電路基準(zhǔn)源的產(chǎn)生方法

幾乎在所有先進(jìn)的電子產(chǎn)品中都可以找到電壓基準(zhǔn)源，單片機(jī)電路中、嵌入式系統(tǒng)中的模擬放大和A/D轉(zhuǎn)換等電路需要高精度、高穩(wěn)定性的供電電源和參考電壓源?；鶞?zhǔn)電源是一種可以產(chǎn)生高精度、高穩(wěn)定性電壓的器件或電路，它產(chǎn)生的電壓給特定部件作為參考電壓使用。基準(zhǔn)電源使用廣泛，其精度和可靠性直接決定著系統(tǒng)的精度和可靠性。

常用的基準(zhǔn)穩(wěn)壓電源，按基本組成可分為分立元件電路和集成電路兩大類(lèi)。在這里將大家梳理一下

1 穩(wěn)壓管產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓源電路

通常我們選用穩(wěn)壓二極管作為基準(zhǔn)電壓源，這是最簡(jiǎn)單、也是最傳統(tǒng)的方法，按照所需電壓值選一個(gè)對(duì)應(yīng)型號(hào)的穩(wěn)壓管當(dāng)然可以，但選得是否合適、是否最佳，卻大有講究。穩(wěn)壓管基準(zhǔn)電壓源電路如圖所示。VDz是穩(wěn)壓管，R是限流電阻，Vi是輸入直流電壓。Vo為輸出電壓，等于穩(wěn)壓管兩端的電壓Vz，即為基準(zhǔn)電壓。

穩(wěn)壓管的電流調(diào)節(jié)作用是這種穩(wěn)壓電路能夠穩(wěn)壓的關(guān)鍵，即利用穩(wěn)壓管端電壓Vz的微小變化，引起電流Iz較大的變化，通過(guò)電阻R起著電壓調(diào)節(jié)作用，保證輸出電壓基本恒定。由于穩(wěn)壓管和負(fù)載電阻是并聯(lián)的，故這種電路也叫并聯(lián)式穩(wěn)壓電路。

環(huán)境溫度變化時(shí)穩(wěn)壓管的擊穿特性還會(huì)產(chǎn)生漂移。6V以下的穩(wěn)壓管具有負(fù)溫度系數(shù)、溫度升高時(shí)穩(wěn)壓值減小。擊穿電壓越低則負(fù)溫度系數(shù)越大，例如3V穩(wěn)壓管的溫度系數(shù)約為-1.5mV/℃;6V以上為正溫度系數(shù)、溫度升高時(shí)穩(wěn)壓值增大，擊穿電壓越高的溫度系數(shù)越大，例如30V穩(wěn)壓管的溫度系數(shù)約為33mV /℃;

常用的基準(zhǔn)二極管如LM385-1.2、LM385-2.5、LM336-2.5、LM336-5具有更小的動(dòng)態(tài)電阻(如 LM385 僅1Ω、LM336-5僅0.6Ω、LM336-2.5僅0.2Ω)，在很小的工作電流下即有很硬的特性、在10 uA電流下即可正常工作

恒溫電壓基準(zhǔn)LM199/299/399系列，其穩(wěn)定電壓典型值為6.95V、動(dòng)態(tài)電阻典型值0.5Ω、LM199/299溫度系數(shù)<1ppm/℃。

2.集成塊產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓源電路

常用的精密集成穩(wěn)壓電路有TL431、MAX6035、ICL8069、AD584等芯片。

(1)TL431精密集成穩(wěn)壓塊

TL431系列芯片是有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源。它的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意地設(shè)置到從Vref(2.5 V)到36V范圍內(nèi)的任何值。TL431的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。Vi是一個(gè)內(nèi)部的2.5V基準(zhǔn)源, 接在運(yùn)放的反相輸入端。由運(yùn)放的特性可知, 只有當(dāng)REF端(同相端)的電壓非常接近Vi(2.5V)時(shí), 三極管中才會(huì)有一個(gè)穩(wěn)定的非飽和電流通過(guò), 而且隨著REF端電壓的微小變化, 通過(guò)三極管的電流將從1~100mA變化。

圖示為T(mén)L431器件的符號(hào), 3個(gè)引腳分別為：

陰極C(CATHODE)

陽(yáng)極A(ANODE)

參考端R(REF)

由TL431構(gòu)成的5V穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路如圖所示。R0取1.5kW, R1、R2分別取10kW, 輸入電壓Vi為12~24V時(shí), 輸出電壓均為5V, 因此, 此種穩(wěn)壓器的精度很高。但是當(dāng)在C、A端并接負(fù)載電阻時(shí), 電阻值應(yīng)大于2kW, 否則不能正常輸出。

下圖為T(mén)L431應(yīng)用電路, 用TL431制成的高精度穩(wěn)壓直流電源的紋波很小, 精度較高, 可以給高精密儀器供電。

(2)MAX6035精密集成穩(wěn)壓塊

MAX6035是寬電壓輸入范圍和精密的、微功耗的電壓基準(zhǔn)。這款3端器件具有2.5 V、3.0 V和5.0 V輸出電壓選項(xiàng)，是REF02和REF43等工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)器件的升級(jí)產(chǎn)品。MAX6035采用3引腳SOT23和8腳SOIC封裝，典型應(yīng)用和引腳配置如圖所示。

工作于-40~125℃溫度范圍。其特性是: 寬電源電壓范圍(6.9~33V); 在使用溫度范圍內(nèi)溫度系數(shù)最大為25′10-6/℃; ±0.2%(最大值)初始精度; 95mA(最大值)靜態(tài)電源電流; 10mA輸出電流, 2mA灌入電流; 無(wú)須輸出電容; 在高達(dá)5mF的容性負(fù)載下仍穩(wěn)定工作。

集成塊基準(zhǔn)電壓源電路

(3)ICL8069精密集成穩(wěn)壓塊

ICL8069系列產(chǎn)品的主要性能參數(shù): 基準(zhǔn)電壓典型值為1.23V; 最小值為1.20V; 最大值為1.25V; 最大工作電流為5mA; 穩(wěn)定性好, 當(dāng)工作電流在50mA~5mA范圍變化時(shí), VREF的變化量小于20mV。ICL8069典型應(yīng)用電路如下圖所示。

(4)AD584精密集成穩(wěn)壓塊

AD584是美國(guó)ADI公司率先推出的可編程基準(zhǔn)電壓源, 具有優(yōu)良的溫度系數(shù), 在0~70℃的溫度范圍內(nèi)溫度系數(shù)最大為5′10-6/℃。靜態(tài)電流消耗為1mA, 具有10mA的帶負(fù)載能力。輸入電壓范圍為4.5~30V, 工作溫度范圍為-55~125℃。它不僅可獲得4種固定的基準(zhǔn)電壓值, 還可以在2.5~10V范圍內(nèi)設(shè)定所需的基準(zhǔn)電壓值, 同時(shí)還能提供兩線(xiàn)制的負(fù)參考電壓輸出, 使用非常靈活。其典型的封裝形式如圖所示。[!--empirenews.page--]

AD584采用引腳編程來(lái)決定輸出電壓。當(dāng)在8腳和4腳提供電源后, 如果其他引腳懸空沒(méi)有連接的情況下, 輸出10V的參考電壓; 當(dāng)連接引腳2和3時(shí), 輸出7.5V; 連接引腳2和引腳1時(shí), 輸出5.0V; 連接引腳3和引腳1時(shí), 輸出2.5V。

AD584的基本應(yīng)用電路和負(fù)參考電源輸出電路如圖所示。

下面是AD584為 5V帶隙基準(zhǔn)電壓源一個(gè)典型應(yīng)用，在這個(gè)應(yīng)用中，AD596/597(IC1)作為閉環(huán)熱電偶信號(hào)調(diào)理器使用。如圖10，IC2為CMOS單片3 1/2位A/D轉(zhuǎn)換器ICL7136，亦可用ICL7106來(lái)代替，但功耗會(huì)增大些。IC3為 5V帶隙基準(zhǔn)電壓源AD584， 5V基準(zhǔn)電壓經(jīng)過(guò)R4、R5分壓后給ICL7136提供1.000V的基準(zhǔn)電壓，由ICL7136和LCD顯示器構(gòu)成滿(mǎn)量程為2V的數(shù)字面板表 (DPM)。IC4選用OP07型運(yùn)算放大器。RP為設(shè)定點(diǎn)調(diào)節(jié)電位器，用以設(shè)置所要控制的溫度T1。IC5為帶雙向晶閘管(TRIAC)的光耦合器。

電壓基準(zhǔn)源簡(jiǎn)單、穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓，作為電路設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵因素，電壓基準(zhǔn)源的選擇需要考慮多方面的問(wèn)題并作出折衷，本文旨在幫大家了解在電子產(chǎn)品電路設(shè)計(jì)中基準(zhǔn)電源的產(chǎn)生方法幾個(gè)思路。