Externa referensspänningskällor. Zenerdiod som precisionsreferensspänningskälla Mikrokretsar för referensspänningskällor

Hej alla!

Dagens recension kommer att fokusera på AD584 högprecisionsspänningsreferenskällan - en 4-kanalsmodul som producerar spänningar på 2,5V, 7,5V, 5V och 10V. Huvudsyftet med denna enhet är att testa multimetrar för noggrannhet. Som du kanske gissar används den för att kontrollera noggrannheten hos voltmetrar; andra driftslägen för multimetrar är inte på något sätt kopplade till den.

Det råkar vara så att den främsta, ofta använda multimetern i mitt hushåll är HYLEC MS8232. Den passar mig i princip med allt och passar helt och hållet för alla hushållsbehov. Det enda är att den maximala strömmen som den kan mäta i amperemeterläge är 200 mA, vilket är väldigt litet. För att mäta högre strömmar har jag därför även A830L som kostar hälften så mycket. Men vilken är mer exakt? För att besvara denna fråga kommer den här tavlan att vara användbar. Dessutom, med dess hjälp, kan vem som helst kontrollera sin multimeter för noggrannheten hos de visade data, åtminstone i voltmeterläge.

Så säljaren på eBay valdes helt slumpmässigt. Vid köptillfället kostade brädan 5,05 dollar, nu har den stigit något i pris och kostar 5,42 dollar. Jag tror att du kan hitta fler budgetalternativ, även om de inte är dyra. Efter korrespondens med säljaren nåddes en överenskommelse om att paketet skulle skickas med ett spår (jag fick betala ytterligare $2). Om någon är intresserad av att ta reda på hur paketet reste från Kina till Vitryssland, då kan du ta reda på all information.

Skivan levereras i en förseglad förpackning på alla sidor.


I verkligheten skiljer sig vår "kontrollenhet" inte mycket från vad som kan ses på säljarens sida och i verkligheten ser det ut så här:


Här ser vi två kontakter för att ansluta ström: en för batterier och den andra för en vanlig strömförsörjning. Det finns en röd ON/OFF-brytare, vars syfte är tydligt. Till vänster om omkopplaren finns fyra utspänningsregulatorer. Var och en är signerad, så det är inte så svårt att göra någonting. Att byta spänning görs genom att byglarna ändras :) A la, hej från 90-talet.


Men jag kom ihåg de gånger då man, för att ansluta en hårddisk i ett eller annat läge, var tvungen att utföra mycket liknande manipulationer :) Det finns modeller med ett mer avancerat spänningsomkopplingsalternativ, men eftersom jag inte planerar att använda kortet varje dag kommer det här alternativet att fungera för mig. Allra längst ner på brädan finns kontaktdynor för anslutning av multimetrar. Det finns 2 av dem, det vill säga 2 positiva och 2 negativa. Förutom att de är signerade är de också markerade med färg - det är väldigt svårt att förväxla dem, även om det inte händer något dåligt även om det händer. Det är bekvämt att använda interna kontakter för sonder och externa kontakter för krokodiler eller anslutningsledningar.

Förutom själva tavlan innehöll paketet till en början ett litet papper med kontrollvärden. Tyvärr blev det inte till en enda ram: (Det finns inget särskilt intressant med det - uppdaterade data om spänningsvärden, inget mer. Det såg ut ungefär så här (foto taget från Internet):


I hjärtat av hela denna design är AD584LH åttastifts precisionsspänningsmodul.


En bräda med ett ensidigt arrangemang av element, så det finns inget intressant på andra sidan.


Måtten på brädan är 56x56 millimeter. Kanske är detta det sista som kan sägas om dess utseende och struktur. Så du kan gå vidare till att kontrollera dess prestanda, men jag tror att det skulle vara användbart att först bekanta dig med dess funktioner och egenskaper:

1. Att använda ett 15V-batteri som strömkälla ger de mest exakta data;
2. Kortet har fyra programmerbara terminaler som var och en motsvarar utspänningen. Omkoppling sker genom att kortsluta motsvarande kopplingsplint. Eftersom AD584 är åttastift påverkar kortslutningen av varje stift utspänningen, för att minska kretsresistansen kopplas de två stiften parallellt;
3. Temperaturkoefficient: 5 ppm/°C (maximalt, 0°C till 70°C, AD584L) 15 ppm/°C (maximalt, -55°C till +125°C, AD584T);
4. Strömförbrukning: Statisk ström: 1mA (max), låg viloström idealisk för batterier;
5. Driftspänning: 4,5V till 30V, observera att driftspänningen bör vara högre än den programmerade utspänningen;
6. Temperaturområde: AD584J/K/L 0°C till +70°C, AD584S/T -55°C till +125° C. 7. Extern strömförsörjning - spänningen måste vara större än 11V;
8. Två typer av referensspänningsutgångsgränssnitt är bra för både testning av multimetrar och kalibrering av andra instrument;
9. Varje kort testas på fabriken med en 6-siffrig multimeter.
Något som det här. Nåväl, låt oss börja. Testet kommer att involvera själva kortet, en likriktare som strömkälla, samt två multimetrar (HYLEC MS8232 och A830L) som testpersoner.


Vi ansluter ström till batterikuddens kontakter, växlar "omkopplaren" till ON-läget och ser att den röda dioden på kortet tänds och informerar oss om att den kan användas.


Strömförsörjningen till batterifackets kontaktdynor är 12,96V, vilket är mer än tillräckligt för att testa kortet i alla lägen.


Eftersom spänningen på kortet är tyst inställd på 10 V, det är där vi börjar. Första HYLEC MS8232:


Ansluter A830L:


Skillnaden i multimeteravläsningar är 0,04V - inte så mycket. Men vi kommer att sammanfatta de uppgifter som erhållits lite senare.

Byt byglarna till 7,5V. HYLEC MS8232:


A830L:


Näst på tur är 5V. HYLEC MS8232:


A830L:


Och det sista testläget är 2,5V. HYLEC MS8232:


A830L:


Så det kan ses att ju högre spänningen är, desto mer varierar data som tas från multimetrarna: vid 2,5V - 0,01V, vid 5V - 0,02V, vid 7,5V - 0,02V och vid 10V - 0,04V. Dessutom är HYLEC MS8232-data stabila och matchar perfekt informationen som finns tillgänglig på det medföljande papperet. Men med A830L är inte allt så bra - ju högre spänningen är, desto längre bort från de sanna avläsningarna. Och om skillnaden inte är så stor vid 10V, kommer det att märkas ganska mycket vid 200-220V.

För att sammanfatta allt som har skrivits här kan jag säga att vår AD584 spänningsreferenskälla klarade de uppgifter som tilldelats dem bra. Nu vet jag vilken multimeter som ligger, och jag vet också den ungefärliga utvecklingen av avvikelser. Förutom att testa multimetrar kan AD584 även användas för att testa USB (och andra) testare om du skaffar en lämplig kabel och ansluter den till utgångsplattorna. Det viktigaste är att inte glömma att ingångsspänningen måste vara högre än utspänningen. Så det här kortet kan vara användbart i hushållet för dem som vill vara säkra på noggrannheten hos de enheter de har som kan visa spänningsnivån i nätverket.

Det är nog allt. Tack för din uppmärksamhet och din tid.

Stabiliteten hos en strömkälla bestäms nästan uteslutande av dess referensspänning. Vi har redan sett att en zenerdiod, på grund av dess ändliga interna resistans, producerar en konstant utspänning endast när en konstant ström flyter genom den. För att få en konstant ström finns det två vanliga sätt: använd en andra diod som förregulator eller använd en transistor som en stabil strömkälla. Den preliminära stabiliseringskretsen visas i fig. 9.28, där 10-V diodregulatorn fungerar som en reglerad källa för diodregulatorn med en referensspänning på 5,6 V. Därför bär den senare dioden en nästan konstant ström, oberoende av förändringar i inspänningen.

I fig. Figur 9.29 visar Williams ring of two-krets, som på ett smart sätt använder bipolära transistorer som DC-källor för zenerdioderna. Basspänningen för transistorn TY hålls vid 5,6 V, så dess emitterström är inställd så att emitterspänningen är 5,6 - 0,6 = 5,0 V; sålunda är emitterströmmen för transistorn Tj 5,0/470 A, eller ungefär 10 mA. Transistorkollektorström Tv ungefär lika med emitterströmmen, flyter in i zenerdioden D v vilket i sin tur bestämmer spänningen vid basen T g Detta orsakar transistorn T 2 säkerställer att 10 mA DC-ström flyter genom zenerdioden D r Och denna zenerdiod spelar rollen som en referensspänningskälla, som tillförs transistorns bas Den där.

För de flesta zenerdioder varierar genomslagsspänningen med temperaturen. Dioder med en genomslagsspänning på mindre än 5 V fungerar huvudsakligen på grund av tunneleffekten och har en negativ temperaturkoefficient, det vill säga deras genombrottsspänning minskar med ökande

Ris. 9,28. Stabil referensspänningskälla med förstabilisator.

Ris. 9,29. En referensspänningskrets med "dubbelring" där transistorer fungerar som källor för stabil ström.

temperatur. Vid spänningar större än 6 V dominerar lavineffekten i haveriet och temperaturkoefficienten är positiv, det vill säga att genombrottsspänningen ökar med stigande temperatur. Frågan uppstår: vad händer mellan dessa två regimer, där sammanbrott är en kombination av dessa två mekanismer? Svaret är att dioder kan tillverkas med en genomslagsspänning på cirka 5,6 eller 6,2 V, som faktiskt har mycket låga temperaturkoefficienter; om sådana dioder används i kretsar liknande de som visas i fig. 9.28 och 9.29, då kan du få en emf lika stabil som den för Weston-referenselementet.

Uppmärksamhet!!! Leverans av ALLA enheter som är listade på webbplatsen sker över hela territoriet i följande länder: Ryssland, Ukraina, Republiken Vitryssland, Republiken Kazakstan och andra OSS-länder.

I Ryssland finns det ett etablerat leveranssystem till följande städer: Moskva, St. Petersburg, Surgut, Nizhnevartovsk, Omsk, Perm, Ufa, Norilsk, Chelyabinsk, Novokuznetsk, Cherepovets, Almetyevsk, Volgograd, Lipetsk Magnitogorsk, Tolyatti, Kogalym, Kstovo, Novy Urengoy, Nizhnekamsk, Nefteyugansk, Nizhny Tagil, Khanty-Mansiysk, Jekaterinburg, Samara, Kaliningrad, Nadym, Noyabrsk, Vyksa, Nizhny Novgorod, Kaluga, Novosibirsk, Rostov-on-Don, Verkhnyaya Pyshma, Krasnoyarsk, Nazhnyberesk, Krasnoyarsk, Kazanoyarsk, , Vsevolozhsk, Yaroslavl, Kemerovo, Rjazan, Saratov, Tula, Usinsk, Orenburg, Novotroitsk, Krasnodar, Ulyanovsk, Izhevsk, Irkutsk, Tyumen, Voronezh, Cheboksary, Neftekamsk, Veliky Novgorod, Tver, Astrakhan, Penzavsk Novosk, Penzavsk, Penzavsk, Penzavsk, Urai, Pervouralsk, Belgorod, Kursk, Taganrog, Vladimir, Neftegorsk, Kirov, Bryansk, Smolensk, Saransk, Ulan-Ude, Vladivostok, Vorkuta, Podolsk, Krasnogorsk, Novouralsk, Novorossiysk, Khabarovsk, Zheleznogorsk, Kostroma, St. Zelenogorsk, Tagbool, Svetogorsk, Zhigulevsk, Archangelsk och andra städer i Ryska federationen.

I Ukraina finns det ett etablerat leveranssystem till följande städer: Kiev, Kharkov, Dnepr (Dnepropetrovsk), Odessa, Donetsk, Lvov, Zaporozhye, Nikolaev, Lugansk, Vinnitsa, Simferopol, Cherson, Poltava, Chernigov, Cherkassy, ​​Sumy, Zhitomir, Kirovograd, Khmelnitsky, Rivne, Chernivtsi, Ternopil, Ivano-Frankivsk, Lutsk, Uzhgorod och andra städer i Ukraina.

I Vitryssland finns det ett etablerat leveranssystem till följande städer: Minsk, Vitebsk, Mogilev, Gomel, Mozyr, Brest, Lida, Pinsk, Orsha, Polotsk, Grodno, Zhodino, Molodechno och andra städer i Republiken Vitryssland.

I Kazakstan finns det ett etablerat leveranssystem till följande städer: Astana, Almaty, Ekibastuz, Pavlodar, Aktobe, Karaganda, Uralsk, Aktau, Atyrau, Arkalyk, Balkhash, Zhezkazgan, Kokshetau, Kostanay, Taraz, Shymkent, Kyzylorda, Lisakovsk, Shakhtinsk, Petropavlovsk, Rider, Rudny, Semey, Taldykorgan, Temirtau, Ust-Kamenogorsk och andra städer i Republiken Kazakstan.

Tillverkare TM "Infrakar" är en tillverkare av multifunktionella enheter som en gasanalysator och en rökmätare.

Om den tekniska beskrivningen inte innehåller den information du behöver om enheten på hemsidan kan du alltid kontakta oss för hjälp. Våra kvalificerade chefer kommer att förtydliga för dig enhetens tekniska egenskaper från dess tekniska dokumentation: bruksanvisning, pass, blankett, bruksanvisning, diagram. Vid behov tar vi fotografier av enheten, stativet eller enheten du är intresserad av.

Du kan lämna recensioner på en enhet, mätare, enhet, indikator eller produkt köpt från oss. Om du samtycker kommer din recension att publiceras på webbplatsen utan att lämna kontaktinformation.

Beskrivningar av enheterna är hämtade från teknisk dokumentation eller teknisk litteratur. De flesta bilder på produkter tas direkt av våra specialister innan varorna skickas. Beskrivningen av enheten ger de viktigaste tekniska egenskaperna för enheterna: betyg, mätområde, noggrannhetsklass, skala, matningsspänning, dimensioner (storlek), vikt. Om du på webbplatsen ser en diskrepans mellan namnet på enheten (modellen) och de tekniska specifikationerna, foton eller bifogade dokument - vänligen meddela oss - du kommer att få en användbar present tillsammans med den köpta enheten.

Vid behov kan du kontrollera totalvikt och mått eller storleken på en enskild del av mätaren i vårt servicecenter. Vid behov hjälper våra ingenjörer dig att välja en komplett analog eller den lämpligaste ersättningen för den enhet du är intresserad av. Alla analoger och ersättningar kommer att testas i ett av våra laboratorier för att säkerställa full överensstämmelse med dina krav.

Vårt företag utför reparationer och serviceunderhåll av mätutrustning från mer än 75 olika tillverkningsanläggningar i före detta Sovjetunionen och OSS. Vi utför även följande metrologiska procedurer: kalibrering, kalibrering, gradering, testning av mätutrustning.

Enheter levereras till följande länder: Azerbajdzjan (Baku), Armenien (Jerevan), Kirgizistan (Bishkek), Moldavien (Chisinau), Tadzjikistan (Dushanbe), Turkmenistan (Ashgabat), Uzbekistan (Tasjkent), Litauen (Vilnius), Lettland ( Riga) ), Estland (Tallinn), Georgien (Tbilisi).

Zapadpribor LLC erbjuder ett stort urval av mätutrustning med bästa pris-kvalitetsförhållande. För att du ska kunna köpa enheter billigt övervakar vi konkurrenternas priser och är alltid redo att erbjuda ett lägre pris. Vi säljer endast kvalitetsprodukter till de bästa priserna. På vår hemsida kan du billigt köpa både de senaste nya produkterna och beprövade enheter från de bästa tillverkarna.

Webbplatsen har ständigt en kampanj "Köp till bästa pris" - om produkten som presenteras på vår webbplats på en annan internetresurs har ett lägre pris, kommer vi att sälja den till dig ännu billigare! Köpare ges också en extra rabatt för att lämna recensioner eller fotografier av användningen av våra produkter.

Prislistan innehåller inte hela utbudet av produkter som erbjuds. Du kan få reda på priser för varor som inte ingår i prislistan genom att kontakta förvaltarna. Du kan också få detaljerad information från våra chefer om hur du billigt och lönsamt köper mätinstrument i grossist- och detaljhandeln. Telefon och e-post för konsultationer om köp, leverans eller att få rabatt finns listade ovanför produktbeskrivningen. Vi har de mest kvalificerade medarbetarna, högkvalitativ utrustning och konkurrenskraftiga priser.

Zapadpribor LLC är en officiell återförsäljare av tillverkare av mätutrustning. Vårt mål är att sälja högkvalitativa produkter med de bästa priserbjudandena och service till våra kunder. Vårt företag kan inte bara sälja den enhet du behöver, utan också erbjuda ytterligare tjänster för dess verifiering, reparation och installation. För att säkerställa att du har en trevlig upplevelse efter att du har köpt på vår hemsida, har vi tillhandahållit speciella garanterade presenter till de mest populära produkterna.

META-anläggningen är en tillverkare av de mest pålitliga instrumenten för teknisk inspektion. STM-bromstestaren tillverkas vid denna fabrik.

Om du kan reparera enheten själv, kan våra ingenjörer förse dig med en komplett uppsättning nödvändig teknisk dokumentation: elschema, underhåll, manual, FO, PS. Vi har också en omfattande databas med tekniska och metrologiska dokument: tekniska förhållanden (TS), tekniska specifikationer (TOR), GOST, industristandard (OST), verifieringsmetodik, certifieringsmetodik, verifieringsschema för mer än 3 500 typer av mätutrustning från tillverkaren av denna utrustning. Från webbplatsen kan du ladda ner all nödvändig programvara (program, drivrutin) som krävs för driften av den köpta enheten.

Vi har också ett bibliotek med tillsynsdokument som är relaterade till vårt verksamhetsområde: lag, kod, resolution, dekret, tillfällig reglering.

På kundens begäran tillhandahålls verifiering eller metrologisk certifiering för varje mätanordning. Våra anställda kan representera dina intressen i sådana metrologiska organisationer som Rostest (Rosstandart), Gosstandart, Gospotrebstandart, CLIT, OGMetr.

Ibland kan kunder ange namnet på vårt företag felaktigt - till exempel zapadpribor, zapadprilad, zapadpribor, zapadprilad, zahidpribor, zahidpribor, zahidpribor, zahidprilad, zahidpribor, zahidpribor, zahidprilad. Det stämmer - den västra enheten.

LLC "Zapadpribor" är en leverantör av amperetrar, voltmetrar, wattmätare, frekvensmätare, fasmätare, shuntar och andra instrument från sådana tillverkare av mätutrustning som: PA "Electrotochpribor" (M2044, M2051), Omsk; OJSC Instrument-Making Plant Vibrator (M1611, Ts1611), St. Petersburg; OJSC Krasnodar ZIP (E365, E377, E378), LLC ZIP-Partner (Ts301, Ts302, Ts300) och LLC ZIP Yurimov (M381, Ts33), Krasnodar; JSC “VZEP” (”Vitebsk Plant of Electrical Measuring Instruments”) (E8030, E8021), Vitebsk; JSC "Electropribor" (M42300, M42301, M42303, M42304, M42305, M42306), Cheboksary; JSC "Electroizmeritel" (Ts4342, Ts4352, Ts4353) Zhitomir; PJSC "Uman plant "Megommeter" (F4102, F4103, F4104, M4100), Uman.

För normal drift av MC ADC krävs en referensspänningskälla (VS). Om du använder en intern jon kan det uppstå problem med dess lågtemperaturstabilitet och stora tekniska variationer i den nominella spänningen. För noggranna mätningar (inklusive med icke-standardiserade referensspänningar) praktiseras det att ansluta en extern ION till KREF-stiftet på MK. Den kan bestå av diskreta element (fig. 4.7, a...i) eller integrerade kretsar (fig. 4.8, a...j).

Ris. 4.7. Anslutningsscheman för externa IONer på diskreta element (början):

a) MK(1) använder en intern jon för sina mätningar. Dess utspänning KRRF är extern ION i förhållande till MK(2). Fördel: synkronisering av mätningar;

b) VD1 är en precisionszenerdiod "Shunt Voltage Reference" (analoga enheter) med en noggrannhet för att bibehålla utspänningen på ±0,1%. Filter R2, C1 reducerar RF-störningar. Vid byte till ökad +5 V strömförsörjning är det nödvändigt att byta ut motstånd R1 (2,94 kOhm). För att minska strömförbrukningen kan du öka motståndet hos motståndet R1 till 34,8...41,2 kOhm;

c) VD1 är en brett spektrum av zenerdiod "Justerbar spänningsreferens" från National Semiconductor. Motstånd RI ställer in strömmen genom VDI inom området 0,01...20 mA. Om vi ​​istället för LM385-2.5 installerar LM4040-4.1 och ökar motståndet till 10 kOhm, blir KREF lika med +4.096 V;

d) justerbar ION med mjuk spänningsjustering med flervarvsmotstånd R3

e) VD1 är en tre-utgångs zenerdiod "Programmerbar shuntregulator" (serie "431"). Den tvåpoliga anslutningen av VD1 bestämmer referensspänningen på +2,5 V (eller +1,25 V i "1431"-serien);

e) referensspänning +4,9 V kommer från utgångsledningen på MK. Denna inkludering är användbar för tester (LÅG/HÖG nivå) och för bekvämligheten med PCB-layout;

Ris. 4.7. Anslutningsscheman för externa IONer på diskreta element (ände):

g) justerbar ION baserat på den tre-terminala zenerdioden VD1 i "431"-serien. Referensspänningen bestäms av formeln KREF[B] = 2,5-(1 + R,[kOhm]/R2[kOhm]);

h) spänningen KREF är nära matningsspänningen. Funktioner inkluderar tvåstegs brusfiltrering med hjälp av elementen L1, C1 och RI, C2, SZ;

i) en referensspänning tillförs VREF-ingången, vilken är något högre än matningsspänningen för Uss MK. Detta ger ett brett dynamiskt mätområde, men man måste se till att skillnaden mellan KERi Vss inte överstiger 0,2 V. Om du installerar en VDI LM4040DIZ-5.0 zenerdiod kommer referensspänningen att minska till +5,0 V, och installationen noggrannheten kommer att förbättras från 5 till 1 %.

Ris. 4.8. Anslutningsscheman för externa IONer på mikrokretsar (början):

a) användning av en lågspänningsstabilisator DA1 som ION;

b) noggrannheten för att ställa in referensspänningen är 2,4 % (5,00 V ± 120 mV). Ersättningsstabilisator DAI - 78L05. Kondensatorerna C1 och C2 måste vara placerade nära DA / terminalerna;

c) noggrannheten för att ställa in referensspänningen DA 1 är 0,05 % (5,00 V ± 2,5 mV), temperaturstabiliteten är 5 ppm/°C (25 µV per grad);

d) tvåstegsstabilisator (VDI, DAI). Noggrannheten för att ställa in referensspänningen DAI (Intersil) är 0,01 % (5,00 V ± 0,5 mV), temperaturstabilitet 5 ppm/°C;

Ris. 4.8. Schema för att ansluta externa IONer på mikrokretsar till MK (ände):

e) kontinuerligt justerbar ION inom 0...+3 V. Byt ut stabilisatorn DA1 med en liknande, men med en annan utspänning (+2,5...+5 V), sätter den övre regleringsgränsen;

e) ökad ION-stabilitet tack vare strömgeneratorn på DA1-chippet. Strömmen genom en trepolad VDI-zenerdiod (1...8 mA) bestäms av formeln /[mA] = 1,25 /[kOhm];

g) mjukvarustyrd 0...+5 V ION på DA1-chippet från Microchip. Funktionellt sett är det ett diskret 6-bitars variabelt motstånd med yttre anslutningar "A", "B" och en mittklämma "W". Motstånd från 2,1 till 50 kOhm. Buffertrepeatern är op-amp DA2;

h) snabb ändring av två spänningar. Högprecisions-ION på DA1-chippet (Analog Devices) producerar en spänning på +2,5 eller +3 V beroende på SL-bygelns position LI, CI-filtret minskar strömförsörjningsbrus;

i) KREF-stiftet på MK är anslutet till kraftledningen, som fungerar som en extern ION. Matningsspänningen regleras av motstånd R3. Värdet +5,12 V valdes inte av en slump. Detta görs så att med en 10-bitars ADC MK är kostnaden för en division exakt 5 mV;

j) justerbar ION med ökad belastningskapacitet baserat på DA1 repeater. +2,5V utgångsspänningen kan användas för andra operationsförstärkares mittpunkt.

Elektroniknyheter 14, 2008

Den här artikeln undersöker den nya familjen av precisionsspänningsreferenser (VRS) från produktlinjen Burr-Brown REF50xx. Dessa IONer är gjorda med en bandgap-arkitektur, men när det gäller egenskaperna för initial spridning, temperaturdrift och brus kan de konkurrera med andra arkitekturer som är ledande när det gäller precision.

Spänningsreferenser är en viktig del av all digital utrustning med analog in-/utgångsfunktion. Parametrarna för denna enhet påverkar direkt prestandanivån för slutprodukten. Funktionerna hos ION inbyggd i mikrokontroller, när den arbetar över hela driftstemperaturområdet, är i bästa fall tillräckligt för att ge 8-bitars upplösning. Till exempel för att säkerställa en noggrannhet på 1/2 m.s.r. 10-bitars ADC integrerad i många mikrokontroller, är det nödvändigt att variationsintervallet för referensspänningens utspänning inte överstiger 1,22 mV (för referensspänning på 2,5 V). I fallet med en inbyggd ION, som inte ger möjlighet att justera utspänningen, måste förändringen i utspänningen som orsakas av påverkan av både temperaturdrift och initial spridning passa in i denna nivå. Med ett rimligt tillvägagångssätt för valet av jonisatorer för applikationer med 10-bitars eller mer omvandlingsupplösning, kommer det med största sannolikhet att finnas ett behov av att använda en extern jonisator. Ytterligare fördelar med detta val inkluderar också:

• möjligheten att välja en ION med en utspänning som är lämplig för de givna tillämpningsförhållandena, lägre brusnivåer, en analog utspänningsjusteringsfunktion, andra hjälpfunktioner, etc.;
• förmågan att arbeta inte bara i samband med en ADC/DAC, utan också med en extern analog gränssnittskrets;
• högre lastkapacitet;
• möjligheten till bättre isolering från påverkan av ström som förbrukas av digitala IC.

Den första integrerade jonisatorn utvecklades 1969 av den legendariske uppfinnaren och transistorkretsvirtuosen Robert Widlar (då anställd på National Semiconductor) medan han arbetade på den första enkelchips 20-watts linjära spänningsregulatorn, LM109. Senare, 1971, slog Widlar ihop med en annan legendarisk utvecklare, Robert Dobkin, för att utveckla den första monolitiska ION, LM113. Detta ION kallas "bandgap" (eller ION baserat på skillnaden i bas-emitterspänningar). Det var en två-terminal enhet och ingick i en krets som liknade en zenerdiod. Redan nu föredrar många utvecklare att kalla denna typ av ION programmerbara zenerdioder och beteckna dem på diagrammet som zenerdioder, även om det är mer korrekt att kalla dem "parallell (eller shunt) typ ION", vilket indikerar en anslutning parallellt med lasten. Vissa IONer av denna typ, som Texas Instruments TL431, har varit tillgängliga i många år och fortsätter att vara populära. En mer avancerad, när det gäller precision, serie bandgap ION-typ föreslogs av Paul Brokaw i slutet av 1970-talet och producerades av Analog Devices under namnet AD580. Den innehöll en 3-stiftsanslutning (liknande en spänningsstabilisator), gjorde det möjligt att ställa in den erforderliga utspänningen med hjälp av en resistiv spänningsdelare (med hjälp av laserparameterjusteringsteknik, som utvecklades vid den tiden), och tillät utströmmen att flyta åt båda hållen. Det är denna typ av ION, på grund av det optimala pris-kvalitetsförhållandet och jämförande tillgänglighet i ett brett utbud av design, som har blivit den mest utbredda med tiden och som för närvarande produceras av många tillverkare.

En av ledarna inom utveckling och produktion av bandgap ION är Texas Instruments (TI). En av dess senaste utvecklingar, REF50xx-serien, blev ett verkligt genombrott för bandgap IONs, eftersom Nu när det gäller kombinationen av prestandaegenskaper och grad av precision kan de placeras på samma nivå som de för närvarande ledande XFET-arkitekturen från Analog Devices och FGA från Intersil (den senare arkitekturen utvecklades 2003 av Xicor, ett år senare det blev en del av Intersil; dess funktionsprincip är identisk EEPROM, men för att lagra data inte i binär form, utan i analog form). Tabell 1 hjälper dig att verifiera detta, som presenterar egenskaperna hos representanterna för REF50xx-familjen och de bästa IONerna med en utspänning på 2,5 V, gjorda med FGA, XFET och zenerdioder med latent nedbrytningsteknik.

Tabell 1. Huvudegenskaper hos REF50xx-familjen av jonisatorer och de bästa konkurrerande lösningarna

Möt familjen REF50xx

Som följer av tabell 1 består REF50xx-familjen av sex jon, som skiljer sig i utspänningsnivåer. Dessutom finns var och en av dessa IONer tillgängliga i två versioner: ökad noggrannhet (egenskaper presenteras i tabell 1) och standard. Noggrannhetsegenskaperna för standardversionen är ungefär två gånger sämre än för högprecisionsversionen.

Alla typer och versioner av ION finns i två typer av 8-stiftspaket: SO och MSOP. Placeringen av stiften visas i figur 1a.

Ris. 1. Pinout och förenklat blockschema över ION REF50xx

Här, i figur 1b, visas ett förenklat blockschema över REF50xx ION.

REF50xx är baserad på ett 1,2 V bandgap-element. Denna spänning buffras sedan och skalas till önskad utgångsnivå med hjälp av ett icke-inverterande förstärkarsteg (OPA). Det är möjligt att påverka förstärkningen av detta förstärkarsteg via TRIM-stiftet. Genom att ansluta en potentiometer till detta stift kan du justera utspänningen inom ±15 mV. En annan extra funktion hos REF50xx är möjligheten att styra kristalltemperaturen via TEMP-stiftet. Spänningen vid detta stift beror på temperaturen (uttrycket för detta beroende visas i figur 1b). Det är viktigt att notera att temperaturkontrollfunktionen är mer lämpad för att övervaka temperaturförändringar än dess absoluta värde, eftersom Mätfelet är ganska stort och uppgår till cirka ±15°С. Denna funktion är dock ganska användbar i temperaturkompensationskretsar för analoga steg. TEMP-utgången är högresistans, så när man arbetar med relativt låga resistansbelastningar måste den buffras med en op-amp som har låg temperaturdrift. Tillverkaren rekommenderar att du använder op-amp OPA333, OPA335 eller OPA376 för dessa ändamål.

Prestandaöversikt

Initial spridning

Värdet på den initiala spridningen visar hur mycket utspänningen från ION kan avvika från det nominella värdet omedelbart efter att strömmen har lagts på och vid rumstemperatur (25°C). Som redan nämnts finns REF50xx IONer tillgängliga i två versioner med en initial spridning på 0,05 % (50 ppm) och 0,1 % (100 ppm). Således uppfyller den initiala spridningen av jämna standardversioner kraven på system med en upplösning på minst 12 bitar och ett konverteringsfel på 1 m.s.r. (för ett omvandlingsområde på 2,5 V motsvarar dessa förhållanden en upplösning på 610 μV, och för en 2,5 V ±0,01 % ION avviker utspänningen med högst 250 mV). Om du använder möjligheten att justera utspänningen kan upplösningen utökas till 16 bitar utan att ta hänsyn till andra begränsningar (temperaturdrift, brus).

Temperaturdrift (temperaturkoefficient, TK)

Denna egenskap visar hur mycket utspänningen kommer att förändras med temperaturförändringar. ION REF50xx kännetecknas av en mycket låg TC, som är 3 ppm/°C för högprecisionsversioner och 8 ppm/°C för standardversioner. Ett TK-värde på 8 ppm/°C för en jonspänning på 2,5 V betyder att när man arbetar i ett temperaturområde med en bredd på 100°C (till exempel -25...75°C), utspänningen för jon kommer att ändras med 2,0 mV. Det följer av detta att TC för IONerna i fråga är helt tillräcklig för att ge en 10-bitars upplösning i ett brett temperaturområde med ett omvandlingsfel på 1/2 m.s.r., och högre upplösning kan endast uppnås i ett smalare temperaturområde. För ett 16-bitars system med ett konverteringsfel på 1/2 m.s.r. en relativ spänningsförändring på endast 7,6 ppm (0,00076%) är tillåten. Således kommer ION REF50xx att kunna uppnå sådan noggrannhet endast under helt statiska temperaturförhållanden (avvikelse inte mer än 1...2°C). I ett 14-bitars system kommer REF50xx, allt annat lika, redan kunna ge erforderlig noggrannhet med temperaturfluktuationer på upp till 10°C, i ett 12-bitarssystem - 40°C, i ett 10-bitarssystem -160°C.

Utspänningen från varje ION har en bruskomponent. Brus, särskilt lågfrekvent brus, kan göra det svårt att mäta spänning med hög upplösning och/eller hastighet. Typiska brusspänningstopp-till-toppvärden i frekvensområdet 0,1...10 Hz anges i Tabell 1 (gäller även standardversioner). Dessa värden är ganska tillräckliga för kraven på system med en upplösning på upp till 14 bitar inklusive och ett konverteringsfel på 1/2 m.s.r.

Instabilitet i inmatning och belastning

Dessa egenskaper låter dig uppskatta hur mycket utspänningen kommer att förändras när ingångsspänningen och belastningsströmmen fluktuerar. Ingångsinstabiliteten för alla REF50xx IONer är inte mer än 1 ppm/V, och belastningsinstabiliteten är 50 ppm/mA (över hela driftstemperaturområdet). Belastningsinstabilitet kan också tolkas som utgångsresistansen för ION, dvs. 50 ppm/mA betyder att ION:ens utgångsresistans vid en spänning på 2,5 V är 2,5 × 50 = 125 mOhm.

Maximal utström

Även om jonisatorerna REF50xx tillåter både sjunkande och sjunkande strömmar på upp till 10 mA att flöda vid utgången, är det tillrådligt att inte använda jonisatorn till gränsen för dess kapacitet. När man arbetar med strömmar nära gränsen kan självuppvärmning av ION-kristallen och uppkomsten av termiska gradienter längs mikrokretsen, som negativt påverkar systemets noggrannhet och stabilitet, inte uteslutas. Det är också viktigt att notera att REF50xx IONerna är utrustade med utgångsskydd mot kortslutning med kraftledningar (kortslutningsströmmen är begränsad till 25 mA), vilket gör dem mer pålitliga enheter.

Matningsspänningsområde

ION REF50xx är konstruerade för att fungera inom ett ganska brett utbud av matningsspänningar: från 2,7 V för de lägsta spänningsenheterna till 18 V. Dessa egenskaper bör dock inte tolkas som förmågan att arbeta från en ostabiliserad spänning, eftersom för att uppnå precisionsegenskaper är det bättre att driva ION från utgången av en linjär spänningsstabilisator, som kommer att ta sig an lösningen av många problem som är förknippade med filtrering av brus, undertryckande av transienta processer vid effektingången, etc. Den nedre gränsen av matningsspänningsområdet bestäms av en annan egenskap - den minsta tillåtna fallspänningen. Dess värde beror på belastningsströmmen och temperaturen, och under de värsta förhållandena (10 mA, 125 ° C) är det något mer än 700 mV. Om vi, baserat på rekommendationerna ovan, säkerställer drift med en ström som är hälften så mycket som den maximala (dvs. 5 mA), så kommer det minsta spänningsfallet att ligga i intervallet 0,3...0,4 V i temperaturområdet 25. ..125°С, respektive.

Nuvarande förbrukning

REF50xx-joner kännetecknas av en ganska hög strömförbrukning jämfört med konkurrerande FGA- och XFET-teknologier, vilket framgår av tabell 1. En sådan hög förbrukning är karakteristisk för en annan precisionsarkitektur: en zenerdiodjon med dold nedbrytning. Därför är användningen av REF50xx begränsad till batteridrivna applikationer där kontinuerlig drift av jonisatorn krävs. Men i applikationer med intermittent drift av referensen finns det en annan begränsning - inställningstiden efter att strömmen har lagts på. REF50xx är ganska lång: vid drift med en 1 µF belastningskondensator är den typiska inställningstiden 200 µs. Således är dessa jonisatorer mer lämpade för drift som en del av stationär precisionsutrustning, för vilken lägre produktionskostnader är viktigare än energiförbrukningsegenskaper.

Typiska tillämpningar och kretsscheman

Som redan nämnts, på grund av den ganska höga strömförbrukningen, men också den relativt låga kostnaden, är REF50xx-familjen IONer idealiska för att arbeta som en del av högprecisionsstationär utrustning med en omvandlingsupplösning på upp till 16 bitar, inklusive:

• datainsamlingssystem;
• automatiserad testutrustning;
• industriella automationsanordningar;
• medicinsk utrustning;
• precisionsinstrumentering.

Den grundläggande omkopplingskretsen, som inte tillhandahåller användning av temperaturkontroll och utspänningsjusteringsfunktioner, visas i figur 2a. I denna konfiguration kompletteras ION externt med endast två komponenter: en blockerande kondensator vid ingången med en kapacitet på 1...10 μF och en belastningskondensator vid utgången med en kapacitet på 1...50 μF. Belastningskondensatorn måste vara av typen "låg ESR", dvs. har låg ekvivalent serieresistans. Om det är nödvändigt att justera utspänningen måste denna krets kompletteras med kretsen i figur 2b. Det är viktigt att förstå att användning av ett billigt motstånd av cermettyp som trimmer kan leda till en försämring av ION:ens TC, eftersom TCR för detta motstånd överstiger 100 ppm. Det är mer att föredra att använda precisionstråds- eller metallfolietyper av trimmermotstånd med en resistanstolerans på 5 % och en TCR på mindre än 50 ppm.

Ris. 2. REF50x-anslutningskretsar: grundläggande (a), med utspänningsjustering (b) och som en del av ett 16-bitars datainsamlingssystem: med unipolär (c) och bipolär (d) ingång

I figur 2c kan du se ett exempel på att konstruera ingångssteget för ett enkanaligt 16-bitars datainsamlingssystem med ett ingångsområde på 0...4 V. Här buffras insignalen av en precisionsoperationsförstärkare OPA365, ansluten i en icke-inverterande förstärkare-repeaterkrets. Därefter filtreras signalen av en RC-krets och går till ingången på 16-bitars ADS8326 ADC. Mätområdet ställs in av REF5040 ION till en spänning på 4,0 V. Tack vare op-förstärkarens stöd för full-swing spänning vid ingång och utgång (räl-till-skena typ) och det lilla minsta spänningsfallet för ION , kretsen kan arbeta från en 5-V strömförsörjning.

Ett annat exempel, men för omvandling av en bipolär signal i området ±10 V, visas i figur 2d. Kretsen kännetecknas av användningen av en INA159 instrumenteringsförstärkare i ingångssteget, som omvandlar ett bipolärt område på ±10 V till ett unipolärt område på 0...4 V. En 16-bitars ADC med en unipolär ingång och en konvertering frekvens på upp till 1 MHz ADS8330 används som en ADC.
Slutsatser

Trots att REF50xx-familjen IONer är gjorda enligt bandgap-arkitekturen har de så hög precision att de kan placeras i nivå med så ledande arkitekturer som zenerdioder med latent nedbrytning, XFET och FGA.

Familjen innehåller sex referenser för olika utspänningar från 2.048 till 5 V. Dessutom finns var och en av dessa referenser i två versioner: standard och hög noggrannhet. Alla ION stödjer möjligheten att justera utspänningen och kontrollera temperaturen.

Betydande nackdelar med IONer är deras höga strömförbrukning (1 mA) och långa sättningstid efter att strömmen har lagts på (200 μs), vilket begränsar möjligheten att använda dem i energikritiska system. Tillverkaren indikerar möjligheten att använda ION i system med en upplösning på upp till 16 bitar.

Litteratur

1. REF5020, REF5025, REF5030, REF5040, REF5045, REF5050 - Lågbrus, mycket låg drift, precisionsspänningsreferens//datablad, Texas Instruments, lit. num. SBOS410, 2007.- 18p.