了解参考电压：简单的电流吸收器

在使用运算放大器反馈和电压参考生成任意幅度的直流电流是一个简单而直接的过程。到目前为止，我们已经讨论了几种外部运算放大器架构，用于实现电流源和接收器的单个或网络。在本系列的最后一部分中，我们将介绍一种利用电压参考本身内部反馈的架构。让我们首先考虑电压基准的符号及其实际功能框图，如下面的图 1 所示。

图 1：参考电压及其功能框图

我们借用了齐纳二极管的符号，因为这基本上是电压参考的行为方式；然而，这种行为是通过巧妙的设计实现的，而不仅仅是简单的设备物理。考虑在以前的帖子中使用并在下面的图 2 中显示的自参考（阴极参考绑定）配置。

图 2：参考电压典型操作

那么，对于这个设置，我们能说什么呢？首先，我们可以大大简化和定义图 2 中所有电流的情况，如公式 1 所示。

也就是说，I BIAS是运算放大器静态电流 I Q和双极结型晶体管 (BJT)的发射极电流 i E的总和。公式 2 进一步简化了这一点，因为它承认与正常工作期间的发射极电流相比，运算放大器的静态电流可以忽略不计。

方程 3 和 4 定义了发射极电流，从基极-发射极结的二极管方程开始，并假设具有标称理想因子的正向偏置操作。

如上面的等式4所示，必须存在一些基极-发射极电压以维持I BIAS。这当然意味着图2中的v ref和V REF之间存在非零差异；我们将通过根据 V REF和小扰动电压 ε v在等式 5 中定义 v ref来说明这一点。

我们现在可以根据基极-发射极电压和运算放大器增益定义 ε v，如公式 6 和 7 所示。

在理想的运算放大器情况下，显然 ε v下降到零；但是，让我们考虑一些非常保守的值。假设维持I BIAS所需的v BE是0.5V 并且运算放大器的增益是中等的10 4 ，下面的公式8 解决了公式7 。

对于 1.25V 电压基准，这代表大约千分之四的误差或 40ppm——也就是说，这种误差可以安全地视为可以忽略不计。 

现在考虑当我们增加输入电压时ε v会发生什么，因此 I BIAS；具体来说，假设我们从某个任意操作点将I BIAS加倍，如等式 9 和 10 所示。

现在可以通过将公式 10 除以公式 9 并简化公式 11 到 13 中的项来导出支持加倍 I BIAS所需的V BE变化。

最后，我们可以推导出支持双倍 I BIAS所需的ε v变化的方程，如方程 14 和 15 所示。  

代入热电压的室温值 V T，并假设（再次）运算放大器增益为 10 4 ，我们可以求解公式 15 以获得加倍 I BIAS所需的保守值 Δε v，从而得到下面的公式 16。

在这种情况下，每次 I BIAS加倍时，v ref处的电压仅增加 1.792μV。正是这种运算放大器增益与模拟齐纳击穿行为的基极-发射极二极管的指数 IV 特性相乘。

以不同的方式连接参考电压，我们可以利用其内部运算放大器来生成一个简单的电流吸收器，如下面的图 3 所示。

图 3：简单的参考电压导出电流吸收器

为了形象化这里发生的事情，请考虑插入功能图来代替符号，如下面的图 4 所示。

图 4：简单的电流吸收功能图

请注意，V IN、R BIAS和 BJT 电路实质上充当运算放大器的反相输出级。因此，我们可以将整个组合折叠为具有新增益 A T和反向输入极性的新运算放大器符号，如下图 5 所示。

图 5：简单的电流吸收功能图和等效电路

因此，我们得到了本系列第一篇文章中讨论的相同电流吸收电路。

在本系列中，我们研究了从电压参考生成电流参考的重要主题。所述第一柱盖精度，单个源和任意大小的水槽（其可以，当然，被用于实现偏置网络）; 所述第二和第三帖子讨论了一种方法，如果精度和组件数量的权衡可行，则可以通过该方法使用单个反馈设备导出偏置网络。