Поиск datasheet электронных компонентов
  en
Оглавление wiki » Источники опорного напряжения

Источники опорного напряжения

Источники опорного напряжения (ИОН, voltage references) являются неотъемлемой частью современных электронных устройств. Они предоставляют стабильное и точное напряжение, независимо от изменений температуры, нагрузки или притока питающего напряжения.

Принципы работы источников опорного напряжения

Основная задача источника опорного напряжения – обеспечить максимально стабильное выходное напряжение при любых внешних условиях. Для достижения этого используются различные схемотехнические подходы:

  • Компенсация температурных коэффициентов.
  • Использование отрицательной обратной связи.
  • Применение высокоточных компонентов.

Примеры применения ИОН

  • Аналоговые и цифровые преобразователи (ADC/DAC)
    В данных устройствах точное опорное напряжение необходимо для преобразования аналоговых сигналов в цифровые и обратно.
  • Стабилизаторы напряжения
    Источники опорного напряжения обеспечивают эталон для работы стабилизирующих схем.
  • Измерительное оборудование
  • Высокоточные мультиметры и осциллографы зависят от стабильных источников опорного напряжения.
  • Системы энергоснабжения
    Применяются для управления питанием критически важных узлов.

Источник опорного напряжения ИОН в корпусе 3-WFDFN Exposed Pad

Может ли источник опорного напряжения (микросхема) принадлежать к двум разным типам: серийному и последовательному?

Да, источник опорного напряжения (ИОН) может совмещать характеристики двух типов, таких как серийный и последовательный (или шунтовый). Это связано с тем, что микросхемы ИОН часто проектируются для универсальности и могут быть использованы в разных конфигурациях, в зависимости от схемы подключения. Рассмотрим подробнее:

Серийный источник опорного напряжения

  • Подключается последовательно с нагрузкой.
  • Контролирует ток, проходящий через себя, чтобы поддерживать постоянное выходное напряжение.
  • Типично для схем, где входное напряжение выше опорного и требуется высокая эффективность.

Шунтовый источник опорного напряжения

  • Подключается параллельно нагрузке.
  • Для работы требует токоограничивающего резистора.
  • Хорошо подходит для приложений с низкими токами и где нагрузка имеет малое потребление.

Комбинированные микросхемы

Некоторые микросхемы (например, семейства LM4040 или TL431) могут функционировать как шунтовый источник в одной конфигурации и как серийный источник в другой:

  • Пример 1: TL431
    • Может работать как шунтовый стабилизатор, если подключён параллельно нагрузке.
    • Может использоваться в качестве компонента последовательного стабилизатора, например, в комбинации с транзистором.
  • Пример 2: Программируемые ИОН
    • Многие программируемые ИОН могут быть настроены для работы в любой из этих конфигураций в зависимости от применения.

Когда это возможно?

Комбинация серийного и шунтового типов возможна, если микросхема:

  • Имеет внутреннюю схему, допускающую разные подключения.
  • Предоставляет функциональность для регулирования тока и напряжения.
  • Проектирована для гибкости применения (например, универсальные ИОН).

Такие универсальные микросхемы создаются для упрощения проектирования схем и уменьшения потребности в разных компонентах. Поэтому источники опорного напряжения могут принадлежать сразу к нескольким типам, и выбор конфигурации зависит от специфики приложения.

Что такое ИОН с типом Buried Zener

Buried Zener — это тип источника опорного напряжения, использующий заглубленный стабилитрон (buried zener diode) для создания высокостабильного и точного напряжения. Этот подход широко применяется в интегральных схемах благодаря высокой устойчивости к шумам и изменениям температуры.

Принцип работы Buried Zener

  1. Заглубленный стабилитрон:
    В основе схемы лежит стабилитрон, но он находится в специальной заглубленной области полупроводникового слоя, чтобы минимизировать влияние шумов и поверхностных эффектов.

    • Стабилитрон работает в режиме пробоя, что обеспечивает стабильное напряжение.
    • Закопанная структура уменьшает воздействие электромагнитных помех и утечек.

  2. Температурная компенсация:
    Чтобы устранить температурную зависимость стабилитрона, добавляются дополнительные элементы, такие как полупроводниковые транзисторы или терморезисторы. Это компенсирует изменение напряжения пробоя с изменением температуры.

  3. Усиление:
    Схема дополнительно включает усилитель или буфер для увеличения тока на выходе без потери стабильности напряжения.

Преимущества Buried Zener

  • Высокая точность:
    Напряжение опоры обычно стабильно с точностью до 0,01% или лучше.

  • Температурная стабильность:
    Использование закопанного стабилитрона уменьшает температурные коэффициенты до 15 ppm/°C или ниже.

  • Устойчивость к шумам:
    Закопанная структура делает схему менее восприимчивой к электромагнитным помехам и шумам, связанным с утечками на поверхности полупроводников.

  • Долговечность:
    Такие схемы менее подвержены деградации из-за старения компонентов.

Недостатки Buried Zener

  • Сложность производства:
    Закопанный стабилитрон требует сложных технологических процессов на этапе изготовления кристалла, что повышает стоимость.

  • Ограниченная область применения:
    Используется преимущественно в устройствах, где требуются высокая точность и стабильность (измерительные приборы, высокоточные преобразователи).

Известные примеры микросхем

  • LM199/LM399:
    Популярные микросхемы с buried zener, известные своей высокой точностью и стабильностью.
  • LTZ1000:
    Один из самых точных источников опорного напряжения, используется в лабораторных приборах.

Почему выбирают Buried Zener?

Технология Buried Zener — выбор для приложений, где требуются высочайшие показатели точности и стабильности, несмотря на высокую стоимость. Это делает его незаменимым в таких областях, как метрология, научные исследования и контроль промышленных процессов.

Заключение

Источники опорного напряжения – это ключевые элементы в любой современной электронике. Они определяют точность и стабильность работы многих устройств, от простых стабилизаторов до сложных измерительных систем. Выбор правильного источника зависит от требований к точности, температурной стабильности и условий эксплуатации. С развитием технологий появляются все более сложные и эффективные решения, позволяя улучшать характеристики конечных устройств.

Новое в электронике

РадиоЛоцман - портал для разработчиков электроники