量，或者用金屬膜電阻，并且采用激光修正阻值的工藝）即可精確控制基準(zhǔn)電壓的值。REFV例如P取值為1，為10，R2為10K，R1為2K，設(shè)065V，則為2EABEREFVPIIEC2143211212212LNJQKTRVRIVBER21122LJKPBRBERFQKNJQKPVGBETREF01020L1043432121,EEEELLA125V。22VBE的溫度特性NPN型的雙極型管子，基極與射極的電壓可以表示為BEV（221）在這個式中，是熱電壓，即，K是波爾茲曼常數(shù)，Q為電子的電荷，IC是集TVKTV電極電流，IS是晶體管的飽和電流，其與器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)，它的表達式為（222）A為基極與射極的結(jié)面積，是硅的本證載流子濃度，是基區(qū)的電子擴散常數(shù)的平均INND有效值，是單位面積基區(qū)的總摻雜濃度。BQ根據(jù)愛因斯坦公式，和本證載流子與溫度的關(guān)系，可以得到NNDKTQU（223）（224）其中，是基區(qū)的平均電子遷移率，C、D、N是與溫度無關(guān)的常量，是稱為材料的U0GV能隙電壓。由文獻可知，（225）式中的1205V，是溫度為0K時的硅的外推能隙電壓；N為常數(shù)，它的值與晶體管的0GV制作工藝有關(guān)，對于集成電路中的雙型擴散管，N1522，TO為參考溫度。23對溫度不敏感的偏置與熱電壓基準(zhǔn)源電路有很高的輸出電流溫度系數(shù)。盡管在熱電壓的基準(zhǔn)電路BEV中，溫度靈敏度已經(jīng)被顯著的減少了，但是它的溫度系數(shù)在很多的應(yīng)用場合還顯得不是足夠的低。因此，必須要盡可能找出實現(xiàn)低溫度系數(shù)偏置電路的方法。分別以和熱電壓為基準(zhǔn)的偏置電壓源，它們會有相反的。因此，輸出BETVFTC的電流就有可能以和的某些復(fù)合電壓作為基準(zhǔn)源。如果選擇了某種適當(dāng)?shù)膹?fù)合方式，那么久可以使得輸出溫度系數(shù)為0。LNSCBEIBNISQAI2NCTUEXP032GIVTQNKTVTBEGICBE000L1常數(shù)目前，都會進行討論偏置源是怎么獲得低溫度系數(shù)的電流。然而，在實際的應(yīng)用時，經(jīng)常要低的溫度系數(shù)的電壓偏置或者基準(zhǔn)電壓源。穩(wěn)壓器的基準(zhǔn)電壓就是一個很好的范例。溫度系數(shù)被用來在基準(zhǔn)電壓中可以補償產(chǎn)生輸出電流的電阻的溫度系數(shù)。為了簡單起見，我們在下面有關(guān)于帶隙基準(zhǔn)源的討論中，對象則是低溫度系數(shù)的電壓源。如下圖設(shè)想的帶隙基準(zhǔn)源電路圖210帶隙基準(zhǔn)源基本原理圖VTGANARATARTVT0087MV/MVTSUMNVTVBEONVOUTVBEONMVTTVBEON15MV/IVDD帶隙基準(zhǔn)基本原理圖它的輸出電壓為加上M（常數(shù)）倍的熱電壓。為了使M的值確定，則必須確ONBEVTV定的溫度系數(shù)。通常基極電流忽略不計，那么有ONBE（226）其中，飽和電流與器件的結(jié)構(gòu)有關(guān)，并且滿足公式SI（227）其中，是硅的內(nèi)部少數(shù)載流子濃度，是基極每單位面積的摻雜濃度，是基極平INBQN均電子遷移率，A是發(fā)射極的面積，T代表溫度。常數(shù)B和代表和溫度無關(guān)的獨立參數(shù)。利用愛因斯坦公式可得，（228）NNQUDKT可以將用和描述的表達式。式（220）中和溫度有關(guān)的量滿足下列關(guān)系式SIN2I（229）（230）其中，為溫度為0K時的硅的帶隙電壓。這里的C和D都是和溫度無關(guān)的參數(shù)，它0GV們的精確度對于分析設(shè)計并不是多重要?；鶚O電子遷移表達式中的指數(shù)N與摻雜濃N度有關(guān)。綜合以上式子，可以得到（231）其中的E是另外一個和溫度無關(guān)的參數(shù)，并且有（232）因此，在實際的帶隙基準(zhǔn)源電路中，電流I并不是常量，而是隨著溫度的變化而變化。我們暫時的假設(shè)隨著溫度的變化是已知的并且可以寫成下面的式子，（233）其中，G是另外一個和溫度無關(guān)的常量。結(jié)合上面的式子,可以得到，（234）STONBEIVLNINIBNISDQA222NNEXP032TGIVEXPLN0TGRTOBEVEIVR4GTILN0ETVTGONBE由上述的帶隙基本原理圖可知，（235）將式（234）代入（235）得，（236）由上式可知，給出了輸出電壓隨著溫度變化的電路參數(shù)G，M和器件的參數(shù)E，的函數(shù)關(guān)系式。因此，如果要使輸出電壓與溫度無關(guān)，那么需求輸出電壓對溫OUTVOUTV度的導(dǎo)數(shù)來找到使得溫度系數(shù)為0的G，和M的值。對于（254）式，可以求導(dǎo)FTC得，（237）其中，是當(dāng)輸出的溫度系數(shù)為0時的溫度，是熱電壓在時刻的值。將方0TFT0TVT0程式（255）整理得，238如此，該等式給出了如果要達到溫度系數(shù)為0時的電路參數(shù)M，和G的器件參數(shù)E和的表達式。在原則上，這些參數(shù)值都可以由式子（248）直接計算得到。把式子（256）直接代入（254），可以得到更加便于理解的結(jié)果，（239）根據(jù)上式，我們可以得到，與溫度有關(guān)的輸出電壓完全會由一個參數(shù)來表述，同時0T是由常數(shù)M，E和G來決定的。0T由式子（257）可以得到，在溫度系數(shù)為0的溫度（）下輸出電壓為，F(xiàn)TC0（240）例如，在27下，假設(shè)32，1，則輸出電壓為，C（241）因為硅的帶隙電壓1205V,所以有，0GV（242）TONBEOUTVVLL0ETTGOUTLNLN000EDVOUTLNLN0EGMLN100TVTGOUT0TGOUTV00250TGCTOUTVVCTOUT2611250所以，零溫度系數(shù)時的輸出電壓和硅的帶隙電壓接近。將式子（257）對溫度求導(dǎo)數(shù)，得（243）等式（261）以溫度的函數(shù)給出了輸出的變化曲線。當(dāng)時，上式的對數(shù)項內(nèi)的自變量大于1，因此此時對應(yīng)的曲線的斜率為正。0T于此類推，在時斜率為負。當(dāng)溫度在附近時，會有T0（244）所以可以得到（245）如上的式（262）和（263）所示，輸出的溫度系數(shù)當(dāng)在時為0。因此可以得T到這樣一個結(jié)論輸出電壓是加權(quán)的熱電壓和基極發(fā)射極電壓的和。因為基極發(fā)射極的電壓的溫度系數(shù)并不是常數(shù)，所以增益M可以通過在某一溫度下使得輸出的溫度系數(shù)為0而得到。換而言之，熱電壓就是為了用來抵消基極發(fā)射極電壓對溫度的線性的變化關(guān)系。因此，這種用帶隙基準(zhǔn)源電路來補償這種非線性被稱作為曲率補償。24對電源不敏感的偏置回到圖27中的簡單的鏡像電流源，將輸入的鏡像電流源用電阻代替，并且忽略了有限的和的影響，那么可以得到輸出電流為，F(xiàn)AV（246）假如遠遠的大于，這個電路的缺點，就是輸出的電流與電源電壓成一定的比例。CONBE例如，如果，且這個鏡像電流源被用于了一個與310V的電壓范圍內(nèi)的電ON70壓源，這個電壓源有函數(shù)的運算放大器，則偏置電流就會超出范圍的1/4，而電壓源的功耗會超出1/13。有一種方法可以測試偏置電路這方面的性能，即通過測試電源電壓的細小變化而引起的偏置電流的細小變化。描述的輸出電流隨著電源電壓變化最有效的參數(shù)就是S（敏感度）。在描述電路中的變量Y對于參數(shù)X的敏感度，我們定義如下LNLN100TVVTVDTOUTT0LN0VDTTOUTRVIONBECINOUT（247）將式子（265）應(yīng)用于計算輸出的電流對于電源電壓的敏感度，這種微小的變化可以得到，（248）輸入的電壓在雙極型的電路中，被稱作，而在MOS電路中被稱作為。如果SUPVCVDV圖27的遠遠的大于，則CONBE（249）式子（249）中，表明了圖27簡單的鏡像電流源的輸出電流很大程度上會取決于輸入的電壓。因此，這種電路就不能夠用于那種很重視敏感系數(shù)的場合。接下來看看圖28的雙極型WIDLAR電流源，由圖28可知，輸出電流由下式?jīng)Q定，（250）詳細計算過程的見后面文章有關(guān)于鏡像電流源的計算，這里不再細述。為了確定輸出的電流對于輸入電壓的敏感度，可以將式（250）對做微分，可以O(shè)UTICV得到；（251）微分后，得（252）解方程得為COUTVI（253）將式（253）代入式子（248）得到（254）XYSXY0LIMSUPSUPISOTTIOT1SUPOTIVS2LNRIVOUTTITCOUTOUTINCTVIRIV2LCOUTCOUTTINCIOUTINTTIIII221CINIOUTTTCOUTVIRIVI12INCOUTCIVTOUTCINITOUTIVSRVIRIS2211如果，則，且對于的敏感度是一定的。例如，如果ONBECV1RVICININICV1MA，且274，由式（248）得INIAIUT52K（255）這樣，電源電壓每變化10就會導(dǎo)致輸出電流變化16。OUTI本章小結(jié)本章內(nèi)容首先具體介紹了直接采用電阻和晶體管分壓的基準(zhǔn)電壓源，然后介紹了有源器件和電阻串聯(lián)所組成的基準(zhǔn)電壓源，接下來介紹了雙極型三管帶隙基準(zhǔn)源、雙極型二管帶隙基準(zhǔn)源。隨后分析了的溫度特性，最后分析了對溫度和電源不敏感的偏置。BEV通過以上的介紹，了解到對于雙極型三管能隙基準(zhǔn)源，在選定的溫度為后，只要適0T當(dāng)?shù)脑O(shè)計電阻和飽和電流的比例，就可以使得在該溫度下基準(zhǔn)電壓的溫度系數(shù)接近為0，這種基準(zhǔn)電壓的值接近于材料的能隙電壓，所以稱其為帶隙基準(zhǔn)。在工藝上，0G的值和電阻的比值相對容易控制，因此這類電源的輸出基準(zhǔn)電壓可以調(diào)得較準(zhǔn)。對BEV于雙極型的二管帶隙基準(zhǔn)源，和三管的類似，可以通過有效的控制發(fā)射極面積比例和電阻的比值關(guān)系來獲得零溫度系數(shù)的基準(zhǔn)源。因為它們的控制相對容易，所以只需要精確的修正一個電阻值（用離子注入電阻改變注入劑量，或者用金屬膜電阻采用激光修正阻值的工藝）即可以精確控制基準(zhǔn)電壓。從以上的討論中，我們可以看出，在雙極型REFV的電路中，基極射極的壓降是個很重要的參數(shù)，它隨著溫度的變化而變化明顯，帶隙基準(zhǔn)源就是運用合理的電路設(shè)計，通過補償隨著溫度變化而對輸出電壓的影響，來BE獲取接近零溫度系數(shù)的基準(zhǔn)源。1602371MISCOUTTIVOUTC3高精度可調(diào)式精密穩(wěn)壓集成電路TL431的工作原理與運用TL431是美國的德州儀器公司開發(fā)的一個具有良好的熱穩(wěn)定性的三端可調(diào)精密穩(wěn)壓基準(zhǔn)集成電路，它的全稱為可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器或者又叫三端取樣集成電路。該芯片猶如上個世紀(jì)70年代生產(chǎn)設(shè)計的555芯片一樣，質(zhì)優(yōu)價廉，參數(shù)性能良好，性能穩(wěn)定可靠，因此具有廣泛的應(yīng)用前景。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電源技術(shù)在不斷的完善和提高。集成電路TL431繼續(xù)發(fā)揮著它獨特的作用，它使用方便，可以用于線性穩(wěn)壓電源，它激勵型穩(wěn)壓電源，自激型穩(wěn)壓電源中。與其它的器件可以巧妙連接，構(gòu)成功能強大的實用電路?，F(xiàn)在TL431已經(jīng)成為用途非常廣泛，知名度相當(dāng)高的通用集成電路之一，越來越受到電路設(shè)計者的親睞。31精密穩(wěn)壓器TL431的內(nèi)部結(jié)構(gòu)TL431是由若干個電阻、雙極型晶體管、電容和二極管組成的。具體如下圖Q6R9800C120PFR1110KD2Q3Q2Q720PFC2R61KD1R472KR74KQ9Q10R2328KR5800R8800Q11R324KR10150Q1Q5Q4Q8圖31TL431的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖32TL431的工作原理與參數(shù)TL431是美國德州儀器公司開發(fā)的一個三端式集成電路，屬于可調(diào)式穩(wěn)壓器，它也可以稱為三端式并聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓管。如下圖是TL431的電路符號，它的三個引出端分別為陽極、陰極、參考極?？梢詮碾娐返姆柕漠嫹芍潢帢O與陽極之間的輸出電壓是由參考極決定的。TL431在功能上相當(dāng)于一只低溫漂可變的穩(wěn)壓二極管。在集成塊內(nèi)部有一個25V的精密穩(wěn)壓基準(zhǔn)源，通過兩只外接電阻，其穩(wěn)壓值可以在25V至36V之間連續(xù)可調(diào)，輸出的電流可以達100MA。利用這一特性，可在數(shù)字電壓表，穩(wěn)壓電源、電源保護、運算放大等電路中設(shè)計出更多獨特的電路。由于TL431與其它器件的巧妙連接，還可以制造出其它的功能實現(xiàn)電路。321TL431的具體工作原理TL431有三個引出的腳，分別稱為陰極（CATHODE）、陽極（ANODE）、參考極（REF），應(yīng)用中將這三個引腳分別用K、A、R表示。其中，K為控制端口，A為接地端口，R為取樣端口。有些電路圖中會用阿拉伯?dāng)?shù)字1、2、3分別代表R、A、K。TL431有兩種封裝方式一種為T092封裝，它的外型和小功率的塑封三極管一樣；另外一種為雙列直插8腳塑封結(jié)構(gòu)。陰極（K）參考極（R）陽極（A）圖32TL431的電路符號根據(jù)TL431的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖可知，它是由多級放大電路、偏置電路、補償電路、保護電路等組成。其中V1、V4、V10、V11構(gòu)成了放大電路；V2、V3、V8、V9構(gòu)成了基本的穩(wěn)壓基準(zhǔn)；V5、V6構(gòu)成鏡像電路，起直流移位的作用；兩個電容起穩(wěn)壓和補償?shù)淖饔?；二極管起保護電路的作用。在原理上，TL431是一個單端輸入，單端輸出的多級直流放大器。它的等效功能框圖如下所示，圖33TL431的等效功能圖由一個25V的精密基準(zhǔn)電壓源，一個電壓比較器和一個輸出開關(guān)管等組成，參考TL431KV_RVREF25VA端的R輸出電壓與25V的精密基準(zhǔn)電壓源相比較，如果R端口的電壓超過25V時，那么TL431立即導(dǎo)通，因為R端口控制的電壓誤差為1，因此R端能夠較為精確的控制TL431的導(dǎo)通與截止。3211基準(zhǔn)電壓源電路的介紹基本的基準(zhǔn)電壓源電路如下圖所示圖34基準(zhǔn)電壓源電路假如Q1、Q2、Q3三個管子的特性相同，那么，根據(jù)題意得，23RVBERFQ1和Q3的集電極電壓相同。即因為可以由下式確定，LN1233QKTVBERFCI，,利用兩管的基極射極之間的電壓221IVEBEB220EECIBEV（約幾十毫伏）可以控制輸出電流的大小。由于的數(shù)值小，利用阻值不大的R3BEV就可以獲得微小的工作電流。利用PN結(jié)的電流方程，可以得到，LN21320CTCIRI其中是熱電壓，。TVQKTT3212鏡像電路的介紹如下圖所示，設(shè)Q1和Q2的參數(shù)特性完全相同，即，由于兩2121CEOI管具有相同的基極射極間電壓，所以，當(dāng)BJT的較大時，基極的121,CEII電流就可以忽略不計，因此Q2的集電極電流近似等于基準(zhǔn)電流，即BIRFIVCCVREFR1R3R2Q1Q2Q3IC1IC2IC3（31）由上式可以得到，當(dāng)R確定之后，就可以確定了，也隨之確定，常常將看作REFI2CI2CI是的鏡像，所以稱下圖為鏡像電流源。REFI圖35鏡像電流源由于Q2管對Q1管具有溫度補償作用，的溫度穩(wěn)定性也較好，但是基準(zhǔn)電流受2CI電源變化的影響較大，故要求電源十分的穩(wěn)定。鏡像電流源適用于較大電流的工作電路中，若需要減少的值，必須要求R的值非常的大，這在集成電路中卻難以實現(xiàn)，因2CI此這就需要一定的改進。3213達林頓管的介紹達林頓管又稱為復(fù)合管，它是將二支三極管適當(dāng)?shù)慕釉谝黄?，來組成新的管子，等效的三極管放大倍數(shù)為（）兩者之積，用于提高雙極型晶體管的電流增益。它常21用于功率放大器件和穩(wěn)壓電路中，通常的接法有四種NPNNPN、NPNPNP、PNPPNP和PNPNPN等。如下圖達林頓組態(tài)，它成為雙管復(fù)合組態(tài)，兩個管子的集電極相連，第一個管子的射極驅(qū)動第二個管子的基極。由偏置因子控制Q1的發(fā)射極電流。三端的復(fù)合晶體管可用于代替單獨的共射、共集、共基組態(tài)的放大器。當(dāng)用于射極跟隨器時，等價于共集共集組態(tài)。當(dāng)用于共射放大器時，除了Q1的集電極連接于輸出端而替代電源外，其與RVVIECEBCC20VCCQ1Q2RIC1IC2共集共射連接很是相似。這一改變的作用在于兩點一是減小了對放大器輸出電阻的影響，因為Q1的產(chǎn)0R生反饋。二是因為Q1的集電極基極電容有輸入端連接到輸出端，增大了輸入電容。由于這些反饋的作用，共集共射組態(tài)常用于集成小信號放大器中。達林頓管連接常常參照共集共集和共集共射連接。圖36達林頓組態(tài)322TL431的特點和參數(shù)3221TL431的特點1輸出電壓最高可達36V；2動態(tài)輸出阻抗低，典型值為02歐姆；3陰極電流能力為01MA至100MA；4全溫度范圍內(nèi)溫度特性平坦，典型值為50PPM/；C5噪聲輸出電壓低；6快速開態(tài)響應(yīng)；7ESD電壓為2000V；3222極限參數(shù)1陰極至陽極的電壓；VKA402連續(xù)的陰極電流范圍；MAI15IBIASQ2Q13參考極輸入電流范圍；MAIREF1054工作結(jié)溫；5工作范圍溫度；CTG7033TL431的典型運用電路331基準(zhǔn)電壓源電路TL431運用了集成電路技術(shù)，它最大的特點莫過于輸出電壓可調(diào)。因此，在直流電源中可以作為高精度、低溫漂的可調(diào)基準(zhǔn)電壓，也可以取代一般的串聯(lián)基準(zhǔn)穩(wěn)壓器作為開關(guān)穩(wěn)壓器的基準(zhǔn)和誤差放大部分。由TL431構(gòu)成的基準(zhǔn)電壓溫漂較小，而且它的負載能力極強，且輸出電壓連續(xù)可調(diào)，大概是25V至36V，典型的電路圖如下0V圖36基準(zhǔn)電壓源如果R1和R2的阻值是確定的，兩個電阻對電路的分壓引入了負反饋，若VO增大，則TL431的分支電流就會增大，從而根據(jù)歐姆定律，輸出電壓VO的值就會減小。顯而易見，這個深度負反饋必然會在參考點的電壓等于基準(zhǔn)電壓時處于穩(wěn)定，輸出電壓，當(dāng)選擇不同的R時，輸出電壓就會從25V到36V之間變化，REFOV12圖中的R3為限流電阻。特別情況下，當(dāng)R1R2時，那么VO5V。若把R1短路，R2開路，即把R3端與K（陰極）相連接，此時的輸出電壓VO25V，最適合用于ADC或者其它的DVM作基準(zhǔn)電壓源。332恒流源電路根據(jù)前面的基準(zhǔn)電壓源電路的分析，器件作為分流的反饋后，參考點的電壓始終維持在25V，穩(wěn)定性非常好。因此當(dāng)參考端和地之間的電阻恒定時，流過電阻的電流就會恒定。我們利用這個特點，可以將TL431應(yīng)用在恒流電路中。U1TL431R21KR11KR31KIVCTJ150如下圖37所示，由于TL431的典型溫度系數(shù)為50PPM/，因此輸出的恒流溫C度特性要比普通的鏡像恒流源或者恒流二極管好很多。圖37恒流源應(yīng)用電路此恒流源電路的恒流值只與和外接電阻的阻值有關(guān)。此電路適用于灌電流負載，REFV電阻R5為晶體管和TL431提供偏置電流。但是此恒流源電路中沒有電流反饋環(huán)節(jié)，所以當(dāng)輸出電流因某個原因而產(chǎn)生變化時，并不能通過自身的調(diào)節(jié)作用使得輸出的電流近似不變，必須對此電路做出進一步的改進，在此不做闡述。333電壓比較器電路下圖是一個典型的利用TL431特性構(gòu)成的電壓比較器電路。QBREAKPQ1U4TL431R51KR41KR71KR61KVCCR81KU5TL431IV0V圖38電壓比較器由電路圖可知，此電路的比較電壓為（32）當(dāng)時，那么TL431就導(dǎo)通，且2V。當(dāng)時，VRVI1522OVVRI1522TL431就截止，且。由于TL431的動態(tài)輸出阻抗很小。因此電路的輸入與輸出的波形跟OC蹤情況良好。334電壓監(jiān)視器電路下圖所示的是利用TL431的參考端對輸入電壓的鑒別靈敏度高的特性，所構(gòu)成的一種電池電壓監(jiān)視電路。圖39電壓監(jiān)視器圖39中的TL431用于電壓比較電路，它的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓是作為比較器的電壓，REFVITL431V2R1R4V1RPR3R2521IV調(diào)節(jié)電位器可適用于不同的電壓電池組。當(dāng)電池正常工作的時候，那么電位器中點PR電位就會大于TL431的基準(zhǔn)電壓，從而TL431導(dǎo)通，陰極電流經(jīng)過電阻產(chǎn)生壓降，KI2R發(fā)光綠色二極管V1發(fā)光。此時的電壓為2V，兩端的電壓就會因小于V2的導(dǎo)通KV4R電壓，V2就會熄滅，V2為紅色的發(fā)光二極管。當(dāng)電池組電壓低于正常值時，的中P點電位低于TL431的基準(zhǔn)電壓并使其截止。升高，則兩端的電壓大于V2的導(dǎo)通K4電壓，使其發(fā)光。同理，由于TL431截止，通過的電流減小，使兩端電壓小于V1的2導(dǎo)通電壓而熄滅。34TL431應(yīng)用所注意的事項1首先，應(yīng)該注意電流的問題通常情況下，流過TL431電路的最小電流至少應(yīng)該大于1MA，否則就會失去穩(wěn)壓的特性，最大的電流不宜超過100MA，否則會毀壞TL431。2其次，應(yīng)該注意功耗的問題。常見封裝的TL431，它的最大功耗為0775W。然而，在實際的電路中，TL431的消耗為是輸出電壓，是通過TL431的電流。OKOVIP,KI因此，在輸出不超過775V的時候，TL431才會輸出電流為100MA。由于受到了功耗限制的緣故，當(dāng)輸出的電壓為15V時，只能輸出50MA的電流。3再次，應(yīng)該防止TL431發(fā)生振蕩的問題。當(dāng)TL431的輸出接有負載電容時，且電容的容量在001UF至1UF之間發(fā)生變化，那么此時的電路可能會發(fā)生振蕩。但是當(dāng)輸出的電壓大于15V時，就大于10MA，此時就可以完全避免振蕩的發(fā)生。KI4最后，應(yīng)該注意取樣電路的電阻選取問題。取樣電路的電阻如何選取以及如何布放，這是必須得考慮的因素，因為它們會直接會影響到穩(wěn)壓精度和溫度特性。因此考慮到這些因素后，就必須要選取噪聲小、功率裕大、溫度系數(shù)小的同型號精密電阻。本章小結(jié)本章內(nèi)容主要介紹了TL431的基本電路的組成，工作原理以及它的應(yīng)用電路。通過對TL431電路的詳細介紹，得知在原理上，TL431是一個單端輸入，單端輸出的多級直流放大器。此外也進一步了解并掌握它的基本特性和廣泛的應(yīng)用性。4高精度可調(diào)式精密穩(wěn)壓電路TL431的仿真41CANDENCE以及SPECTURE仿真器的介紹CADENCE提供了為我們一個非常大的EDA軟件包，其中包括以下的內(nèi)容ASIC設(shè)計（全定制的IC設(shè)計工具VIRTUOSOSCHEMATICCOMPOSERHE和電路仿真工具ANALOGDESIGNENVIROMENT）、FPGA設(shè)計和PCB設(shè)計。在模擬電路仿真分析、電路圖的設(shè)計、自動布局布線以及版圖設(shè)計驗證方面具有很強的優(yōu)勢，深受廣大技術(shù)人員的歡迎。SPECTURE是一個很重要的電路模擬器，它非直接的繼承了SPICE（SIMULATIONPROGRAMWITHINTEGRETEDCIRCUTEMPHASIS）。SPECTURE仿真器不僅僅能夠更加快速的、更好的收斂性支持現(xiàn)有的SPICE分析，而且還能夠提供許多額外的功能。通過將SPECTURE仿真工具引入集成電路設(shè)計的模擬仿真分析中，好處遠大于一個強大的分析工具本身。經(jīng)過多年的作為CDSSPICE（CADENCE早起的SPICE類仿真工具）仿真工具以外選項之后，SPECTURE已經(jīng)完全被集成在CADENCE下的AMS設(shè)計環(huán)境下。它作為仿真環(huán)境下標(biāo)準(zhǔn)的模擬電路仿真工具，為其提供SPICE仿真，具有直流（DC）、瞬態(tài)（TRAN）、交流小信號（AC）等標(biāo)準(zhǔn)分析功能，也能夠提供基于工藝參數(shù)的靈敏度（SENSITIVITY）、蒙特卡洛（MONTECARLO）的分析，還有基于電路拓撲（無源參數(shù)）的仿真分析，以及其它的重要電路分析功能。42整體電路的仿真421直流特性仿真下圖為基準(zhǔn)電壓源電路，把TL431的陰極與參考極短接，外接一個200的電阻，8V的直流電源。當(dāng)TL431導(dǎo)通后，輸出電壓不隨電壓的增大而改變，也不隨著負OUTV載電阻的改變而改變。因此，輸出電壓理論上應(yīng)該等于25V。TQ6R9800C120PFR1110KD2Q3Q2Q720PFC2R61KD1R472KR74KQ9Q10R2328KR5800R8800Q11R324KR1200R10150V18VDCQ1Q5Q4Q8REFVB圖39陰極與參考極短接基準(zhǔn)電路接下來，對上述的完整內(nèi)部電路進行SPECTURE仿真驗證。下述的電路圖TL431陰極與參考極短接的簡化模型圖310陰極與參考極短接基準(zhǔn)電路通過對以上的電路圖進行仿真分析，在溫度為27，電源電壓VDC為8V時，設(shè)電源C電壓V為變量，從0到8V之間進行變化，直流仿真分析結(jié)果如下圖V18U1TL431R1200圖311輸出電壓和輸入電壓的關(guān)系曲線通過上圖，可以得出由于把TL431的陰極與參考極進行了短接，則當(dāng)TL431導(dǎo)通后，輸出電壓趨于平穩(wěn)，保持在25V左右，從而實現(xiàn)了基準(zhǔn)穩(wěn)壓，符合設(shè)計要求。422瞬態(tài)特性仿真圖310為基準(zhǔn)電壓源電路，為了簡單