Surse de tensiune de referință. Referință de tensiune TL431 Schemă de referință de joasă tensiune
Sursele interne de tensiune de referință integrate (RPS) binecunoscute sunt considerabil inferioare celor străine, care se disting printr-o mare varietate, inclusiv cele de înaltă precizie, de dimensiuni mici, precum și tensiuni puternice de ieșire atât cu o polaritate, cât și cu două polarități. Stabilizatorii cu trei ieșiri sunt răspândiți, având doar intrare, ieșire și ieșire către o magistrală comună. Există convertoare de putere a bateriei la tensiune stabilizată (inclusiv mai mare decât tensiunea de intrare), convertoare economice la tensiune înaltă și joasă, convertoare de tensiune pozitivă la tensiune negativă etc.
Pentru a controla LIMS, ION-urile de precizie sunt de cel mai mare interes. Sursele de tensiune de referință sunt disponibile pe scară largă pentru consumator,
garantând instabilitate pe termen lung nu mai mult de 2 * 10 -5 timp de 10 3 ore
iar variația de temperatură nu mai mult de 3-KG 6 / LA(/Sh780?A D) sau respectiv
5 10 -5 pentru 10 3 chi 1 ... 2,5 10 "6 / AT (YaEL02) .
Referințele de precizie trebuie utilizate pentru a genera tensiuni care determină modul de funcționare al circuitului (tensiune de referință pentru ADC, setarea punctului de funcționare, reglarea tensiunii etc.). Utilizarea tensiunilor de alimentare bloc în aceste scopuri este incorectă. Să explicăm această idee. Recent, sistemele trunchi-modulare au devenit larg răspândite, în care dispozitivul constă dintr-o carcasă standard cu module separate. Această carcasă este echipată cu o sursă de alimentare și bare colectoare pentru transmiterea semnalelor și a tensiunilor de alimentare către și de la module. Împărțirea sistemului în module se realizează din motive de completitudine funcțională (care permite unificarea acestora) și minimizarea numărului de semnale transmise între ele. De exemplu, sursele de diferite semnale, DAC-uri, ADC-uri, detectoare sincrone, regulatoare etc. pot fi separate în module separate. O astfel de diviziune vă permite să creați rapid noi sisteme dintr-un set de module standard, precum și să modificați sistemele create , procesând numai părțile sale individuale. De regulă, pentru alimentarea modulelor sunt utilizate numai tensiuni joase (de la 6 la 24 V ale ambelor polarități), ceea ce asigură siguranța lucrului cu astfel de sisteme și simplitatea depanării lor pentru modificarea și testarea sistemelor nou create fără specială suplimentară. masuri: lucrul cu o placa de circuit imprimat, pe mai mult de ±24 V nu este acelasi lucru cu amenajarea unui dispozitiv alimentat direct de la ~220 V module (ca in sistem). MiSh-VTsZ). Aceste tensiuni se stabilizează. Prin urmare, tentația este mare pentru proiectanții de sisteme de a utiliza aceste tensiuni fără stabilizare suplimentară. Pentru a alimenta circuite digitale (cu excepția ESL) și unele circuite analogice, cum ar fi amplificatoare operaționale, comutatoare, UVH, generatoare, temporizatoare etc., stabilitatea acestor tensiuni poate fi suficientă. Cu toate acestea, unele noduri necesită stabilitate (precizie) deosebit de ridicată în formarea parametrilor lor de ieșire. În primul rând, acest lucru se aplică tensiunilor de referință pentru ADC-uri, DAC-uri, comparatoare, sursa de alimentare a punților de măsurare, generatoare stabile, temporizatoare stabile, microcircuite din seria ESL etc. Luați în considerare, de exemplu, un sistem care conține două module, așa cum se arată în fig. 4.41.
Chiar dacă sursa de alimentare a sistemului generează tensiunea de alimentare cu mare precizie, conductorii care livrează această tensiune modulelor au rezistență diferită de zero. În acest caz, includerea unui nod suplimentar în bloc sau o modificare a consumului de energie al oricărui alt nod din bloc poate provoca o modificare a tensiunii de alimentare și poate afecta funcționarea acestui nod. Schimbarea unui nod cu un alt bloc identic și în acest caz va necesita o nouă configurație a nodului sau chiar a întregului sistem. O sursă de referință de tensiune (ION) direct pe placă în locul unde este necesară o tensiune stabilă elimină această problemă.
Orez. 4.41.
Sursele interne de tensiune de referință sunt reprezentate de seria KR142 și de alte serii care conțin surse pentru tensiuni pozitive fixe: KR142EN5A(B, C, G), KR142EN8A(B, C, G), KR142EN9A(B, C, G), tensiune negativă surse KR142EN10 , surse unipolare reglate KR142EN12, surse bipolare reglate KR142EN6 etc. Principalii parametri ai ION intern sunt prezentați în tabel. 4.10 și 4.11.
Tabelul 4.10
Caracteristicile stabilizatorilor integrali
|
Tip stabilizator |
№х- - ^out) buc |
Lăută |
|||||
Sfârșitul mesei. 4.10
|
tip stabilizator |
nr.x- -? al 4-lea) pct |
Lăută |
|||||
|
2X(14,5... 15,5) |
|||||||
|
2X(14,5... 15,5) |
Tabelul 4.11
Caracteristicile stabilizatorilor integrali populari
|
Tip stabilizator |
(^in- - ^out) P11P |
Lăută |
|||||
Tabelul 4.12
Parametri cip L/-780
Sfârșitul mesei. 4.12
Sursa de tensiune de referință de precizie L?-780 vă permite să setați tensiunea de referință cu mare precizie și să măsurați temperatura. Acest microcircuit poate fi folosit pentru a crea surse de curent de precizie pentru un laser semiconductor și în sistemele de stabilizare termică pentru lasere de toate tipurile. Parametrii săi electrici sunt prezentați în tabel. 4.12.
Acest articol discută o nouă familie de referințe de tensiune de precizie (VRS) de la linia de producție Burr-Brown. REF50xx. Aceste ION-uri sunt realizate conform arhitecturii bandgap, dar în ceea ce privește răspândirea inițială, deviația de temperatură și zgomotul, sunt capabile să concureze cu alte arhitecturi de vârf în ceea ce privește precizia.
Referințele de tensiune sunt o parte importantă a oricărui echipament digital cu funcționalitate de intrare/ieșire analogică. Parametrii acestui dispozitiv afectează direct nivelul de performanță al produsului final. Capacitățile ION încorporate în microcontrolere, atunci când funcționează în întregul interval de temperatură de funcționare, vor fi suficiente în cel mai bun caz pentru a oferi o rezoluție de 8 biți. De exemplu, pentru a asigura precizia de lucru în 1/2 m.s.r. Pentru un ADC de 10 biți integrat în multe microcontrolere, este necesar ca domeniul de modificare a tensiunii de ieșire ION să nu depășească 1,22 mV (pentru un ION pentru o tensiune de 2,5 V). În cazul unui ION încorporat, care nu oferă posibilitatea de reglare a tensiunii de ieșire, acest nivel trebuie să se potrivească cu modificarea tensiunii de ieșire cauzată atât de influența derivei temperaturii, cât și de răspândirea inițială. Astfel, cu o abordare rezonabilă a selecției referinței de referință pentru aplicațiile cu rezoluție de conversie de 10 biți sau mai mult, va fi cel mai probabil nevoia de a utiliza o referință externă. Beneficiile suplimentare ale acestei alegeri includ, de asemenea:
Posibilitatea de a selecta ION cu o tensiune de ieșire potrivită pentru condițiile de aplicare date, nivel de zgomot mai scăzut, funcție de reglare a tensiunii de ieșire analogică, alte funcții auxiliare etc.;
Abilitatea de a lucra nu numai împreună cu ADC / DAC, ci și cu un circuit extern de interfață analogică;
Capacitate de încărcare mai mare;
Posibilitate de izolare mai bună de influența curentului consumat de circuitele integrate digitale.
Primul ION integrat a fost dezvoltat în 1969 de legendarul inventator și virtuoz al circuitelor tranzistoare Robert Widlar (la acea vreme un angajat al National Semiconductor) în timp ce lucra la primul regulator liniar de tensiune de 20 de wați cu un singur cip. LM109. Mai târziu, în 1971, Vidlar, împreună cu un alt dezvoltator legendar, Robert Dobkin, a dezvoltat primul ion monolitic LM113. Acest ION se numește „bandgap” (sau ION bazat pe diferența de tensiune bază-emițător). Era un dispozitiv cu doi pini și era inclus în circuit ca o diodă zener. Chiar și acum, mulți dezvoltatori preferă să numească acest tip de ION de diode zener programabile și să le desemneze pe circuit ca diode zener, deși este mai corect să le numim „paralel (sau shunt) tip ION”, ceea ce indică conexiunea în paralel. cu sarcina. Unele referințe de acest tip, cum ar fi TL431 de la Texas Instruments, există de mulți ani și sunt încă foarte populare. Un tip ION cu bandgap serial mai avansat, din punct de vedere al preciziei, a fost propus de Paul Brokaw la sfârșitul anilor 1970 și a fost produs de Analog Devices sub numele AD580. S-a remarcat printr-o conexiune cu 3 pini (ca un stabilizator de tensiune), a permis utilizarea unui divizor de tensiune rezistiv pentru a seta tensiunea de ieșire necesară (folosind tehnologia de reglare laser dezvoltată atunci) și a permis curentului de ieșire să curgă în ambele direcții. Acest tip de ION, datorită raportului optim preț-calitate și disponibilității comparative într-un număr mare de versiuni, a devenit cel mai răspândit în timp și este produs în prezent de mulți producători.
Unul dintre liderii în dezvoltarea și producția de bandgap ION este Texas Instruments (TI). Una dintre evoluțiile ei recente, seria REF50xx, a reprezentat o adevărată descoperire pentru bandgup ION. acum, în ceea ce privește combinația de caracteristici de performanță și gradul de precizie, acestea pot fi puse la egalitate cu arhitecturile XFET de vârf de la Analog Devices și FGA de la Intersil (aceasta din urmă arhitectură a fost dezvoltată în 2003 de Xicor, care a devenit parte integrantă). de Intersil un an mai târziu; principiul său de funcționare este EEPROM identic, dar pentru stocarea datelor nu în formă binară, ci în analog). Tabelul 1 vă va ajuta să verificați acest lucru, care prezintă caracteristicile reprezentanților familiei REF50xx și cei mai buni ION-uri cu o tensiune de ieșire de 2,5 V, realizate folosind tehnologii FGA, XFET și hidden breakdown zener.
Tabelul 1. Principalele caracteristici ale ION din familia REF50xx și cele mai bune soluții concurente
| Familia REF50xx | Comparație cu cei mai buni concurând soluții (V OUT = 2,5 V) |
|||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| REF5020 | REF5025 | REF5030 | REF5040 | REF5045 | REF5050 | ISL21009 | ADR291 | MAX6325 | ||
| Arhitectură | Bandgap, tip serial | FGA | XFET | stabilizat tron cu o cădere ascunsă |
||||||
| Tensiunea de ieșire V OUT, V | 2,048 | 2,5 | 3 | 4,096 | 4,5 | 5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 | |
| Răspândire inițială (25°С), % | 0,05 | 0,05 | 0,05 | 0,05 | 0,05 | 0,05 | 0,05 | 0,08 | 0,04 | |
| Max. TC, ppm/°C | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 1 | |
| Max. curent de sarcină I OUT, mA | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 7 | 5 | 15 | |
| Curent propriu consumat I Q, nu mai mult de µA | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 | 180 | 12 | 3000 | |
| Tensiunea de intrare V IN , V | 2,7...18 | 2,7...18 | 3,2...18 | 4,296...18 | 4,7...18 | 5,2...18 | 3,5...16,5 | 2,8...15 | 8...36 | |
| Oscilația tensiunii de zgomot eN (0,1...10 Hz), µV | 6 | 7,5 | 9 | 12 | 13,5 | 15 | 4,5 | 8 | 1,5 | |
| Cadru | 8-SOIC | 8-SOIC, 8-TSSOP | 8-DIP/SOIC | |||||||
| Interval de temperatură de funcționare, °C | -40 ...125 | -40...85 | ||||||||
Introducere în familia REF50xx
După cum rezultă din Tabelul 1, familia REF50xx constă din șase ION-uri cu niveluri diferite de tensiune de ieșire. În plus, fiecare dintre aceste ION-uri este disponibil în două versiuni: precizie crescută (caracteristicile sunt prezentate în Tabelul 1) și standard. Caracteristicile de precizie ale versiunii standard sunt de aproximativ două ori mai slabe decât cele ale versiunii de înaltă precizie.
Toate tipurile și versiunile de ION sunt disponibile în două tipuri de pachete cu 8 pini: SO și MSOP. Locația știfturilor este prezentată în Figura 1a.
Orez. 1. Atribuirea pinilor și schema bloc simplificată a ION REF50xx
Aici, în Figura 1b, este prezentată o diagramă bloc simplificată a ION REF50xx.
Baza REF50xx ION este un element bandgap de 1,2 V. Această tensiune este apoi tamponată și scalată la nivelul de ieșire necesar utilizând o treaptă de amplificator fără inversare bazată pe un amplificator operațional de precizie (op-amp). Este posibil să influențezi câștigul acestei etape de amplificare prin pinul TRIM. Conectarea unui potențiometru la acest pin vă permite să reglați tensiunea de ieșire cu ±15 mV. O altă caracteristică suplimentară a REF50xx este capacitatea de a controla temperatura matriței prin intermediul pinului TEMP. Tensiunea la acest pin depinde de temperatură (expresia acestei dependențe este prezentată în Figura 1b). Este important de reținut că funcția de control al temperaturii este mai potrivită pentru monitorizarea schimbărilor de temperatură decât valoarea sa absolută, deoarece eroarea de măsurare este destul de mare și este de aproximativ ±15°C. Cu toate acestea, această funcție este destul de aplicabilă în circuitele de compensare a temperaturii în trepte analogice. Ieșirea TEMP este de înaltă rezistență, așa că atunci când conduceți sarcini cu rezistență relativ scăzută, va trebui să fie tamponată cu un amplificator operațional cu o schimbare de temperatură scăzută. Producătorul recomandă utilizarea unei OU în acest scop. OPA333, OPA335 sau OPA376.
Prezentare generală a performanței
Scatter initial
Valoarea împrăștierii inițiale arată cât de mult se poate abate tensiunea de ieșire ION față de valoarea nominală imediat după pornire și la temperatura camerei (25°C). După cum sa menționat deja, REF50xx ION sunt disponibile în două versiuni, cu o răspândire inițială de 0,05% (50 ppm) și 0,1% (100 ppm). Astfel, dispersarea inițială chiar și a versiunilor standard îndeplinește cerințele sistemelor cu o rezoluție de cel puțin 12 biți și o eroare de conversie de 1 m.s.r. (pentru un interval de conversie de 2,5 V, aceste condiții sunt echivalente cu o rezoluție de 610 μV, iar pentru ION 2,5 V ± 0,01%, tensiunea de ieșire deviază cu cel mult 250 mV). Dacă utilizați capacitatea de a regla tensiunea de ieșire, atunci, fără a ține cont de alte restricții (derive de temperatură, zgomot), rezoluția poate fi extinsă la 16 biți.
Deriva de temperatură (coeficient de temperatură, TC)
Această caracteristică arată cât de mult se va schimba tensiunea de ieșire odată cu schimbările de temperatură. Ionii REF50xx se caracterizează printr-un TC foarte scăzut, care este de 3 ppm/°C pentru versiunile de înaltă precizie și 8 ppm/°C pentru versiunile standard. Valoarea TC de 8 ppm/°C pentru ION cu tensiune de 2,5 V înseamnă că atunci când funcționează într-un interval de temperatură de 100°C (de exemplu, -25...75°C), tensiunea de ieșire a ION se va modifica cu 2,0 mV. Rezultă din aceasta că TC-ul ION-urilor luate în considerare este destul de suficient pentru a oferi o rezoluție de 10 biți într-un interval larg de temperatură cu o eroare de conversie de 1/2 m.s.r., iar o rezoluție mai mare poate fi obținută numai într-un interval de temperatură mai restrâns. . Pentru un sistem pe 16 biți cu o eroare de conversie de 1/2 m.s.r. este permisă o modificare relativă a tensiunii de numai 7,6 ppm (0,00076%). Astfel, ION REF50xx poate atinge o astfel de precizie numai în condiții de temperatură complet statice (abatere nu mai mare de 1...2°C). Într-un sistem pe 14 biți, ceteris paribus, REF50xx va putea deja să ofere acuratețea necesară cu fluctuații de temperatură de până la 10°C, într-un sistem pe 12 biți - 40°C, într-un sistem pe 10 biți - 160°C .
Tensiunea de ieșire a oricărui ION are o componentă de zgomot. Zgomotul, în special zgomotul de joasă frecvență, poate face dificile măsurătorile de înaltă rezoluție și/sau de tensiune. Valorile tipice de la vârf la vârf ale tensiunii de zgomot în intervalul de frecvență de 0,1...10 Hz sunt date în Tabelul 1 (se aplică și versiunilor standard). Aceste valori sunt destul de adecvate cerințelor sistemelor cu o rezoluție de până la 14 biți inclusiv și o eroare de conversie de 1/2 m.s.r.
Instabilitate de intrare și sarcină
Aceste caracteristici vă permit să estimați cât de mult se va schimba tensiunea de ieșire odată cu fluctuațiile tensiunii de intrare și ale curentului de sarcină. Instabilitatea de intrare pentru toate ION-urile REF50xx nu este mai mare de 1 ppm/V, iar pentru sarcină - 50 ppm/mA (pe întregul interval de temperatură de funcționare). Instabilitatea sarcinii poate fi interpretată și ca rezistența de ieșire a ION, adică 50 ppm/mA înseamnă că impedanța de ieșire a ION la 2,5 V este 2,5 × 50 = 125 mΩ.
Curent maxim de ieșire
În ciuda faptului că ION-urile REF50xx permit atât curenților de intrare, cât și de ieșire de până la 10 mA să curgă la ieșire, este recomandabil să nu folosiți ION-ul la limita capacităților sale. Când se lucrează cu curenți apropiati de cei limitatori, nu sunt excluse autoîncălzirea cristalului ION și apariția gradienților termici de-a lungul microcircuitului, care afectează negativ acuratețea și stabilitatea sistemului. De asemenea, este important de reținut că ION-urile REF50xx sunt echipate cu protecție la scurtcircuit de ieșire cu linii de alimentare (curent de scurtcircuit este limitat la 25 mA), ceea ce le face dispozitive mai fiabile.
Gama tensiunii de alimentare
ION REF50xx sunt concepute pentru a funcționa într-o gamă destul de largă de tensiuni de alimentare: de la 2,7 V pentru dispozitivele cu cea mai mică tensiune până la 18 V. Cu toate acestea, aceste caracteristici nu trebuie interpretate ca fiind capacitatea de a funcționa de la tensiune nestabilizată, deoarece. pentru a obține caracteristici de precizie, este mai bine să alimentați ION-ul de la ieșirea unui regulator liniar de tensiune, ceea ce va rezolva multe probleme asociate cu filtrarea zgomotului, suprimarea tranzitorilor la intrarea de putere etc. Limita inferioară a tensiunii de alimentare intervalul este determinat de o altă caracteristică - tensiunea de cădere minimă admisă. Valoarea sa depinde de curentul de sarcină și temperatură, iar în cele mai proaste condiții (10 mA, 125°C) este puțin peste 700 mV. Dacă, pe baza recomandărilor exprimate mai sus, lucrul este furnizat cu un curent care este jumătate din cel maxim (adică 5 mA), atunci valoarea căderii minime de tensiune va fi cuprinsă între 0,3 ... 0,4 V în intervalul de temperatură. 25. ..125°C, respectiv.
Consum curent
ION-urile REF50xx au un consum de curent destul de mare în comparație cu tehnologiile concurente FGA și XFET, așa cum se arată în Tabelul 1. Un consum atât de mare de curent este tipic pentru o altă arhitectură de precizie: referința zener de defalcare latentă. Prin urmare, utilizarea REF50xx este limitată la aplicațiile alimentate cu baterii în care este necesară funcționarea continuă a referinței. Cu toate acestea, în aplicațiile cu funcționare periodică a ION, există o altă limitare - timpul de stabilire după pornire. Cu REF50xx este destul de mare: atunci când funcționează cu un condensator de sarcină de 1 µF, timpul obișnuit de stabilire este de 200 µs. Astfel, acești ION sunt mai potriviti pentru funcționarea ca parte a echipamentelor staționare de precizie, pentru care costul de producție mai mic este mai important decât caracteristicile consumului de energie.
Aplicații tipice și scheme electrice
După cum sa menționat deja, datorită consumului de energie destul de mare, dar și costului relativ scăzut, ION-urile din familia REF50xx sunt ideale pentru funcționarea ca parte a echipamentelor staționare de înaltă precizie, cu o rezoluție de conversie de până la 16 biți, inclusiv:
Sisteme de colectare a datelor;
Echipamente automate de testare;
Dispozitive de automatizare industriale;
Echipament medical;
Dispozitive de control și măsură de precizie.
Circuitul de comutare de bază, care nu prevede utilizarea funcțiilor de control al temperaturii și de reglare a tensiunii de ieșire, este prezentat în Figura 2a. În această configurație, ION-ul este completat din exterior cu doar două componente: un condensator de blocare la intrare cu o capacitate de 1 ... 10 μF și un condensator de sarcină la ieșire cu o capacitate de 1 ... 50 μF. Condensatorul de sarcină trebuie să fie de tip „low ESR”, adică. au o rezistență în serie echivalentă scăzută. Dacă este necesară reglarea tensiunii de ieșire, acest circuit trebuie completat cu circuitul din Figura 2b. Este important de înțeles că utilizarea unui rezistor ieftin de tip „cermet” ca trimmer poate duce la o deteriorare a TC al ionului, deoarece. TCR-ul acestui rezistor este mai mare de 100 ppm. Este mai preferabil să folosiți tipuri de trimmere cu sârmă de precizie sau folie metalică cu o toleranță de rezistență de 5% și un TCR mai mic de 50 ppm.
Orez. 2. Circuite de comutare REF50x: de bază (a), cu reglare a tensiunii de ieșire (b)
și ca parte a unui sistem de achiziție de date pe 16 biți: cu intrări unipolare (c) și bipolare (d)
În Figura 2c, puteți vedea un exemplu de construire a etapei de intrare a unui sistem de achiziție de date pe 16 biți cu un singur canal, cu un interval de intrare de 0 ... 4 V. Aici semnalul de intrare este tamponat de un amplificator operațional de precizie OPA365, conectat după schema unui amplificator-follower neinversător. În plus, semnalul este filtrat de circuitul RC și alimentat la intrarea unui ADC de 16 biți ADS8326. Domeniul de măsurare este stabilit de ION REF5040 pentru o tensiune de 4,0 V. Datorită suportului tensiunii de gamă completă la intrare și ieșire (tip șină la șină) și o mică cădere de tensiune minimă a ION, circuitul este capabil să funcționeze de la o tensiune de 5 volți. alimentare electrică.
Un alt exemplu, dar pentru conversia unui semnal bipolar în intervalul de ±10 V, este prezentat în Figura 2d. Circuitul se distinge prin utilizarea unui amplificator instrumental în faza de intrare INA159, care realizează conversia domeniului bipolar ±10 V la unipolar 0...4 V. Ca ADC se folosește un ADC de 16 biți cu o intrare unipolară și o frecvență de conversie de până la 1 MHz. ADS8330.
Deși familia de referințe REF50xx este bandgap, acestea sunt de o precizie atât de mare încât pot fi plasate la egalitate cu arhitecturile de vârf, cum ar fi hidden breakdown zener, XFET și FGA.
Familia include șase referințe de referință pentru diferite tensiuni de ieșire cuprinse între 2,048 și 5 V. În plus, fiecare dintre aceste referințe de referință este disponibilă în două versiuni: standard și de înaltă precizie. Toate ION-urile acceptă capacitatea de a regla tensiunea de ieșire și de a controla temperatura.
Dezavantajele semnificative ale ION-urilor sunt consumul lor mare de energie (1 mA) și timpul lung de stabilire după pornire (200 μs), ceea ce limitează posibilitatea utilizării lor în sisteme critice pentru putere. Producătorul indică posibilitatea utilizării ION în sisteme cu o rezoluție de până la 16 biți inclusiv.
Circuitele integrate ION oferă o tensiune precisă, compensată termic, pentru utilizare în aplicații, de la convertoare A/D la echipamente medicale
Sursele de tensiune de referință (VR) sunt disponibile cu tensiuni de ieșire fixe și reglabile. Pentru a obține o ieșire reglată, un divizor rezistiv este conectat la pinul tensiunii de referință. Acești ION-uri sunt fie de tip shunt (cu doi pini), fie în serie (cu trei pini). De obicei, astfel de microcircuite sunt produse în familii care conțin un număr de tensiuni precise de ieșire. Unele familii pot avea până la o duzină de tensiuni de ieșire diferite de la 0,500 V la 10,000 V cu toleranțe de la 0,05% la ±2%. Doi dintre cei mai importanți parametri ai unui ION sunt precizia inițială a tensiunii de ieșire și coeficientul său de temperatură.
Iată câteva dintre caracteristicile pe care ar trebui să le aibă o referință de tensiune ideală:
- Tensiunea de ieșire independentă de schimbările de temperatură;
- Tensiunea de ieșire independentă de curentul de sarcină;
- Tensiunea de ieșire independentă de timp;
În plus, un ION ideal ar trebui să aibă:
- Precizie inițială ridicată;
- Capacitatea de a da și de a primi curent;
- Consum redus de curent propriu (sau putere disipată);
- Zgomote reduse;
- Pret acceptabil.
Cu toate acestea, aceste caracteristici ideale nu sunt realizabile, așa că designerul trebuie să ia în considerare următoarele:
Sursele de referință cu două terminale folosesc de obicei diode zener. Principalul avantaj al diodelor zener este o gamă largă de tensiune de la 2 V la 200 V. În plus, au o gamă largă de putere admisă - de la câțiva miliwați la câțiva wați. Dezavantajele diodelor zener sunt precizia scăzută, care nu îndeplinește cerințele aplicațiilor de precizie. În plus, consumul de energie al diodelor zener nu le permite să fie utilizate în aplicații cu putere redusă. O altă problemă este legată de impedanța de ieșire relativ mare a unor tipuri de dispozitive.
Un alt tip de referință, utilizat în mod obișnuit în circuitele integrate de tip serie cu trei terminale, se bazează pe tensiunea bandă interzisă. Tensiunea unor astfel de ION-uri, numită „bandgap” (din engleză bandgap) nu depinde de temperatură, de aceea sunt utilizate pe scară largă în circuitele integrate și au de obicei o tensiune de ieșire de ordinul a 1,25 V, care este apropiată de cea teoretică. valoarea benzii intercalate de siliciu de 1,22 eV la 0K.
În ceea ce privește utilizarea practică, ION-urile shunt sunt similare cu diodele Zener, prin aceea că ambele necesită un rezistor extern pentru a determina curentul maxim care poate fi livrat la sarcină. În plus, un rezistor extern stabilește curentul de polarizare minim necesar pentru a stabiliza tensiunea. Puteți opta pentru un ION șunt atunci când sarcina este aproape constantă și fluctuațiile tensiunii de alimentare sunt minime.
Bandgaps-urile nu necesită componente externe, iar utilizarea lor este recomandabilă acolo unde sarcina este instabilă și tensiunea trebuie să fie scăzută. În plus, în comparație cu dispozitivele de șunt, luminile sunt mai rezistente la fluctuațiile tensiunii de alimentare.
ION-urile seriale au o serie de avantaje față de cele de șunt. Sursele de șunt au nevoie de un rezistor selectat în funcție de curentul de sarcină maxim necesar. Acest curent trebuie să fie întotdeauna absorbit de șuntul ION, chiar și atunci când sarcina este departe de maximă, rezultând o disipare mare a puterii și o durată de viață redusă a bateriei. Seriile ION nu au nevoie de rezistențe de limitare a curentului, iar domeniul lor de tensiune de alimentare este relativ mare și depinde de tensiunea de ieșire.
deriva de temperatura este o măsură a tensiunii de ieșire în funcție de schimbarea temperaturii și este exprimată în ppm/°C. Sursele de referință Zener de joncțiune defecte au, de obicei, o deviere de temperatură mai mică decât dispozitivele cu bandă interzisă.
Histerezisul termic al tensiunii de ieșire caracterizează modificarea tensiunii de ieșire la o temperatură de referință, de obicei 25 °C, datorită schimbărilor succesive inverse ale temperaturii de la scăzut la ridicat și de la ridicat la scăzut. Consecințele negative ale acestui efect pot apărea datorită faptului că amplitudinea sa este direct proporțională cu abaterile de temperatură ale sistemului legat. În unele sisteme, acest parametru nu se reproduce de la un ciclu de temperatură la altul. Histerezisul termic depinde de circuitul ION și de designul carcasei acestuia. Histerezisul este specificat în părți per milion (ppm).
Acuratețea inițială - o caracteristică importantă pentru sistemele în care calibrarea este imposibilă sau incomodă. Această calibrare este de obicei efectuată pentru întregul sistem ca întreg. Precizia inițială este specificată pentru o anumită tensiune de intrare și un curent de sarcină zero (pentru referințe seriale) sau pentru un curent de polarizare specific (pentru referințe de șunt).
Deriva pe termen lung afectează tensiunea de ieșire, modificând-o treptat în timp. Cele mai vizibile modificări apar în primele 200...500 de ore de funcționare ION. Acest parametru este important pentru aplicații critice și precise sau în cazurile în care calibrarea periodică nu este posibilă. Datele de stabilitate pe termen lung se pot baza pe o observare de 1000 de ore la temperatura camerei. Dacă se dorește menținerea unei precizii ridicate, deriva pe termen lung poate necesita o calibrare frecventă și chiar antrenament termic al circuitului.
Disiparea puterii depinde de tensiunea și curentul necesar pentru a menține performanța corespunzătoare.
zgomot de ieșire documentat de obicei pentru două intervale de frecvență: 0,1 Hz la 10 Hz (vârf) și 10 Hz la 1 kHz (rms). Zgomotul este necesar deoarece reduce intervalul dinamic al sistemului de achiziție de date. În sistemele de eșantionare a datelor de înaltă rezoluție, zgomotul sursă de referință poate fi singura cauză a fluctuației în biții inferiori ai rezultatelor transformării. Unele ION oferă capacitatea de a reduce zgomotul folosind un condensator de filtru extern conectat la o ieșire specială.
Aveam nevoie de o sursă ieftină de referință de tensiune aici. După ce m-am uitat prin cataloage, am optat pentru cipul TL431 pentru 20 de ruble. Acum vă voi spune ce fel de insectă este și cum să o folosiți.
TL431
TL431 este o așa-numită diodă zener programabilă. Este folosit ca sursă de tensiune de referință și sursă de alimentare pentru circuitele de putere redusă. Este produs de mai mulți producători și, în diferite cazuri, l-am luat de la Texas Instruments în pachetul SOT23.
Specificații:
Tensiune de ieșire de la 2,5 la 36 V
- curent de lucru de la 1 la 100 mA
- impedanta de iesire 0.2 ohm
- precizie 0,5%, 1% și 2%
Are trei iesiri. Două ca o diodă zener standard - un anod și un catod. Și ieșirea tensiunii de referință, care este conectată la catodul sau punctul de mijloc al divizorului de tensiune. Pe schemele străine este indicat după cum urmează:
Circuitul minim de comutare necesită un rezistor și vă permite să obțineți o tensiune de referință de 2,5 V.
Rezistorul din acest circuit este calculat folosind următoarea formulă:
unde Ist este curentul TL431 și Il este curentul de sarcină. Curentul de intrare al pinului de referință nu este luat în considerare, deoarece este de ~2 µA.
În circuitul complet de comutare, la TL431 se adaugă încă două rezistențe, dar în acest caz se poate obține o tensiune de ieșire arbitrară.
Valorile rezistenței divizorului de tensiune și tensiunea de ieșire a TL431 sunt legate după cum urmează:
, unde Uref = 2,5 V, Iref = 2 μA. Acestea sunt valori tipice și au o anumită împrăștiere (vezi fișa tehnică).
Având în vedere valoarea unuia dintre rezistențe și tensiunea de ieșire, se poate calcula valoarea celui de-al doilea rezistor.
Și cunoscând tensiunea de ieșire și curentul de intrare, puteți calcula valoarea rezistorului R1:
, unde Iin este curentul de intrare al circuitului, care este suma curentului de funcționare al TL431, curentul divizor de tensiune și curentul de sarcină.
Dacă se folosește TL431 pentru a obține tensiunea de referință, atunci rezistențele R2 și R3 trebuie luate cu o precizie de 1% din seria E96.
Calculul regulatorului de tensiune pe TL431
Datele inițiale
Tensiune de intrare Uin = 9 V
Tensiunea de ieșire necesară Uout = 5 V
Curent de sarcină Il = 10 mA
Date fișa de date:
Ist = 1..100 mA
Iref = 2 uA
Uref = 2,495 V
Calcul
Setăm valoarea rezistorului R2. Valoarea maximă a acestui rezistor este limitată de curentul Iref = 2 μA. Dacă luăm valoarea rezistorului R2 egală cu unități / zeci de kOhm, atunci acest lucru este util. Fie R2 = 10 kOhm.
Deoarece TL431 este folosit ca sursă de alimentare, aici nu este necesară o precizie ridicată și termenul Iref*R2 poate fi neglijat.
Valoarea rotunjită a lui R3 va fi egală cu 10 kΩ.
Curentul divizorului de tensiune este Uout/(R1+R2) = 5/20000 = 250 µA.
Curentul TL431 poate fi de la 1 la 100 mA. Dacă luăm curentul Ist > 2 mA, atunci curentul divizor poate fi neglijat.
Atunci curentul de intrare va fi egal cu Iin = Ist + Il = 2 + 10 = 12 mA.
Și valoarea R1 = (Uin - Uout) / Iin = (9 - 5) / 0,012 = 333 Ohm. Rotunjiți până la 300.
Puterea disipată de rezistența R1 este (9 - 5) * 0,012 = 0,05 W. La celelalte rezistențe, va fi și mai puțin.
R1 = 300 Ohm
R2 = 10 kOhm
R3 = 10 kOhm
Aproximativ, fără să ținem cont de nuanțe.
Capacitate de incarcare
Dacă utilizați TL431 și agățați un condensator la ieșire, atunci microcircuitul poate „zâmbi”. În loc să reducă zgomotul de ieșire, la catod va apărea un semnal periodic de câțiva milivolți.
Capacitatea de sarcină la care TL431 se comportă stabil depinde de curentul catodului și tensiunea de ieșire. Valorile posibile ale capacității sunt afișate în imaginea din fișa de date. Zonele stabile sunt cele din afara graficelor.
Dispozitivele de ieșire analogică necesită și un potențial de referință. Precizia întregului dispozitiv depinde de precizia și, mai ales, de temperatura și stabilitatea în timp a ION. În unele cazuri, sunt necesare dimensiuni mici și un consum redus de energie.
Tabelul 1 prezintă principalii parametri și caracteristici ale microcircuitelor. Baza este de obicei (dar nu întotdeauna) așa-numitul circuit bandgap, iar tensiunea de ieșire se încadrează într-o serie de valori standard (V):
| 1,250 | 2,500 | 4,500 |
| 1,600 | 3,000 | 5,000 |
| 1,800 | 3,300 | 10,000 |
| 2,048 | 4,096 |
Tabelul 1. Principalii parametri și caracteristici ale microcircuitelor
| Micro- sistem |
Tensiune de ieșire, V | Max. de exemplu. putere, V | Max. ritm. deriva, ppm/°C | Max. eroare inițială, %, 25 °C | Max. consum curent leniya, uA |
Particularități |
|---|---|---|---|---|---|---|
| MAX6037 | Adj; 1,25; 2,048; 2,5; 3;3,3; 4.096 | 5,5 | 25 | 0,2 | 275 | Pachet SOT23, mod de oprire, ieșire reglabilă |
| MAX6125, MAX6141, MAX6145, MAX6150, MAX6160 |
Adj; 2,5; 4,096; 4,5; 5 | 12,6 | 50, 100 | 1 | 110 | Pret mic, pachet SOT23, iesire reglabila |
| MAX6001-MAX6005 | 1,25; 2,5; 3; 4,096; 5 | 12,6 | 100 | 1 | 45 | Pret mic, consum redus de energie, pachet SOT23 |
| MAX6012, MAX6021, MAX6025, MAX6030, MAX6041, MAX6045, MAX6050 |
1,247; 2,048; 2,5; 3; 4,096; 4,5; 5 | 12,6 | 15 | 0,2 | 35 | Precizie, consum redus de energie, pachet SOT23 |
| MAX6018 | 1,263; 1,6; 1,8; 2,048 | 5,5 | 50 | 0,2 | 5 | Consum ultra-scăzut de energie, pachet SOT23, funcționare la 1,8V |
| MAX6023 | 12,6 | 30 | 0,2 | 35 | Consum redus de energie, pachet UCSP ultra-miniatural | |
| MAX6061-MAX6068 | 1,248; 1,8; 2,048; 2,5; 3; 4,096; 4,5; 5 | 12,6 | 20 | 0,2 | 125 | Pachetul SOT23, afară. curent de până la 5 mA |
| MAX6100-MAX6107 | 12,6 | 75 | 0,4 | 125 | Pret mic, pachet SOT23, scos. curent de până la 5 mA | |
| MAX6161-MAX6168 | 1,25; 1,8; 2,048; 2,5; 3; 4,096; 4,5; 5 | 12,6 | 5 | 2 mV | 150 | Precizie, afară. curent de până la 5 mA |
| MAX6190-MAX6195, MAX6198 | 1,25; 2,048; 2,5; 3; 4,096; 4,5; 5 | 12,6 | 5 | 2 mV | 35 | Precizie, consum redus de energie, alternativă la REF191/2/3/4/5/8 |
| MAX6034 | 2,048; 2,5; 3; 3,3; 4,096 | 5,5 | 30 | 0,2 | 125 | Consum redus de energie, SC70 ultra-miniatural |
| MAX6126 | 2,048; 2,5; 3; 4,096; 5 | 12,6 | 3 | 0,02 | 550 | Pachet mMAX ultra-precis, cu zgomot ultra-scazut |
| MAX6129 | 2,048; 2,5; 3; 3,3; 4,096; 5 | 12,6 | 40 | 0,4 | 5,25 | Consum ultra redus de energie, pachet SOT23 |
| MAX6033 | 2,5; 3; 4,096; 5 | 12,6 | 7 | 0,04 | 75 | Ultra precizie, pachet SOT23 |
| MAX6035 | 2,5; 3; 5 | 33 | 25 | 0,2 | 95 | Tensiune mare de alimentare, pachet SOT23 |
| MAX6043 | 2,5; 3,3; 4,096; 5; 10 | 40 | 15 | 0,05 | 490 | Precizie, zgomot redus, alimentare de înaltă tensiune, pachet SOT23 |
| MAX6133 | 2,5; 3; 4,096; 5 | 12,6 | 3 | 0,04 | 65 | Pachet mMAX ultra-precis, de putere redusă |
| MAX6143 | 2,5; 3,3; 4,096; 5; 10 | 40 | 3 | 0,05 | 550 | Super precizie, zgomot redus, alimentare de înaltă tensiune, senzor de temperatură, mod de oprire |
| MAX6173-MAX6177 | 2,5; 3,3; 4,096; 5; 10 | 40 | 3 | 0,05 | 550 | Super precizie, zgomot redus, tensiune mare de alimentare, senzor de temperatură |
| MAX6220 | 2,5; 4,096; 5 | 40 | 20 | 0,1 | 3,3 mA | Precizie, zgomot ultra-scăzut, sursă de înaltă tensiune |
| MAX6225, MAX6241, MAX6250 | 2,5; 4,096; 5 | 36 | 2 | 0,02 | 3,0 mA | |
| MAX6325, MAX6341, MAX6350 | 2,5; 4,096; 5 | 36 | 1 | 1 mV | 3,0 mA | Alimentare de înaltă tensiune, ultra-precise, cu zgomot ultra scăzut |
MAX6037_ADJ și MAX6160 au o ieșire reglată. Tensiunea de ieșire poate fi setată între 1,184 V la 5,0 V și, respectiv, 1,23 V la 12,4 V folosind un divizor extern.
Tensiunea maximă de intrare, de regulă, este de 5,5 V sau 12,6 V. Un număr de microcircuite funcționează la o tensiune de intrare de până la 40 V.
PREZIUNEA INIȚIALĂ, DERIVAREA TEMPERATURII ȘI ZGOMOTUL
Acești parametri sunt de bază și sunt cel mai adesea interconectați. MAX6126 are cea mai bună acuratețe inițială (eroare maximă 0,02%) și cel mai scăzut zgomot (amplitudine tipică de la vârf la vârf de 1,3 μV pentru o tensiune de ieșire de 2,048 V și un interval de frecvență de la 0,1 Hz la 10 Hz). În acest caz, variația de temperatură nu depășește 3 ppm/°C. Versiunea mMAX este cel mai mic ION din lume cu parametri de precizie atât de înalți.
Adevăratul campion în stabilitatea termică este seria de cipuri MAX6325/MAX6341/MAX6350 cu o derive maximă a temperaturii de 1 ppm/°C. Aceste produse oferă, de asemenea, un zgomot foarte scăzut (1,5 μV vârf la vârf tipic pentru MAX6325 și un interval de frecvență de la 0,1 Hz la 10 Hz) și o precizie inițială ridicată (eroare maximă de ±1 mV).
DIMENSIUNEA ȘASIU, CONSUM DE ENERGIE
Adesea, inginerii de circuite se confruntă cu provocarea de a proiecta un dispozitiv cu un consum foarte scăzut de energie. De regulă, acestea sunt dispozitive alimentate cu baterii. Dimensiunea carcasei în astfel de dispozitive poate fi, de asemenea, semnificativă. Un număr mare de cipuri de referință de tensiune MAXIM sunt furnizate în pachete SOT23, SC70, mMAX de dimensiuni mici. MAX6023 vine într-un pachet UCSP de 1 mm x 1,5 mm.
Merită să acordați atenție lui ION MAX6129. Cu un consum maxim de 5,25 μA (pentru o tensiune de ieșire de 2,048 V), curentul de ieșire al acestui cip poate ajunge la 4 mA, iar variația de temperatură nu depășește 40 ppm/°C. Eroarea inițială maximă este de 0,4%. Microcircuitul vine într-un pachet SOT-23 în miniatură și poate funcționa fără condensatori de intrare și ieșire cu o capacitate de încărcare de până la 10 uF.
Eliminarea condensatorilor externi economisește și mai mult spațiu pe PCB. Trebuie remarcat faptul că majoritatea referințelor de tensiune Maxim pot fi operate fără condensatori externi.
EXEMPLU DE INCLUZIUNE ȘI UTILIZARE
În cele mai multe cazuri, sursa de tensiune de referință este un microcircuit cu trei pini cu doi pini de alimentare și un pin de conectare la sarcină.
Orez. 1.
Orez. 2.
Ca exemplu de utilizare a unei referințe de tensiune, este prezentat circuitul din Figura 2. Acesta este un dispozitiv pentru digitizarea unui semnal analogic de intrare (bucla de curent (0 ... 20) mA sau (4 ... 20) mA). Ca ION a fost folosit un cip unic MAX6033, care combină, pe de o parte, precizia ridicată, stabilitatea și nivelul scăzut de zgomot, iar pe de altă parte, consumul redus și dimensiunile reduse.
Circuitul prezentat în figură are următorii parametri principali:
- Eroarea maximă este mai mică de 0,2%
- Derivarea temperaturii - mai puțin de 8 ppm/°C (tip.)
- Consum maxim de curent - 335 μA (la o viteză de 100 de mii de mostre pe secundă)
- Tensiune de alimentare - de la +2,7 V la +12,6 V
- Dimensiuni mici - SOT23 (MAX6033), TDFN (MAX1393), 5,8 x 2,2 mm (R1)
CONCLUZIE
Pentru mai multe informații și date tehnice mai detaliate, precum și informații despre așa-numitele două terminale ( şunt) dispozitivele pot fi găsite pe site www.maximic.com/References.
Pentru informatii tehnice, comanda mostre si livrare, va rugam sa contactati COMPEL. E-mail: .
Noi ADC-uri programabile multicanal pe 16/14 biți
Companie Produse Maxim Integrated a introdus familia MAX1300-MAX1303 și MAX1032-MAX1035 de ADC-uri pe 16/14 biți. Aceste noi dispozitive au o gamă de intrare de ± 12 V. Software-ul integrat permite utilizatorului să configureze de la distanță fiecare intrare de cip la un interval de tensiune specific. Fiecare canal de intrare poate fi programat să utilizeze șapte game de intrare diferite pentru intrări cu un singur capăt și trei domenii de intrare diferite pentru intrări diferențiale. Sunt disponibile următoarele intervale programabile de tensiune de intrare analogică: ±24V, ±12V, ±6V, ±3V, 0 la +12V, -12V la 0, 0 la +6V și -6V la 0.
Această familie de ADC-uri oferă până la opt intrări single-ended sau patru diferențiale, fiecare dintre acestea putând gestiona supratensiuni de intrare de până la ±16,5 V. În comparație cu produsele tradiționale, această capacitate oferă clientului mai multă flexibilitate atunci când alege un ADC pentru proiectare și permite un singur design pentru a fi utilizat cu diferite platforme.
Noile ADC-uri oferă măsurători precise ale transmițătorilor de temperatură și presiune, punților de rezistență, PLC-urilor și buclelor în intervalul 4 până la 20 mA în condiții normale de funcționare, precum și în condiții de supratensiune. Dispozitivele folosesc intervalul de tensiune de intrare analogică de ±12V.
Alte caracteristici ale ADC îndeplinesc și chiar depășesc așteptările dezvoltatorilor.
Eficiența AC ridicată (distorsiune armonică de -79 dB) și precizia DC (±2 LSB) fac ca dispozitivele să fie ideale pentru aplicații de control industrial, instrumentare și achiziție de date.
