图5 。设计带隙电路以提供理论上的零温度系数
基本带隙基准电压源背后的数学原理非常有趣，因为它结合了已知的温度系数和独特的电阻率，理论上可以产生零温度漂移的基准电压 。图5示出了两个晶体管 。调整后，Q10的发射极面积是Q11的10倍，而Q12和Q13的集电极电流保持相等 。这在两个晶体管的基极之间产生一个已知的电压:
其中，K为J/K (1.38× 10-23)中的玻尔兹曼常数，t为开尔文温度(273+t(C))；q是库仑(1.6x10-19)中的电子电荷 。25°C时，kT/q为25.7mV，正温度系数为86 μ v/C..VBE是电压乘以ln(10)或2.3 。25°C时，电压约为60mV，温度系数为0.2mV/C 。
该电压施加于连接在基极之间的50k电阻，产生与温度成比例的电流 。电流偏置二极管Q14在25°C时的电压为575毫伏，温度系数为-2.2毫伏/摄氏度 。电阻用于产生正温度系数的压降，该压降施加到Q14二极管的电压上，从而产生约1.235伏的参考电压电位，理论上温度系数为0毫伏/摄氏度 。这些压降如图5所示 。电路的平衡提供偏置电流和输出驱动 。
Lingerte生产各种带隙基准电压源，包括小型廉价的精密串联基准电压源LT1460、超低功耗分流基准电压源LT1389、超高精度低漂移基准电压源LT1461和LTC6652 。可用输出电压包括1.2V、1.25V、2.048V、2.5V、3.0V、3.3V、4.096V、4.5V、5V和10V 。这些参考电压可以在宽范围的电源和负载条件下提供，并且电压和电流开销极小 。产品可能有很高的精度，如LT1461、LT1019、LTC6652、LT1790；可能尺寸很小，如LT1790和LT1460 (SOT23)，或LT6660采用2米× 2米包装；或者功耗很低，比如LT1389，功耗只有800nA 。尽管齐纳基准电压源在噪声和长期稳定性方面往往具有更好的性能，但新的带隙基准电压源正在缩小差距，例如LTC6652的峰峰值噪声(0.1Hz至10Hz)为2pm 。
分数带隙基准电压源该参考电压源是基于双极晶体管的温度特性设计的，但输出电压可以低至几毫伏 。它适用于超低电压电路，尤其适用于阈值必须小于传统带隙电压(约1.2V)的比较器应用 。
图6显示了LM10的核心电路，它类似于正常的带隙基准电压源，其中与温度成正比和成反比的分量被组合以获得恒定的200mV基准电压 。分数带隙基准电压源通常使用VBE产生与温度成正比的电流，使用VBE产生与温度成反比的电流 。它们以适当的比例组合在电阻元件中，产生不随温度变化的电压 。可以改变电阻来改变参考电压，而不影响温度特性 。这与传统的带隙电路不同，因为分数带隙电路组合电流，而统一电路倾向于组合电压，通常是基极-发射极电压和具有相反TC的IR 。
图6 。200毫伏参考电压电路
在某些情况下，像LM10电路这样的分数带隙基准电压源也是基于减法的 。LT6650的参考电压为400毫伏，并配有放大器 。因此，可以通过改变放大器的增益来改变参考电压，并且可以提供缓冲输出 。使用这个简单的电路，可以产生比电源电压低0.4V到几毫伏的任何输出电压 。LT6700(图7)和LT6703是更集成的解决方案，它们将400mV参考电压源与比较器相结合，可用作电压监控器或窗口比较器 。400mV参考电压源可监测小输入信号，降低了监测电路的复杂度；它还可以监控在极低电源电压下工作的电路元件 。如果阈值较大，可以增加一个简单的电阻分压器(图8) 。这些产品均采用小尺寸封装(SOT23)，功耗低(小于10μA)，电源范围宽(1.4V至18V) 。此外，LT6700提供2mm×3mm的DFN封装，LT6703提供2mm×2mm的DFN封装 。
LT6700支持与低至400毫伏的阈值进行比较 。
图8 。通过分压输入电压设置更高的阈值
选择参考电压源了解所有这些选项后，如何为您的应用选择合适的基准电压源？以下是缩小选择范围的一些建议:
电源很高吗？选择分流基准电压源 。
电压或负载电流变化大吗？选择串联参考电压源 。
你需要一个高效率的比率吗？选择串联参考电压源 。。
确定实际温度范围 。适用于各种温度范围，包括0℃至70℃、-40℃至85℃和-40℃至125℃
准确性要求应该是现实的 。了解应用所需的精度非常重要 。这有助于确定关键规格 。考虑到这一要求，将温度漂移乘以指定的温度范围，加上初始精度误差、热滞后和预期产品寿命期间的长期漂移，并减去任何将在工厂校准或定期重新校准的项目，以获得整体精度 。对于要求最苛刻的应用，噪声、电压调整率和负载调整率误差也会增加 。例如，如果基准电压源的初始精度误差为0.1%(1000ppm)，从-40°C到85°C的温度漂移为25 ppm/C，热迟滞为200ppm，峰峰值噪声为2ppm，时间漂移为50ppm/√kHr，则构建电路时总不确定度将超过4300ppm 。在电路通电后的前1000小时内，这种不确定性增加了50ppm 。可以校准初始精度，将误差降至3300 ppm+50 ppm √ (t/1000小时) 。
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