浅谈齐纳二极管和并联拓扑 如何选择合适的分流电阻器

还有什么比参考电压更基本的东西——一个简单的、恒定的参考电压？与所有设计主题一样，需要权衡取舍。本文讨论了不同类型的电压基准、它们的关键规格以及设计权衡，包括精度、温度无关性、电流驱动能力、功耗、稳定性、噪声和成本。

理想

理想电压基准具有完美的初始精度，并能独立于负载电流、温度和时间的变化而保持其电压。在现实世界中，设计人员必须进行权衡，例如：初始电压精度、电压温度漂移和迟滞、电流源和吸收能力、静态电流（或功耗）、长期稳定性、噪声和成本。

参考类型

两种最常见的参考类型是齐纳和带隙。齐纳二极管通常用于两端并联拓扑。带隙基准通常用于三端串联拓扑。

齐纳二极管和并联拓扑

齐纳二极管是针对在反向偏置击穿区域中工作而优化的二极管。由于击穿是相对恒定的，它可用于通过反向驱动已知电流来产生稳定的参考。

齐纳二极管的一大优势是可用的电压范围很广，从 2V 到 200V。它们还具有广泛的功率处理能力，从几毫瓦到几瓦不等。

齐纳二极管的主要缺点是它们对于高精度应用来说不够精确，而且它们的功耗使得它们很难适用于低功率应用。一个例子是 BZX84C2V7LT1G，它的击穿电压或标称参考电压为 2.5V，变化范围为 2.3V 至 2.7V，精度为 ±8%。这仅适用于精度要求不高的应用。

齐纳参考的另一个问题是输出阻抗。我们上面的例子的内部阻抗在 5mA 时为 100Ω，在 1mA 时为 600Ω。根据负载电流的变化，非零阻抗会导致参考电压的额外变化。选择具有低输出阻抗的齐纳二极管可以最大限度地减少这种影响。

埋入式齐纳二极管是一种特定类型的齐纳二极管，由于其结构将它们置于硅表面之下，因此比普通齐纳二极管更稳定。

实际齐纳二极管的替代方案是模拟齐纳二极管的有源电路。电路允许器件显着改进齐纳二极管的经典局限性。MAX6330就是这样一种器件。它在 100µA 至 50mA 的负载变化范围内具有严格的 1.5%（最大）初始精度。这种类型的 IC 的典型实现如图 1 所示。

选择合适的分流电阻器

所有分流配置参考都需要一个与参考元件串联的限流电阻器。它可以从以下等式计算：

RS = (VIN(max) – VSHUNT (min))/(ISHUNT (max) + ILOAD(min)) ≤ RS ≤ (VIN (min) – VSHUNT (max))/(ISHUNT (min) + ILOAD (max) )

其中：

• VIN 是输入电压范围
• VSHUNT 是稳压电压
• ILOAD 是输出电流范围
• ISHUNT 是最小分流工作电流

请注意，无论是否存在负载，分流电路始终消耗 ILOAD（最大值）+ISHUNT。

通过适当调整 RS 的大小，相同的分流器可用于 10VIN 或 100VIN。为 RS 选择最大的标称电阻值可实现最低的电流消耗。请记住提供一个安全裕度，以纳入所用电阻器的最坏情况容差。您还应该确保电阻器的额定功率足够，使用以下两个通用功率方程之一：

PR = IIN(VIN(max) – VSHUNT)

= I²INRS

= (VIN(max) – VSHUNT)²/RS

编辑：hfy