【導(dǎo)讀】什么比基準(zhǔn)電壓源更簡單的基本電壓恒定基準(zhǔn)電壓呢?與所有設(shè)計主題一樣,也需要權(quán)衡取舍。本文討論了不同類型的電壓基準(zhǔn),它們的關(guān)鍵規(guī)格以及設(shè)計折衷,包括精度,溫度無關(guān)性,電流驅(qū)動能力,功耗,穩(wěn)定性,噪聲和成本。
有什么比基準(zhǔn)電壓源更簡單的基本電壓恒定基準(zhǔn)電壓呢?與所有設(shè)計主題一樣,也需要權(quán)衡取舍。本文討論了不同類型的電壓基準(zhǔn),它們的關(guān)鍵規(guī)格以及設(shè)計折衷,包括精度,溫度無關(guān)性,電流驅(qū)動能力,功耗,穩(wěn)定性,噪聲和成本。
理想的
一個理想的參考電壓有一個完美的初始精度并保持其電壓在負(fù)載電流,溫度和時間的變化。在現(xiàn)實世界中,設(shè)計人員必須權(quán)衡以下因素:初始電壓精度,電壓溫度漂移和滯后,電流源和吸收能力,靜態(tài)電流(或功耗),長期穩(wěn)定性,噪聲和成本。
參考類型
兩種最常見的參考類型是齊納和帶隙。齊納二極管通常用于兩端并聯(lián)拓?fù)渲小痘鶞?zhǔn)通常用于三端串聯(lián)拓?fù)洹?/div>
齊納二極管和并聯(lián)拓?fù)?/div>
齊納二極管是為在反向偏置擊穿區(qū)域中工作而優(yōu)化的二極管。由于擊穿是相對恒定的,因此可以通過反向驅(qū)動已知電流來產(chǎn)生穩(wěn)定的參考電壓。
齊納二極管的一大優(yōu)勢是電壓范圍廣,從2V至200V。它們還具有廣泛的功率處理能力,從幾毫瓦到幾瓦。
齊納二極管的主要缺點是它們的精度不足以用于高精度應(yīng)用,并且其功耗使其非常適合于低功率應(yīng)用。一個例子是BZX84C2V7LT1G,其擊穿電壓或標(biāo)稱參考電壓為2.5V,變化范圍為2.3V至2.7V,或±8%的精度。這僅適用于精度要求不高的應(yīng)用。
齊納基準(zhǔn)的另一個問題是輸出阻抗。上面的示例在5mA時的內(nèi)部阻抗為100Ω,在1mA時的內(nèi)部阻抗為600Ω。非零阻抗會導(dǎo)致參考電壓的額外變化,具體取決于負(fù)載電流的變化。選擇低輸出阻抗的齊納二極管可最大程度地減小這種影響。
埋入式齊納二極管是一種特殊類型的齊納二極管,由于其結(jié)構(gòu),其比常規(guī)齊納二極管更穩(wěn)定,這使它們置于硅表面下方。
實際齊納二極管的替代品是模擬齊納二極管的有源電路。電路允許該器件極大地改善了齊納二極管的經(jīng)典局限性。MAX6330就是這樣一種器件。在100µA至50mA的負(fù)載變化范圍內(nèi),它具有1.5%(最大值)的嚴(yán)格初始精度。這種IC的典型實現(xiàn)如圖1所示。
選擇合適的分流電阻
所有分流配置參考都需要一個與參考元件串聯(lián)的限流電阻。可以從以下公式計算得出:
RS =(VIN(最大值)– VSHUNT(最小值))/(ISHUNT(最大值)+ ILOAD(最小值))≤RS≤(VIN(min)– VSHUNT(最大值))/(ISHUNT(最小值)+ ILOAD(最大值) )
其中:
VIN是輸入電壓范圍
VSHUNT是穩(wěn)壓電壓
ILOAD是輸出電流范圍
ISHUNT是最小并聯(lián)工作電流
請注意,無論是否存在負(fù)載,并聯(lián)電路始終消耗ILOAD(max)+ ISHUNT。
通過適當(dāng)調(diào)整RS的大小,可將同一個分流器用于10VIN或100VIN。為RS選擇最大的標(biāo)稱電阻器值可實現(xiàn)最低的電流消耗。請記住要提供安全余量,以結(jié)合所用電阻器的最壞情況容限。您還應(yīng)該使用以下兩個通用功率方程式之一來確保電阻器的額定功率足夠:
PR = IIN(VIN(最大)– VSHUNT)
=I²INRS
=(VIN(最大)– VSHUNT)²/ RS
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