Band-Gap-Referenzelemente

Durch die Addition zweier Spannungen mit gegenläufigen Temperaturkoeffizienten gelingt es, eine Spannungsreferenz zu erzeugen, die weitgehend unabhängig von der Temperatur ist. Die gegenläufigen Temperaturkoeffizienten erreicht man, in dem man zwei Transistorgruppen mit unterschiedlichen Strömen betreibt (typ. um einen Faktor 10 unterschiedlich). Die Differenz der Basis-Emitterspannungen der beiden Transistorgruppen (ca. 60 mV) wird um den Faktor 10 verstärkt und zu einer weiteren Basis-Emitterspannung addiert. Da die Differenzspannung einen Temperaturkoeffizienten von ca. +2 mV/K aufweist, während die Basis-Emitterspannung einen Koeffizienten von -2 mV/K aufweist, heben sich die beiden Temperaturkoeffizienten auf und liefern eine Summenspannung von etwa 1.25 V.

Die obige Schaltung zeigt das Prinzip einer Band-Gap-Referenz: Transistor T1 wird mit einem 10-fach höheren Strom versorgt als Transistor T2. Die Differenz der beiden Basis-Emitterspannungen wird durch passende Einstellung der Widerstände R4 und R5 um den Faktor 10 verstärkt und zur Basis-Emitterspannung des Transistors T3 addiert. Die Transistoren T4 und T5 dienen zur Verstärkung, um letztendlich zwischen den Anschlüssen der Schaltung eine Spannung von ca. 1.22 V aufrecht zu erhalten, die einen niedrigen Temperaturkoeffiezienten aufweist.

Temperaturabhängigkeit der Referenzspannung