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浅显易懂常用元器件系列——电压基准

由于数字电路、微控制器的飞速发展,原来很多由模拟电路完成的任务变为由数模混合电路来完成。模拟信号经过放大、滤波等预处理后送入ADC转为数字信号,由单片机或DSP进行信号处理;由单片机、DSP的计算数字

  因为数字电路、微操控器的飞速发展,本来许多由模仿电路完结的使命变为由数模混合电路来完结。模仿信号通过扩大、滤波等预处理后送入ADC转为数字信号,由单片机或DSP进行信号处理;由单片机、DSP的核算数字成果经由DAC转化为模仿量对执行器进行操控。

  在上述信号链路中一个十分重要的环节便是A/D转化和D/A转化,这是衔接模仿国际与数字国际的桥梁。在模仿信号与数字信号彼此转化的过程中,基准电压芯片起到无足轻重的效果,它为模仿信号的量化作业供给规范。电子工程师越来越多地运用不同标准的基准电压芯片。可是,许多人刚开始触摸基准电压芯片时感到束手无策,乃至有些工程师也只关怀基准电压芯片的精度(其实是初始精度)这一目标。

  下面咱们一起来揭开基准电压芯片的奥秘面纱。

  基准电压芯片的分类

  从电路拓扑结构来分,基准电压芯片可分为串联稳压型和并联稳压型两种。从内部结构和稳压原理来看,可分为齐纳二极管型(包括依据齐纳二极管的集成基准电压源)和带隙式(band-gap)两类。

  最简略的稳压芯片便是齐纳稳压二极管,它也是典型的并联稳压结构——负载与基准电压芯片为并联衔接。一般的齐纳二极管型的基准电源源具有初始精度不太好,噪声较大等缺陷,在当时的电路规划中现已很少作为基准电压源运用。但通过特别补偿、选用深埋工艺的齐纳管型基准源,具有很好噪声目标、十分优异长时刻稳定性和温漂特性,在高端丈量范畴仍然不行代替。例如LM399,其长时刻稳定性达20ppm/1000h,温漂低至0.3ppm/ ,而功能更好的LTZ1000长时刻稳定性到达惊人0.3ppm/1000h,温漂到达0.05ppm/ 。这两款基准电压源虽已出产了几十年时刻,但因为其无与伦比的功能目标,在对基准电压源要求苛刻的高精度丈量范畴,如6位以上万用表、高精度称重等,这两款芯片直到今日仍然不行代替。

  在通用电路规划中,带隙式基准电压源以其相对低价的价格、较高的功能目标得到十分广泛的使用。从TL431、LM385、LM336等价格十分廉价的基准源到MAX6535、ADR431、REF5025等功能十分优异的高精度基准电压源,带隙式基准电压源简直无处不在。下图为带隙结构示意图,简略来说它选用一个带有负温度系数的BE结对带有正温度系数的电压产生器进行温度补偿,得到近似零温度系数的基准电压源。对带隙结构感兴趣的朋友,能够专门查阅相关专著,限于篇幅这儿不对此打开论说。

  现代电压基准主要参数

  长时刻稳定性,之所以将这个参数排在最前面,是因为这是一个十分重要但却被许多人忽视的参数。一般以ppm/1000h为单位,即每1000小时基准源的输出改变多少,也便是老化功能。许多国产仪器仪表跟着运用时刻越来越长,精度变得越来越差,有很大一部分原因是因为基准源的老化功能欠好。一般这个参数跟着基准源的运用时刻越来越小,所以有些厂家会标识第二个1000小时的长时刻稳定性目标,如下图为某精度基准电压源的老化参数,第二个1000小时的老化目标显着优于第一个1000小时。

  温度系数,望文生义指基准源输出随温度改变的目标。依据体系作业温度规模,为体系中的ADCDAC挑选恰当温度系数的基准电压源十分重要。不然,跟着温度的改变,ADCDAC将达不到规划的功能目标。别的值得留意的是,基准电压源的温度特性一般能够通过校对到达更好的目标(因为温度迟滞等特性,理论上不能彻底消除)。

  初始精度,指上电时输出电压与标称电压之间的差值。因为基准源的初始电压是一个对外部条件(温度、输入电压等)不太灵敏的定值,所以比较简单进行校准。与温度系数、老化目标比较,重要性略差一些。例如前文说到的尖端基准电压源LTZ1000的初始精度只要4%,比tl431还要差一些,但这不并阻碍它成为尖端基准源。

  噪声,基准源的噪声一般是随机噪声,但也或许包括闪耀噪声和其它寄生噪声源,在电路规划时需求留意基准源的噪声处理,避免基准源噪声对转化精度形成影响。噪声的表明办法一般有均方根噪声和峰峰值噪声两种表明方法。

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