【導讀】二極管產(chǎn)生的正向壓降跟整流特性一樣有用，它們隨溫度變化很大。這會(huì )增加損耗，并可能導致電源容許誤差。雖然損耗可能無(wú)法消除，但在某些應用中卻可以使用二極管來(lái)減少容許誤差。本文將用三個(gè)示例說(shuō)明如何達成這一目標。
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，從而導致?lián)p耗增加，使電源出現容許誤差。
雖然不可能消除損耗，但可以使用二極管來(lái)減少某些應用中的容差錯誤。本文將通過(guò)三個(gè)實(shí)例來(lái)展示如何達成這一目標。
您可以使用一個(gè)電阻器和一個(gè)齊納二極管構建一款簡(jiǎn)單的低電流穩壓器。這種穩壓器通常適用于非臨界應用，如內部偏置電壓等。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)調節功能。
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(xiàn)繪制了齊納二極管的不同電壓對應的溫度系數。當穩壓二極管電壓大于4.7V時(shí)，溫度系數逐漸變?yōu)檎龜?，因此當工作溫度升高時(shí)，齊納二極管電壓隨之升高。如果與溫度系數為負值的二極管配對，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(xiāo)，從而消除溫度誤差。
齊納二極管電壓小于4.7V時(shí)，對應的溫度系數為負值，串聯(lián)一個(gè)二極管實(shí)際上會(huì )增大調節誤差。
圖1：將正溫度系數齊納二極管與負溫度系數二極管串聯(lián)可以降低溫度誤差。
例如，7.5V的齊納二極管的溫度系數為+5mV/°C，而傳統二極管(BAT16)的溫度系數在10mA電流下約為-1.6mV/°C。二極管電流非常小時(shí)，溫度系數會(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。理想的情況是正負溫度系數完全相互抵消，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中計算得出的電壓調整偏差與不同齊納二極管輸出電壓的對比情況。圖2中的垂直線(xiàn)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)可以降低電壓調節誤差。
第2個(gè)例子中使用了轉換器，該轉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)負輸入到正輸出的反相降壓-升壓電路?？刂齐娐芬?Vin軌為基準，輸出電壓以接地端為基準。為了使控制電路精確調整輸出電壓，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為基準的輸出電壓。增加Q2，配置成二極管，可以恢復Q1產(chǎn)生的Vbe壓降損失。此時(shí)，除了與beta相關(guān)的小誤差，FB引腳處的電平位移電壓差不多復制了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，因為流經(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，使兩者可以更準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(zhù)減少，因為它們彼此相互抵消 (VFB ~ Vout — Vbe Q1 + Vbe Q2)。將Q1和Q2放在相鄰的位置非常重要，因為這樣兩者就處于相同的溫度下，如有可能，請使用雙晶體管封裝。
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的升壓轉化器，每級“n” 向總輸出增加近似“V1”，得到結果 “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的倍數決定，但受到二級管正向壓降相關(guān)的“誤差項”和電荷泵轉換電容紋波電壓的影響，會(huì )有所減少。假設所有二極管都是相同類(lèi)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”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。這些設計實(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。
本文轉載自電子技術(shù)設計。
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