二极管大家都很熟悉,前面也好几次对其工作特性分析过,具有导电单向性,其主要性能参数有:反向峰值电压,正向平均电流,正向耗散功率,pn结电容、温度效应,一般大家都比较关心靠前的那些参数指标,却很少过多关注后面两个参数:pn结电容和温度效应,其中pn结电容这里不予展开讨论,以后再将(主要是高频信号里面才涉及到),本文要讨论的是利用二极管的温度效应设计出温度补偿电路,别看它貌似可有可无,但对于信号采集类的产品电路设计,是提升其信号采集精度、稳定性、重复性等重要性能的杀手锏,一个充分考虑温度补偿电路的设计师,不敢说他是位优秀设计师,但可以肯定的说他是一个负责任的设计师。
温度对二极管的特性会产生很重要的影响,温度升高对其正向工作时的二极管影响如图1所示(某二极管典型正向工作时的温度VI影响图),图1中有两条二极管正向工作的特性曲线,一条温度为25°C,另一条100°C。
图1:二极管正向工作温度影响VI图
(资料图片仅供参考)
由此可以得出两条结论:
当温度升高时,对于确定的VF值,IF随温度的升高而升高。
当温度升高时,对于确定的IF值,VF岁温度的升高而降低。
实际上,温度升高通常都会引起其正向电流(IF)升高,正向电压(VF)降低,温度降低则相反,这里电流升高、电压降低的值都很小,视具体应用设计可忽略或不可忽略。
以上讨论的是温度的变化对二极管正向电压和正向电流的影响。那么对二极管反向电压VR(针对稳压管而言)和反向电流IR影响又是如何呢?这里分两种情况来讨论,第一种情况是处于截止工作状态的二极管(非稳压二极管工作方式),温度变化对二极管反向电压VR无影响,因为始终截止,对反向电流IR的影响和正向影响类似,如图2所示;第二种情况是对于处于反向导通状态的稳压二极管而言,反向电压VR、反向电流IR都会受温度变化影响,且变化与正向影响类似。
图2:二极管反向工作温度影响VI图(反向截止状态)
通过以上分析,已清楚二极管正反向工作时,其工作电压、电流与温度变化的关系,正是利用这种微妙的关系,从而实现了电路温度自动补偿的功能(非软件算法补偿),那么,继续往下想,温度自动补偿和二极管电压电流的变化,它们之间到底是怎么相互作用、相互影响的呢?由于温度自动补偿电路的种类千变万化,很多时候需要其它功能电路相互配合使用(如正负反馈电路),不同的应用补偿机制也不尽相同,为了方便大家快速了解、最能直观的体会到温度补偿电路的效果,这里仅以最简单的三极管放大电路为例,如图3所示,讲讲二极管是怎么通过温度效应实现三极管放大电路的温度补偿(稳定优化)的。
注:图3的三极管放大电路已默认稳定在静态工作点
图3:简单三极管放大电路(带二极管温度补偿)
实际的温度补偿过程分析如下:
温度↑→三极管放大倍数β↑→IC↑,由此发现如果没有温度补偿电路,显然温度升高后,输出信号IC也变大了,这是不希望出现的结果,再往下看二极管那边会如何调整。
温度↑→UD↓→UBE↓→IC↓,看见没,输出信号IC降低啦,上面第1条是IC升高了,就这样通过二极管温度补偿电路,实现了电路性能的稳定,温度下降与此分析相反。
审核编辑:汤梓红
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