齊納二極管調整器設計

　　IC參考很受電路設計者的歡迎，因為它們不僅精確而且飄移很小。在我今后的一些專欄文章中，將陸續討論三種IC參考：埋入式齊納二極管、帶隙及XFET。當您用齊納二極管進行參考設計時，由于齊納二極管相對較簡單，因此可用它來演示設計過程，而使用中的問題會讓您慶幸有IC參考。電路指標為：V_CC=30V±10%、8.445 V_REF 9.555、ΔV_REF 200 mV、100 kΩ R_LOAD 200 kΩ及0°C T_A 80°C。

　　第一次試用可選擇一個9.1V的1N757齊納二極管。請注意，最大溫度系數為6 mV/°C，齊納二極管電壓容差為±5%。計算出的參考電壓等于最大指標：V_REF=(1.05)(9.1)=9.555V，但溫飄為ΔV_REF=(80-25)(6 mV)=0.330V，超過了最大溫飄電壓指標。

　　將一個信號二極管與一個1N756 8.2V齊納二極管串聯，這樣信號二極管的負溫度系數即可部分抵消齊納二極管的正溫度系數（圖1）。二極管的溫度系數為 -2.1至-2.3 mV/°C，而8.2V齊納二極管的溫度系數則為5.4 mV/°C，因此組合最大溫度系數為3.3 mV/°C。在這種情況下，ΔV_REF=181.5 mV，滿足指標，但最小參考電壓V_REF=(0.95)(8.2)+0.5=8.29V，小于規定的8.445V極限值。

　　由于其他齊納特征（例如齊納阻抗及偏置電流等）會影響ΔV_REF，因此此分析并不完整。現在不應該再使用一個純粹的齊納二極管，而是應該使用一個溫度補償齊納二極管。1N935擁有9.075V的齊納電壓與5%的容差以及2 mV/°C的溫度系數；而I_Z=7.5 mA時的齊納阻抗為20Ω，其中I_Z為齊納測試電流。電壓參考為8.62 V_REF 9.53。快速計算一下溫度系數的誤差可得到電壓變化的最大值ΔV_REF1=110 mV。到目前為止，參數都很不錯，但您需要進行進一步的計算以獲得完整的圖象。

　　計算R_BIAS，得R_BIAS=(V_CC-V_REF)/I_Z=(30-9)/7.5=2885Ω，取R_BIAS=2800Ω±2%。（圖1中的溫度補償齊納管包括了二極管。）由于存在電源和電阻公差，因此I_Z的變化范圍從[(30)(0.9)-9.53-0.11]/2.8(1.02)=6.07 mA到 [(30)(1.1)-8.62-0.05]/2.8(0.98)=8.86 mA。負載電阻的改變使I_Z變化大約90 μA，可忽略不計。溫度補償齊納管的電流改變對應于大約±5Ω的齊納阻抗變化（參考文獻1），但ΔV_REF只變化了大約 ±37.5 mV。您還應該考慮齊納電壓的變化。由于I_Z的漂移，當ΔVREF變化 ±50 mV時，齊納管的工作點發生了變化。此外，還需記住，直流電壓所包含的最大寬帶半導體噪聲為20 μV。

　　最終得到電壓參考變化為110+37.5+50=197.5 mV。有人會認為這種分析不夠嚴密，的確如此，但這種分析可讓您對齊納參考的使用有一些了解。如果VCC低至12V，則齊納二極管就不能滿足指標。R_LOAD較大時，負載阻抗變化不會影響設計計算。而小一點的2kΩ負載阻抗，變化1 kΩ時即會導致IZ的巨大變化，這就需要使用一個齊納二極管緩沖器。如果齊納二極管為電路的一部分，則您可以用激光來對R_LOAD進行調整，這樣就沒有必要增加緩沖器。這種埋入式齊納二極管電壓參考方法似乎是一種建立電壓參考的較好方法。