如何“玩透”时序控制电路高低温波动

我们在使用分立的NPN管搭建时序控制电路时,经常忽略了NPN管的温度特性,高温开启门限Vth值大,低温小的特性。单板经常使用到的时序控制电路如下图所示:

如何“玩透”时序控制电路高低温波动

调整三极管的VBE和VCE,使得NPN管工作在饱和区和截止区,输出0(低电压)或者1(高电压);

通过调整MOS管的VGS和VDS,使得MOS管工作在截止区和可变电阻区,输出0(低电压)或者1(高电压);

以NPN管子为例,在第一级管子的基级级联RC电路,通过调整时间常数来改变NPN管子导通和关断时间。满足前后两级三次电源之间的时序约束。

使用NPN管设计时序控制电路,经常遇到如下两个问题:

  1. 低温NPN无法开启:这是由于输入VBE的电压值不过大;
  2. 高温上下电时序不满足规格书要求:这是由于输入Vth小,不同电源之间导通时间差异变小;

首先我们得了解PN结管开启门限随温度波动的原因:当温度升高时,PN结两边的热平衡少子浓度相应增加,从而导致PN结的反向饱和电流IS增大。实验结果表明:

 温度没升高10°C,IS约增大一倍。加正偏时,e^(V/VT)随温度升高变小,而IS随温度升高而升高,且居主导位置。因此PN结的正向电流随温度升高而变大。这种温度效应实际上与VD(on)所以温度升高而变小时等价的。温度没升高1°C,VD(on)减小2.5Mv.

 当温度进一步升高时,热平衡少子浓度进一步提高。在极端情况下,本征激发占据主导位置,杂质半导体变得和本征半导体相似,PN结就不存在。因此为了保证PN结正常工作,需要定义一个结温。通常硅最高工作温度在150~200°C,锗管在75~100°C.

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