设计齐纳二极管稳压器

IC 参考在电路设计人员中很受欢迎，因为它们准确且漂移低。我未来的一些专栏将涵盖三种类型的 IC 参考：掩埋齐纳二极管、带隙和 XFET。我们使用齐纳二极管开发参考设计程序;齐纳二极管的简单说明了设计过程，它的问题让我们欣赏 IC 参考。电路规格为V CC =30V±10%, 8.445，参考电压9.555, ΔV REF200 毫伏，100 千欧负载_200 kΩ 和 0°CTA _80℃。

稳压二极管，英文名称Zener diode，又叫齐纳二极管。利用PN结反向击穿状态，其电流可在很大范围内变化而电压基本不变的现象，制成的起稳压作用的二极管。 此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件.在这临界击穿点上，反向电阻降低到一个很小的数值，在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定，稳压二极管是根据击穿电压来分档的，因为这种特性，稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用。稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用，通过串联就可获得更高的稳定电压。

首次尝试选择 1N757 9.1V 齐纳二极管。请注意，最大温度系数为 6 mV/°C，齐纳电压容差为 ±5%。计算出的参考电压等于最大规格，V REF =(1.05)(9.1)=9.555V，但温度引起的漂移为 ΔV REF =(80–25)(6 mV)=0.330V，因此超过了最大-漂移电压规格。

将信号二极管与 1N756 8.2V 齐纳二极管串联，使二极管的负温度系数抵消齐纳二极管的部分正温度系数。二极管的温度系数范围为 –2.1 至 –2.3 mV/°C，而 8.2V 齐纳二极管的温度系数为 5.4 mV/°C，因此该组合的最大温度系数为 3.3 mV/°C。这种情况下产生的 ΔV REF =181.5 mV 符合规范，但最小参考电压 V REF =(0.95)(8.2)+0.5=8.29V 小于规定的 8.445V 限制。

该分析是不完整的，因为额外的齐纳特性，例如齐纳阻抗和偏置电流，会影响 ΔV REF。现在是时候放弃纯齐纳二极管并使用温度补偿齐纳二极管了。1N935的齐纳电压为9.075V;5% 的容差;温度系数为 2 mV/°C;I Z =7.5 mA时的齐纳阻抗为 20Ω ，其中 I Z 是齐纳测试电流。参考电压范围为 8.62

参考电压9.53。快速计算温度系数误差会产生 ΔV REF1 =110 mV 的最大电压变化。到目前为止，一切都很好，但我们需要做进一步的计算才能获得完整的画面。

计算R BIAS 为R BIAS =(V CC –V REF )/I Z =(30–9)/7.5=2885Ω;选择 R BIAS =2800Ω±2%。由于电源和电阻容差，I Z的变化 范围为 [(30)(0.9)–9.53–0.11]/2.8(1.02)=6.07 mA为 [(30)(1.1)–8.62–0.05]/2.8(0.98)=8.86 mA。负载电阻变化会导致 I Z发生大约 90 µA 的变化，这是微不足道的。温度补偿齐纳电流的这种变化对应于大约 ±5Ω 的齐纳阻抗变化，但ΔVREF 变化仅约±37.5 mV。我们还应该考虑齐纳电压变化：由于 I Z 偏移，当 V REF 变化 ±50 mV 时，齐纳工作点会发生变化。此外，请记住，直流电压包含的最大宽带半导体噪声为 20 µV。

最终的参考电压变化为 110+37.5+50=197.5 mV。有人说这种分析不是最严格的，他们是对的，但它让我们了解使用齐纳参考所涉及的内容。如果 V CC 低至 12V，齐纳二极管将无法满足规格。负载电阻变化不会影响设计计算，因为 R LOAD 很大。较小的 2kΩ 负载电阻和 1kΩ 的变化会导致 I Z发生很大变化，因此需要使用齐纳二极管缓冲器。如果齐纳二极管是 IC 的一部分，那么我们可以使用激光微调 R BIAS ，并且添加缓冲器是微不足道的。这种掩埋齐纳电压参考方法似乎是构建电压参考的更好方法。