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作者：Songzhige 幾乎在所有先進(jìn)的電子產(chǎn)品中都可以找到電壓基準源，單片機電路中、嵌入式系統中的模擬放大和A/D轉換等電路需要高精度、高穩定性的供電電源和參考電壓源�；鶞孰娫词且环N可以產(chǎn)生高精度、高穩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�；鶞孰娫词褂脧V泛，其精度和可靠性直接決定著(zhù)系統的精度和可靠性。 常用的基準穩壓電源，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 穩壓管產(chǎn)生的基準電壓源電路 通常我們選用穩壓二極管作為基準電壓源，這是最簡(jiǎn)單、也是最傳統的方法，按照所需電壓值選一個(gè)對應型號的穩壓管當然可以，但選得是否合適、是否最佳，卻大有講究。穩壓管基準電壓源電路如圖所示。VDz是穩壓管，R是限流電阻，Vi是輸入直流電壓。Vo為輸出電壓，等于穩壓管兩端的電壓Vz，即為基準電壓。 
穩壓管的電流調節作用是這種穩壓電路能夠穩壓的關(guān)鍵，即利用穩壓管端電壓Vz的微小變化，引起電流Iz較大的變化，通過(guò)電阻R起著(zhù)電壓調節作用，保證輸出電壓基本恒定。由于穩壓管和負載電阻是并聯(lián)的，故這種電路也叫并聯(lián)式穩壓電路。 環(huán)境溫度變化時(shí)穩壓管的擊穿特性還會(huì )產(chǎn)生漂移。6V以下的穩壓管具有負溫度系數、溫度升高時(shí)穩壓值減小。擊穿電壓越低則負溫度系數越大，例如3V穩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(shí)穩壓值增大，擊穿電壓越高的溫度系數越大，例如30V穩壓管的溫度系數約為33mV/℃; 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(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LM199/299/399系列，其穩定電壓典型值為6.95V、動(dòng)態(tài)電阻典型值0.5Ω、LM199/299溫度系數<1ppm/℃。
2.集成塊產(chǎn)生的基準電壓源電路 常用的精密集成穩壓電路有TL431、MAX6035、ICL8069、AD584等芯片。 �、�.TL431精密集成穩壓塊 TL431系列芯片是有良好的熱穩定性能的三端可調分流基準源。它的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意地設置到從Vref(2.5 V)到36V范圍內的任何值。TL431的內部結構框圖如圖所示。Vi是一個(gè)內部的2.5V基準源, 接在運放的反相輸入端。由運放的特性可知, 只有當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)穩定的非飽和電流通過(guò), 而且隨著(zhù)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, 3個(gè)引腳分別為： ♦ 陰極C(CATHODE) ♦ 陽(yáng)極A(ANODE) ♦ 參考端R(REF)
由TL431構成的5V穩壓器的典型應用電路如圖所示。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, 此種穩壓器的精度很高。但是當在C、A端并接負載電阻時(shí), 電阻值應大于2kW, 否則不能正常輸出。
下圖為T(mén)L431應用電路, 用TL431制成的高精度穩壓直流電源的紋波很小, 精度較高, 可以給高精密儀器供電。
�、芃AX6035精密集成穩壓塊 MAX6035是寬電壓輸入范圍和精密的、微功耗的電壓基準。這款3端器件具有2.5 V、3.0 V和5.0 V輸出電壓選項，是REF02和REF43等工業(yè)標準器件的升級產(chǎn)品。MAX6035采用3引腳SOT23和8腳SOIC封裝，典型應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); 在使用溫度范圍內溫度系數最大為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5mF的容性負載下仍穩定工作。 12.5.2 集成塊基準電壓源電路 �、荌CL8069精密集成穩壓塊 ICL8069系列產(chǎn)品的主要性能參數: 基準電壓典型值為1.23V; 最小值為1.20V; 最大值為1.25V; 最大工作電流為5mA; 穩定性好, 當工作電流在50mA~5mA范圍變化時(shí), VREF的變化量小于20mV。ICL8069典型應用電路如下圖所示。
�、華D584精密集成穩壓塊 AD584是美國ADI公司率先推出的可編程基準電壓源, 具有優(yōu)良的溫度系數, 在0~70℃的溫度范圍內溫度系數最大為5´10-6/℃。靜態(tài)電流消耗為1mA, 具有10mA的帶負載能力。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種固定的基準電壓值, 還可以在2.5~10V范圍內設定所需的基準電壓值, 同時(shí)還能提供兩線(xiàn)制的負參考電壓輸出, 使用非常靈活。其典型的封裝形式如圖所示。 AD584采用引腳編程來(lái)決定輸出電壓。當在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的基本應用電路和負參考電源輸出電路如圖所示。
下面是AD584為 5V帶隙基準電壓源一個(gè)典型應用，在這個(gè)應用中，AD596/597(IC1)作為閉環(huán)熱電偶信號調理器使用。如圖10，IC2為CMOS單片3 1/2位A/D轉換器ICL7136，亦可用ICL7106來(lái)代替，但功耗會(huì )增大些。IC3為 5V帶隙基準電壓源AD584， 5V基準電壓經(jīng)過(guò)R4、R5分壓后給ICL7136提供1.000V的基準電壓，由ICL7136和LCD顯示器構成滿(mǎn)量程為2V的數字面板表(DPM)。IC4選用OP07型運算放大器。RP為設定點(diǎn)調節電位器，用以設置所要控制的溫度T1。IC5為帶雙向晶閘管(TRIAC)的光耦合器。
電壓基準源簡(jiǎn)單、穩定的基準電壓，作為電路設計的一個(gè)關(guān)鍵因素，電壓基準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)品電路設計中基準電源的產(chǎn)生方法幾個(gè)思路。 |
