基準電壓源設計及選用介紹

通常我們選用穩(wěn)壓二極管作為基準電壓源，這是最簡單、也是最傳統(tǒng)的方法，按照所需電壓值選一個對應型號的穩(wěn)壓管當然可以，但選得是否合適、是否最佳，卻大有講究。

　　最基本的電壓基準源電路如圖1(a)、穩(wěn)壓管的擊穿特性如圖1(b)所示。由圖1(b)可見，不同穩(wěn)壓值的擊穿特性并不相同，4V以下穩(wěn)壓管的擊穿特性非常“軟”(動態(tài)電阻可高達100Ω以上)，其端電壓隨通過電流的不同、變化很大;而6V以上的特性就非常“硬”、尤以8V左右的特性最硬(動態(tài)電阻約4～15Ω)，擊穿電壓越高動態(tài)電阻也越大，例如30V穩(wěn)壓管的動態(tài)電阻約為50～100Ω。

　　環(huán)境溫度變化時穩(wěn)壓管的擊穿特性還會產生漂移。6V以下的穩(wěn)壓管具有負溫度系數、溫度升高時穩(wěn)壓值減小。擊穿電壓越低則負溫度系數越大，例如3V穩(wěn)壓管的溫度系數約為-1.5mV/℃;6V以上為正溫度系數、溫度升高時穩(wěn)壓值增大，擊穿電壓越高的溫度系數越大，例如30V穩(wěn)壓管的溫度系數約為33mV/℃;而6V左右穩(wěn)壓管的溫度系數最小、且在正負之間變化。因而在允許情況下應盡可能選用擊穿特性較硬、溫度系數最小的6V穩(wěn)壓管。這類穩(wěn)壓管的另一個缺點是同一型號管子其擊穿電壓的離散性很大，例如2CW1為7～8.5V、2CW5 為11.5～14V，要想挑出合適電壓值的管子是非常困難的。但如果對穩(wěn)壓值要求不高、電路又比較簡單的場合，選用普通穩(wěn)壓管還是合適的。

　　如需要很低的基準電壓，要求不高、而又不希望增加成本時，也可利用二極管的正向特性做為約0.7V的穩(wěn)壓管使用。筆者曾用圖示儀對大量二極管的正向特性做過觀察，發(fā)現穩(wěn)壓管的正向特性相對其它二極管而言最硬，整流管次之、開關管最差，因此可用穩(wěn)壓管正向串聯的辦法組成0.7V、1.4V、2.1V等的低壓基準源，還可以通過改變通過電流的辦法微調其端電壓值。其溫度系數約為-2mV/℃左右。

　　另一類常用的電壓基準是采用半導體集成工藝生產的“基準二極管”和“精密電壓基準”。“基準二極管”是一個雙端單片式器件，其電特性和使用方法等同于穩(wěn)壓二極管，由于設計時已經考慮了動態(tài)電阻和溫度系數問題，因而其性能(尤其是低電壓器件)要比普通穩(wěn)壓管優(yōu)越得多。例如LM103基準二極管，擊穿電壓分檔：1.8、2.0、2.2、2.4、2.7、3.0、3.3、3.6、3.9、4.3、4.7、5.1、5.6V;動態(tài)電阻典型值：15Ω/0.13mA、5Ω/3mA、比穩(wěn)壓二極管低約10倍，因而可在比較小的電流(100 uA-1mA)下得到較穩(wěn)定的基準電壓。

　　另一類較常用的基準二極管如LM385-1.2、LM385-2.5、LM336-2.5、LM336-5具有更小的動態(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，而普通穩(wěn)壓管至少要在5～10mA下才能正常工作(嚴格講并非不能工作，而是工作電流小時其擊穿特性非常軟、電流的微小變化即可引起端電壓的明顯變化);溫度系數低，典型值僅20ppm/℃、約25uV/℃，比普通穩(wěn)壓管低百倍以上;工作電壓分別為1.235V、2.5V、5V且工作電壓的離散性很小、僅1-2%，一般情況下具有互換性;價格也不貴，因而得到廣泛使用。

　　在要求穩(wěn)定性極高的應用場合、可以考慮選用自恒溫電壓基準LM199/299/399系列，其穩(wěn)定電壓典型值為6.95V、動態(tài)電阻典型值0.5Ω、LM199/299溫度系數1ppm/℃。LM399溫度系數2ppm。其最大的優(yōu)點是溫度系數極小，可以說是幾乎不受環(huán)境溫度的影響。這是因為在其基片上除集成了一個能隙式電壓基準外。還另外制造了一個加熱、控溫電路，工作時需單獨對加熱電路供電、即可自動將芯片加熱并控溫在90℃ ，因此只要環(huán)境溫度的變化在85℃以下、可以認為芯片的環(huán)境溫度沒有變化.自然不會產生溫度漂移。為保證恒溫效果.在其金屬殼外另加了一個由保溫材料聚砜制造的隔熱外殼.其管腳排列如圖2所示.典型應用電路如圖3所示。

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