[其他]能隙差穩壓電源

無效

• 申請號: 85100723
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85100723A
• 公開（公告）日: 1986-08-06
• 發明（設計）人: 張開遜
• 申請（專利權）人: 張開遜
• 主分類號: G05F1/614
• 分類號: G05F1/614
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于電子學領域，屬于采用電子學方法獲得寬溫區低溫度系數穩定直流電源的器件和電路發明。

目前低溫漂低內阻穩壓直流電源用兩種方法獲得：第一種方法采用處于反向擊穿狀態的擊穿電壓值具有正溫度系數的p-n結與正向導通的p-n結串聯，令其結電壓溫度系數相消，取其結電壓之和為輸出電壓，在一定溫區和工作電流范圍內獲得低溫漂穩壓電源，如中國電子產品2DW7系列穩壓管。第二種方法采用兩個不同電流密度的硅晶體管e-b結電壓之差經過后續有源器件電路處理，構成線性集成電路，輸出電壓值等于硅半導體材料絕對零度禁帶寬度值的直流電壓，如美國NS（National????Semiconductor）公司電子產品LM113系列1.2伏特基準穩壓電源。第一種方法不能獲得低于5.5伏特的穩壓值，p-n結反向擊穿電壓隨溫度的變化規律與p-n結正向電壓隨溫度的變化規律不同，只能在某一狹窄溫度區段近似抵消，限制了器件的使用溫區，同時在這種工作方式下電源功耗大，相互串聯的兩個p-n結功耗約為60mw。第二種方法只能獲得電壓值為1.2伏特的穩壓源，工作溫區受到硅器件集成電路允許使用溫度的限制。這兩種穩壓源都不能在低于-100℃和高于120℃的環境中工作。本發明采用與這兩種方法不同的方案設計制造覺溫區低功耗低溫度系數具有多種輸出電壓值的直流穩壓電源，為低溫、高溫電子電路及袖珍式測量儀表提供一種新型的供電電源和參考電壓基準。獲得的穩定電壓值是兩種半導體材料絕對零度禁帶寬度值或兩種肖特基二極管勢壘高度值的差，簡稱能隙差穩壓電源。

圖1-能隙差穩壓電源工作原理示意圖。圖中橫坐標T表示溫度，縱坐標V表示p-n結正向電壓。曲線1-絕對零度禁帶寬度值為Eg₀₁的半導體材料p-n結正向電壓與溫度的關系，實線為實驗值，虛線為延伸作圖線，曲線2-絕對零度禁帶寬度值為Eg₀₂的半導體材料p-n結通過工作電流調節之后正向電壓變化率與曲線1相同時正向電壓與溫度的關系，實線為實驗值，虛線為延伸作圖線，3-兩條作圖延伸線與縱坐標軸交點縱坐標之差△V＝（Eg₀₂-Eg₀₁）/q，4-能隙差穩壓電源的工作溫區，5-能隙差穩壓電源的輸出電壓值（Eg₀₂-Eg₀₁）/q。

圖2-能隙差穩壓電源的基本構成和工作方式示意圖。1-第1p-n結，2-第2p-n結，3-為第1p-n結供電的電流源，4-為第2p-n結供電的電流源，5-輸出端，6-使兩個p-n結等溫的均熱裝置。

圖3-一種進一步降低內阻的能隙差穩壓電源電路原理圖。1-限流電阻，2-第1p-n結，3-平衡電阻，4-運算放大器，5-限流電阻，6-第2p-n結，7-平衡電阻，8-運算放大器，9-輸出端，10-直流電源。

圖4-一種可以連續調節電壓值的能隙差穩壓電源電路原理圖。1-第1p-n結，2-第2p-n結，3-運算放大器，4-可變電阻，5-直流電源，6-輸出端，7、8、9、10、11、12、13、14-固定電阻。

圖5-用1.5V干電池獲得電壓值為0.35伏特的低功耗低溫漂穩壓電源的構成電路原理圖。1-砷化鎵p-n結，2-硅p-n結，3-510Ω電阻，4-420Ω電阻，5-2KΩ電阻，6-1KΩ電位器，7-1.5伏特干電池，8-輸出端。

采用置于相同溫場中禁帶寬度不同的兩種半導體p-n結（或勢壘高度不同的兩種肖特基二極管）正向導通電壓之差作為輸出電源，分別調節其正向電流，使其具有相同的正向電壓溫度系數。在本征激發和材料體電阻可以然略不計的條件下，正向導通的p-n結結電壓具有如下函數形式

V_F＝ (Ego)/(q) +F（T，I_F）

其中V_F-p-n結正向電壓，單位為伏特

Ego-半導體材料絕對零度禁帶寬度值，單位為電子伏特

q-電子電荷量，q＝1.6×10^-19庫侖

F（T，I_F）-溫度T的準線性函數，函數值與正向電流I_F有關。