二極管電路設計：溫度補償電路

利用二極管的溫度效應設計溫度補償電路

二極管具有導電單向性，其主要性能參數有：反向峰值電壓，正向平均電流，正向耗散功率，pn結電容、溫度效應，一般都比較關心靠前的那些參數指標，卻很少過多關注后面兩個參數:pn結電容和溫度效應，本文討論的是利用二極管的溫度效應設計出溫度補償電路，對于信號采集類的產品電路設計，是提升其信號采集精度、穩定性、重復性等重要性能的。

溫度對二極管的特性會產生很重要的影響，溫度升高對其正向工作時的二極管影響如圖1所示（某二極管典型正向工作時的溫度VI影響圖），圖1中有兩條二極管正向工作的特性曲線，一條溫度為25°C，另一條100°C。

圖1：二極管正向工作溫度影響VI圖

由此可以得出兩條結論：

當溫度升高時，對于確定的VF值，IF隨溫度的升高而升高。

當溫度升高時，對于確定的IF值，VF歲溫度的升高而降低。

實際上，溫度升高通常都會引起其正向電流(IF)升高，正向電壓(VF)降低，溫度降低則相反，這里電流升高、電壓降低的值都很小,視具體應用設計可忽略或不可忽略。

以上討論的是溫度的變化對二極管正向電壓和正向電流的影響。那么對二極管反向電壓VR（針對穩壓管而言）和反向電流IR影響又是如何呢？這里分兩種情況來討論，第一種情況是處于截止工作狀態的二極管(非穩壓二極管工作方式)，溫度變化對二極管反向電壓VR無影響，因為始終截止，對反向電流IR的影響和正向影響類似，如圖2所示；第二種情況是對于處于反向導通狀態的穩壓二極管而言，反向電壓VR、反向電流IR都會受溫度變化影響，且變化與正向影響類似。

圖2：二極管反向工作溫度影響VI圖（反向截止狀態）

通過以上分析，已清楚二極管正反向工作時，其工作電壓、電流與溫度變化的關系，正是利用這種微妙的關系，從而實現了電路溫度自動補償的功能（非軟件算法補償），那么，繼續往下想，溫度自動補償和二極管電壓電流的變化，它們之間到底是怎么相互作用、相互影響的呢？由于溫度自動補償電路的種類千變萬化，很多時候需要其它功能電路相互配合使用(如正負反饋電路)，不同的應用補償機制也不盡相同，為了方便大家快速了解、最能直觀的體會到溫度補償電路的效果，這里僅以最簡單的三極管放大電路為例，如圖3所示，講講二極管是怎么通過溫度效應實現三極管放大電路的溫度補償（穩定優化）的。

注：圖3的三極管放大電路已默認穩定在靜態工作點

圖3：簡單三極管放大電路（帶二極管溫度補償）

實際的溫度補償過程分析如下：

溫度↑→三極管放大倍數β↑→IC↑，由此發現如果沒有溫度補償電路，顯然溫度升高后，輸出信號IC也變大了，這是不希望出現的結果，再往下看二極管那邊會如何調整。

溫度↑→UD↓→UBE↓→IC↓，看見沒，輸出信號IC降低啦，上面第1條是IC升高了，就這樣通過二極管溫度補償電路，實現了電路性能的穩定，溫度下降與此分析相反。

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