Viele Bausteine haben eine Spannungsreferenz eingebaut, die band gap
referenz. Diese wurde Anfang der 70er Jahre von Widlar vorgestellt. Die
Technik besteht aus 2 elementen, die uns normalerweise Ärger machen und
die man zum Ausgleich bringen kann:
Bipolare Halbleiter haben bei steigender Temperatur niedrigere
Durchlaßspannung, das ist das eine. Daraus resultiert, daß eine
Transistor-Stromquelle an einer festen Spannung einen positiven
Temperaturkoeffizienten hat. Das ist das andere.
Widlar kam auf eine kleine Schaltung aus 3 Transistoren und 3
Widerständen, die sich für einen bestimmten Temperaturbereich annähernd
konstant verhält. Seine Schaltung benötigt einen Konstantstrom zur
Versorgung. Das ist z.B. hier beschrieben
https://www.allaboutcircuits.com/technical-articles/introduction-to-bandgap-voltage-references/
Widlars Schaltung in die Simulation eingegeben. Die band gap referenz
ist aus Q1, Q2, Q3 und R1, R2, R3 aufgebaut. Um einen Konstantstrom für
die Referenz zu erzeugen, braucht man noch 3 Transistoren und 3
Widerstände mehr, das sind Q4, Q6, Q6 und R5, R6, R7. Der Konstantstrom
ist temperaturabhängig. Das ist aber hier nicht schlimm, denn der
Ausgleich positiver zu negativer Effekte läßt sich mit den Widerständen
R1, R2, R3 einstellen.
Wofür R4 da ist, muß noch gesagt werden. Wird die Schaltung mit Spannung
versorgt, ist die Referenz 0V. Damit ist der Konstantstrom auch 0mA. Zum
starten des Regelkreises muß also ein (sehr kleiner) Strom fließen,
damit das ganze sich selbst hochzieht.
Zum selber weiterforschen: LTSpice-Datei angehängt und Lesequelle:
https://www.renesas.com/eu/en/document/whp/how-make-bandgap-voltage-reference-one-easy-lesson-paul-brokaw
Danke.
Da ich mich bisher nie gefragt hatte, wie das intern gemacht wird, ist
dein Bildchen eine nette Information.
Ich vermute aber mal, dass ein diskreter Aufbau nicht ganz die
Performance der Simulation bringt. Das Ganze lebt auch davon, dass die
Halbleiter eine enge thermische Kopplung haben, wie es in Chips üblich
ist.
BTW: Generell, man kann in LTSpice auch jedem Bauelement eine eigene
Temperatur vorgeben: Ctrl-RMB und unter 'value2' z.B. temp=40 eintragen
und beim nächsten eben einen anderen Wert. Ist zwar jetzt nicht Sinn
deiner Simulation, kann aber helfen, um den Einfluss unterschiedlicher
BE-Temperaturen zu ergründen.
Widlaw hatte das damals aus einzelnen Bauelementen gebaut und dann kam
das in eine "Dose" für den Temperaturausgleich. nothing for the faint
hearted, die Transistoren müssen ja alle vorher ausgemessen sein und
dann der Feinabgleich über Widerstände. Ich denke, bis man die
Temperaturverläufe linearisiert bekommt, geht eine Woche
heiß-messen-kalt-messen-löten ins Land..
Mir gings nur darum, seit Jahren wollte ich mir die Funktion ansehen.
Und immer hatte ich dann einen TL431 oder ähnliches zur Hand und habs
nach hinten verschoben. Jetzt wollt ich wissen wie's geht, und wenn ichs
schon weiß, kann ich auch nen kleinen Text dazu machen.
Danke für Deinen Beitrag.
Mike, der LTspice-Programmierer, hat ein Example mit vier verschiedenen
Versionen beigepackt:
Heißt es nicht bandgaps.asc (ich habe es auf diesem Rechner noch nicht
installiert)?
dort macht er den Temp-Sweep mit
.dc temp -5 95 0.1
was viel schneller simuliert.
Die Datei gehört zum "Lieferumfang" von LTspice - im Verzeichnis
examples\educational findest Du BandGaps.asc
In jedem der 4 Beispiele gibt es jeweils einen Transistor mit dem Zusatz
10, der hat eine andere Charakteristik (Vbe).
Weiß jemand, was das genau bedeutet / bewirkt?
Die Simulationen kannst du kippen, wenn es um mehr als das Prinzip geht.
Die kritischen Parameter dafür sind nicht in dem Modellen drinnen, bzw.
werden die von der Model Extraktion Software missbraucht,
um andere Parameter zu fitten, oder werden einfach auf einen Default
Wert gesetzt.
Die besseren Bandgaps haben zudem alle eine Korrektur der 2nd Order
Effekte drinnen.
eProfi schrieb:> Die Datei gehört zum "Lieferumfang" von LTspice - im Verzeichnis> examples\educational findest Du BandGaps.asc> In jedem der 4 Beispiele gibt es jeweils einen Transistor mit dem Zusatz> 10, der hat eine andere Charakteristik (Vbe).> Weiß jemand, was das genau bedeutet / bewirkt?
Das ist meines Wissens der Unterschied in der Stromdichte der beiden
Transistoren.
Suche mal nach A. Paul Brokaw:
"HOW TO MAKE A BANDGAP VOLTAGE REFERENCE IN ONE EASY LESSON"
Arno
band_gap_reference_2mA.png
(26 KB)
