Diodo Zener como fonte de tensão de referência de precisão. Referências de tensão Referência de tensão de precisão Descrição
Olá a todos!
A análise de hoje se concentrará na fonte de referência de tensão de alta precisão AD584 - um módulo de 4 canais que produz tensões de 2,5V, 7,5V, 5V e 10V. O objetivo principal deste dispositivo é testar a precisão dos multímetros. Como você pode imaginar, ele é usado para verificar a precisão dos voltímetros; outros modos de operação dos multímetros não estão de forma alguma relacionados a ele.
Acontece que o multímetro principal e frequentemente usado em minha casa é o HYLEC MS8232. Em princípio, combina com tudo e é totalmente adequado para todas as necessidades domésticas. A única coisa é que a corrente máxima que pode medir no modo amperímetro é 200 mA, o que é muito pequeno. Portanto, para medir correntes maiores, tenho também o A830L, que custa a metade. Mas qual é mais preciso? Para responder a esta pergunta, esta placa será útil. Além disso, com sua ajuda, qualquer pessoa pode verificar a precisão dos dados exibidos em seu multímetro, pelo menos no modo voltímetro.
Portanto, o vendedor no eBay foi escolhido de forma totalmente aleatória. Na hora da compra a prancha custava $5,05, agora subiu um pouco e custa $5,42. Acho que você pode encontrar mais opções econômicas, embora não sejam caras. Após correspondência com o vendedor, chegou-se a um acordo de que o pacote seria enviado com rastreamento (tive que pagar $ 2 adicionais). Se alguém estiver interessado em saber como o pacote viajou da China para a Bielo-Rússia, poderá descobrir todas as informações.
A placa é fornecida em embalagem lacrada em todas as faces. 
Na vida real, nosso “dispositivo de controle” não é muito diferente do que pode ser visto na página do vendedor e na vida real é assim: 
Aqui vemos dois conectores para conectar energia: um para baterias e o segundo para uma fonte de alimentação normal. Há um botão liga/desliga vermelho, cuja finalidade é clara. À esquerda da chave estão quatro reguladores de tensão de saída. Cada um está assinado, então não é tão difícil fazer nada. A comutação de tensão é realizada reorganizando os jumpers :) A la, olá dos anos 90. 
Mas lembrei-me dos tempos em que, para conectar um disco rígido de um modo ou de outro, era necessário realizar manipulações muito semelhantes :) Existem modelos com opção de comutação de tensão mais avançada, mas como não pretendo usar a placa todos os dias, esta opção funcionará para mim. Na parte inferior da placa existem blocos de contato para conectar multímetros. São 2 deles, ou seja, 2 positivos e 2 negativos. Além de serem assinados, também são marcados por cores - é muito difícil confundi-los, embora mesmo que isso aconteça nada de ruim acontecerá. É conveniente usar contatos internos para sondas e contatos externos para crocodilos ou fios de conexão.
Além do próprio quadro, a embalagem continha inicialmente um pequeno pedaço de papel com valores de controle. Infelizmente, não ficou em um único quadro: (Não há nada de particularmente interessante nisso - dados atualizados sobre valores de tensão, nada mais. Era mais ou menos assim (foto tirada da Internet): 
No centro de todo esse design está o módulo de tensão de precisão de oito pinos AD584LH. 
Um tabuleiro com disposição unilateral dos elementos, para que não haja nada de interessante do outro lado. 
As dimensões da placa são 56x56 milímetros. Talvez esta seja a última coisa que se pode dizer sobre sua aparência e estrutura. Portanto, você pode verificar seu desempenho, mas acho que seria útil primeiro familiarizá-lo com seus recursos e características:
1. Usar uma bateria de 15 V como fonte de alimentação fornecerá dados mais precisos;
2. A placa possui quatro terminais programáveis, cada um correspondendo à tensão de saída. A comutação é realizada curto-circuitando o bloco de terminais correspondente. Como o AD584 tem oito pinos, o curto-circuito de cada pino afeta a tensão de saída, para reduzir a resistência do circuito, dois pinos são conectados em paralelo;
3. Coeficiente de temperatura: 5 ppm/°C (máximo, 0°C a 70°C, AD584L) 15 ppm/°C (máximo, -55°C a +125°C, AD584T);
4. Consumo de energia: Corrente estática: 1mA (máx), baixa corrente quiescente ideal para baterias;
5. Tensão operacional: 4,5 V a 30 V, observe que a tensão operacional deve ser superior à tensão de saída programada;
6. Faixa de temperatura: AD584J/K/L 0°C a +70°C, AD584S/T -55°C a +125°C 7. Fonte de alimentação externa - a tensão deve ser superior a 11V;
8. Dois tipos de interface de saída de tensão de referência são ótimos para testar multímetros e calibrar outros instrumentos;
9. Cada placa é testada na fábrica usando um multímetro de 6 dígitos.
Algo assim. Bem, vamos começar. O teste envolverá a própria placa, um retificador como fonte de alimentação, além de dois multímetros (HYLEC MS8232 e A830L) como cobaias. 
Conectamos a alimentação aos contatos da bateria, colocamos a “chave” na posição ON e vemos que o diodo vermelho da placa acende, informando que pode ser utilizado. 
A fonte de alimentação dos contatos do compartimento da bateria é de 12,96V, o que é mais que suficiente para testar a placa em todos os modos. 
Como a tensão na placa está silenciosamente definida para 10 V, é por aí que começaremos. Primeiro HYLEC MS8232: 
Conectando A830L: 
A diferença nas leituras do multímetro é de 0,04 V - nem tanto. Mas resumiremos os dados obtidos um pouco mais tarde.
Mude os jumpers para 7,5V. HYLECMS8232: 
A830L: 
Os próximos da fila são 5V. HYLECMS8232: 
A830L: 
E o último modo de teste é 2,5V. HYLECMS8232: 
A830L: 
Assim, percebe-se que quanto maior a tensão, mais variam os dados retirados dos multímetros: em 2,5V - 0,01V, em 5V - 0,02V, em 7,5V - 0,02V e em 10V - 0,04V. Além disso, os dados do HYLEC MS8232 são estáveis e correspondem perfeitamente aos dados disponíveis no pedaço de papel incluído. Mas com o A830L nem tudo é tão bom - quanto maior a tensão, mais ela se afasta das leituras reais. E se em 10V a diferença não for tão grande, então em 200-220V será bastante perceptível.
Para resumir tudo o que foi escrito aqui, posso dizer que nossa fonte de referência de tensão AD584 lidou bem com as tarefas que lhes foram atribuídas. Agora sei qual multímetro está mentindo e também sei a progressão aproximada dos desvios. Além de testar multímetros, o AD584 também pode ser usado para testar testadores USB (e outros) se você adquirir um cabo adequado e conectá-lo aos blocos de saída. O principal é não esquecer que a tensão de entrada deve ser superior à tensão de saída. Portanto, esta placa pode ser útil em casa para quem quer ter certeza da precisão dos dispositivos que possui e que podem exibir o nível de tensão na rede.
Provavelmente é tudo. Obrigado pela sua atenção e seu tempo.
Para operação normal do MC ADC, é necessária uma fonte de tensão de referência (VS). Se você usar um íon interno, poderão surgir problemas com sua estabilidade em baixas temperaturas e grande variação tecnológica na tensão nominal. Para medições precisas (inclusive com tensões de referência fora do padrão), é praticado conectar um ION externo ao pino KREF do MK. Pode consistir em elementos discretos (Fig. 4.7, a... i) ou circuitos integrados (Fig. 4.8, a... j).
Arroz. 4.7. Diagramas de conexão para IONs externos usando elementos discretos (início):
a) MK(1) utiliza um íon interno para suas medições. Sua tensão de saída KRRF é ION externo em relação a MK(2). Vantagem: sincronização de medições;
b) VD1 é um diodo zener de precisão “Shunt Voltage Reference” (Dispositivos Analógicos) com precisão de manutenção da tensão de saída de ±0,1%. O filtro R2, C1 reduz a interferência de RF. Ao mudar para fonte de alimentação aumentada de +5 V, é necessário substituir o resistor R1 (2,94 kOhm). Para reduzir o consumo de corrente, você pode aumentar a resistência do resistor R1 para 34,8...41,2 kOhm;
c) VD1 é um diodo zener de ampla faixa “Referência de Tensão Ajustável” da National Semiconductor. O resistor RI define a corrente através do VDI na faixa de 0,01 a 20 mA. Se em vez de LM385-2.5 instalarmos LM4040-4.1 e aumentarmos o resistor para 10 kOhm, então KREF se tornará igual a +4,096 V;
d) ION ajustável com ajuste suave de tensão usando resistor multivoltas R3
e) VD1 é um diodo zener de três saídas “Regulador Shunt Programável” (série “431”). A conexão bipolar do VD1 determina a tensão de referência de +2,5 V (ou +1,25 V na série “1431”);
e) a tensão de referência +4,9 V vem da linha de saída do MK. Esta inclusão é útil para testes (nível BAIXO/ALTO) e para conveniência do layout da PCB;
Arroz. 4.7. Diagramas de conexão para IONs externos em elementos discretos (final):
g) ION ajustável baseado no diodo zener de três terminais VD1 da série “431”. A tensão de referência é determinada pela fórmula KREF[B] = 2,5-(1 + R,[kOhm]/R2[kOhm]);
h) a tensão KREF está próxima da tensão de alimentação. Os recursos incluem filtragem de ruído em dois estágios usando elementos L1, C1 e RI, C2, SZ;
i) uma tensão de referência é fornecida à entrada VREF, que é um pouco maior que a tensão de alimentação do Uss MK. Isso fornece uma ampla faixa dinâmica de medições, mas deve-se tomar cuidado para que a diferença entre KERi Vss não exceda 0,2 V. Se você instalar um diodo zener VDI LM4040DIZ-5.0, a tensão de referência diminuirá para +5,0 V e a instalação a precisão melhorará de 5 para 1%.
Arroz. 4.8. Diagramas de conexão para IONs externos em microcircuitos (início):
a) utilização de um estabilizador de tensão de baixa tensão DA1 como ION;
b) a precisão do ajuste da tensão de referência é de 2,4% (5,00 V ± 120 mV). Estabilizador de substituição DAI - 78L05. Os capacitores C1 e C2 devem estar localizados próximos aos terminais DA/;
c) a precisão do ajuste da tensão de referência DA 1 é de 0,05% (5,00 V ± 2,5 mV), a estabilidade de temperatura é de 5 ppm/°C (25 µV por grau);
d) estabilizador de dois estágios (VDI, DAI). A precisão do ajuste da tensão de referência DAI (Intersil) é de 0,01% (5,00 V ± 0,5 mV), estabilidade de temperatura 5 ppm/°C;
Arroz. 4.8. Esquemas para conectar íons externos em microcircuitos ao MK (final):
e) ION continuamente ajustável dentro de 0...+3 V. A substituição do estabilizador DA1 por um semelhante, mas com tensão de saída diferente (+2,5...+5 V), define o limite superior de regulação;
e) maior estabilidade do ION graças ao gerador de corrente no chip DA1. A corrente através de um diodo zener VDI de três terminais (1...8 mA) é determinada pela fórmula /[mA] = 1,25 /[kOhm];
g) 0...+5 V ION controlado por software no chip DA1 da Microchip. Funcionalmente, é um resistor variável discreto de 6 bits com terminais externos “A”, “B” e um terminal intermediário “W”. Resistência de 2,1 a 50 kOhm. O repetidor de buffer é o amplificador operacional DA2;
h) mudança imediata de duas tensões. O ION de alta precisão no chip DA1 (Analog Devices) produz uma tensão de +2,5 ou +3 V dependendo da posição do jumper SL. O filtro LI, CI reduz o ruído da fonte de alimentação;
i) o pino KREF do MK está conectado à linha de alimentação, que serve como ION externo. A tensão de alimentação é regulada pelo resistor R3. O valor +5,12 V não foi escolhido por acaso. Isso é feito para que com um ADC MK de 10 bits o custo de uma divisão seja exatamente 5 mV;
j) ION ajustável com maior capacidade de carga baseado no repetidor DA1. A tensão de saída de +2,5 V pode ser usada para o ponto médio de outros amplificadores operacionais.
Notícias de Eletrônica 14, 2008
Este artigo examina a nova família de referências de tensão de precisão (VRS) da linha de produtos Burr-Brown REF50xx. Esses IONs são feitos de acordo com a arquitetura bandgap, mas em termos de características de propagação inicial, desvio de temperatura e ruído eles são capazes de competir com outras arquiteturas líderes em termos de precisão.
As referências de tensão são uma parte importante de qualquer equipamento digital com funcionalidade de entrada/saída analógica. Os parâmetros deste dispositivo afetam diretamente o nível de desempenho do produto final. As capacidades do ION embutido nos microcontroladores, quando operando em toda a faixa de temperatura operacional, são, na melhor das hipóteses, suficientes para fornecer resolução de 8 bits. Por exemplo, para garantir a precisão de 1/2 m.s.r. ADC de 10 bits integrado em vários microcontroladores, é necessário que a faixa de variação da tensão de saída da tensão de referência não exceda 1,22 mV (para tensão de referência de 2,5 V). No caso de um ION embutido, que não prevê a possibilidade de ajuste da tensão de saída, a variação da tensão de saída causada pela influência tanto do desvio de temperatura quanto do spread inicial deve se enquadrar neste nível. Assim, com uma abordagem razoável para a seleção de ionizadores para aplicações com resolução de conversão de 10 bits ou mais, provavelmente haverá necessidade de usar um ionizador externo. Os benefícios adicionais desta escolha também incluem:
- a capacidade de selecionar um ION com tensão de saída adequada às condições de aplicação dadas, menor nível de ruído, função de ajuste analógico da tensão de saída, outras funções auxiliares, etc.;
- a capacidade de trabalhar não apenas em conjunto com um ADC/DAC, mas também com um circuito de interface analógica externa;
- maior capacidade de carga;
- a possibilidade de melhor isolamento da influência da corrente consumida pelos ICs digitais.
O primeiro ionizador integrado foi desenvolvido em 1969 pelo lendário inventor e virtuoso em circuitos de transistores Robert Widlar (então funcionário da National Semiconductor) enquanto trabalhava no primeiro regulador de tensão linear de 20 watts de chip único, o LM109. Mais tarde, em 1971, Widlar uniu-se a outro desenvolvedor lendário, Robert Dobkin, para desenvolver o primeiro ION monolítico, o LM113. Este ION é chamado de “bandgap” (ou ION baseado na diferença nas tensões base-emissor). Era um dispositivo de dois terminais e estava incluído em um circuito semelhante a um diodo zener. Mesmo agora, muitos desenvolvedores preferem chamar esse tipo de diodo zener programável ION e designá-los no diagrama como diodos zener, embora seja mais correto chamá-los de “tipo paralelo (ou shunt) ION”, o que indica uma conexão em paralelo com A carga. Alguns IONs deste tipo, como o Texas Instruments TL431, estão disponíveis há muitos anos e continuam a ser populares. Um ION bandgap de tipo serial mais avançado, em termos de precisão, foi proposto por Paul Brokaw no final dos anos 1970 e foi produzido pela Analog Devices sob o nome AD580. Ele apresentava uma conexão de 3 pinos (semelhante a um estabilizador de tensão), permitia que a tensão de saída necessária fosse definida usando um divisor de tensão resistivo (usando a tecnologia de ajuste de parâmetros a laser, que estava em desenvolvimento na época) e permitia que a corrente de saída fluísse em ambas as direções. É este tipo de ION, devido à óptima relação qualidade-preço e disponibilidade comparativa numa vasta gama de designs, que se tornou o mais difundido ao longo do tempo e é actualmente produzido por muitos fabricantes.
Um dos líderes no desenvolvimento e produção de bandgap ION é a Texas Instruments (TI). Um de seus desenvolvimentos recentes, a série REF50xx, tornou-se um verdadeiro avanço para IONs bandgap, porque Agora, em termos da combinação de características de desempenho e grau de precisão, elas podem ser colocadas no mesmo nível das atuais arquiteturas XFET da Analog Devices e FGA da Intersil (esta última arquitetura foi desenvolvida em 2003 pela Xicor, um ano depois passou a fazer parte do Intersil; seu princípio de funcionamento é EEPROM idêntico, mas para armazenamento de dados não em formato binário, mas em formato analógico). A Tabela 1 irá ajudá-lo a verificar isso, que apresenta as características dos representantes da família REF50xx e dos melhores IONs com tensão de saída de 2,5 V, feitos com tecnologias FGA, XFET e diodo Zener com ruptura latente.
Tabela 1. Principais características da família de ionizadores REF50xx e as melhores soluções concorrentes
| Família REF50xx | Comparação com o melhor competindo soluções (V SAÍDA = 2,5 V) |
||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| REF5020 | REF5025 | REF5030 | REF5040 | REF5045 | REF5050 | ISL21009 | ADR291 | MAX6325 | |
| Arquitetura | Bandgap, tipo sequencial | F.G.A. | XFET | Estabilização trono com colapso oculto |
|||||
| Tensão de saída V OUT, V | 2,048 | 2,5 | 3 | 4,096 | 4,5 | 5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 |
| Spread inicial (25°С), % | 0,05 | 0,05 | 0,05 | 0,05 | 0,05 | 0,05 | 0,05 | 0,08 | 0,04 |
| Máx. TK, ppm/°C | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 1 |
| Máx. corrente de carga I OUT, mA | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 7 | 5 | 15 |
| Consumo de corrente interna I Q, não mais, µA | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 | 180 | 12 | 3000 |
| Tensão de entrada VIN, 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 |
| Oscilação de tensão de ruído eN (0,1...10 Hz), µV | 6 | 7,5 | 9 | 12 | 13,5 | 15 | 4,5 | 8 | 1,5 |
| Quadro | 8-SOIC | 8-SOIC, 8-TSSOP | 8-DIP/SOIC | ||||||
| Faixa de temperatura operacional, °C | -40 ...125 | -40...85 | |||||||
Conheça a família REF50xx
Conforme segue na Tabela 1, a família REF50xx consiste em seis IONs, diferindo nos níveis de tensão de saída. Além disso, cada um desses IONs está disponível em duas versões: maior precisão (as características são apresentadas na Tabela 1) e padrão. As características de precisão da versão padrão são aproximadamente duas vezes piores que as da versão de alta precisão.
Todos os tipos e versões do ION estão disponíveis em dois tipos de pacotes de 8 pinos: SO e MSOP. A localização dos pinos é mostrada na Figura 1a.
Arroz. 1. Pinagem e diagrama de blocos simplificado do ION REF50xx
Aqui, na Figura 1b, é mostrado um diagrama de blocos simplificado do REF50xx ION.
O REF50xx é baseado em um elemento bandgap de 1,2 V. Esta tensão é então armazenada em buffer e dimensionada para o nível de saída desejado usando um estágio de amplificador não inversor de amplificador operacional de precisão. É possível influenciar o ganho deste estágio amplificador através do pino TRIM. Conectar um potenciômetro a este pino permite ajustar a tensão de saída em ±15 mV. Outro recurso adicional do REF50xx é a capacidade de controlar a temperatura do cristal através do pino TEMP. A tensão neste pino depende da temperatura (a expressão desta dependência é mostrada na Figura 1b). É importante ressaltar que a função de controle de temperatura é mais adequada para monitorar alterações de temperatura do que seu valor absoluto, pois O erro de medição é bastante grande e equivale a aproximadamente ±15°С. Porém, esta função é bastante aplicável em circuitos de compensação de temperatura de estágios analógicos. A saída TEMP é de alta resistência, portanto, ao trabalhar com cargas de resistência relativamente baixa, ela precisará ser armazenada em buffer usando um amplificador operacional com baixo desvio de temperatura. O fabricante recomenda o uso do amplificador operacional OPA333, OPA335 ou OPA376 para esses fins.
Visão geral do desempenho
Propagação inicial
O valor do spread inicial demonstra o quanto a tensão de saída do ION pode se desviar do valor nominal imediatamente após a alimentação ser aplicada e à temperatura ambiente (25°C). Como já mencionado, os IONs REF50xx estão disponíveis em duas versões com spread inicial de 0,05% (50 ppm) e 0,1% (100 ppm). Assim, a distribuição inicial mesmo de versões padrão atende aos requisitos de sistemas com resolução de pelo menos 12 bits e erro de conversão de 1 m.s.r. (para uma faixa de conversão de 2,5 V, essas condições são equivalentes a uma resolução de 610 μV, e para um ION de 2,5 V ±0,01%, a tensão de saída não se desvia mais do que 250 mV). Se você usar a capacidade de ajustar a tensão de saída, sem levar em conta outras limitações (desvio de temperatura, ruído), a resolução poderá ser expandida para 16 bits.
Desvio de temperatura (coeficiente de temperatura, TK)
Esta característica mostra o quanto a tensão de saída mudará com as mudanças de temperatura. ION REF50xx são caracterizados por um TC muito baixo, que é de 3 ppm/°C para versões de alta precisão e 8 ppm/°C para versões padrão. Um valor TK de 8 ppm/°C para uma tensão iônica de 2,5 V significa que, ao operar em uma faixa de temperatura com largura de 100°C (por exemplo, -25...75°C), a tensão de saída do o íon mudará em 2,0 mV. Segue-se disso que o TC dos IONs em consideração é suficiente para fornecer uma resolução de 10 bits em uma ampla faixa de temperatura com um erro de conversão de 1/2 m.s.r., e uma resolução mais alta só pode ser alcançada em uma faixa de temperatura mais estreita. Para um sistema de 16 bits com erro de conversão de 1/2 m.s.r. é permitida uma mudança relativa de tensão de apenas 7,6 ppm (0,00076%). Assim, o ION REF50xx será capaz de atingir tal precisão somente sob condições de temperatura completamente estáticas (desvio não superior a 1...2°C). Em um sistema de 14 bits, ceteris paribus, o REF50xx já será capaz de fornecer a precisão necessária com flutuações de temperatura de até 10°C, em um sistema de 12 bits - 40°C, em um sistema de 10 bits - 160ºC.
A tensão de saída de qualquer ION possui um componente de ruído. O ruído, especialmente o ruído de baixa frequência, pode dificultar a medição de tensão com alta resolução e/ou velocidade. Os valores típicos de tensão de ruído pico a pico na faixa de frequência de 0,1...10 Hz são fornecidos na Tabela 1 (também se aplicam às versões padrão). Esses valores são bastante adequados aos requisitos de sistemas com resolução de até 14 bits inclusive e erro de conversão de 1/2 m.s.r.
Instabilidade na entrada e carga
Essas características permitem estimar o quanto a tensão de saída mudará quando a tensão de entrada e a corrente de carga flutuarem. A instabilidade de entrada para todos os IONs REF50xx não é superior a 1 ppm/V e a instabilidade de carga é de 50 ppm/mA (em toda a faixa de temperatura operacional). A instabilidade de carga também pode ser interpretada como a resistência de saída do ION, ou seja, 50 ppm/mA significa que a resistência de saída do ION a uma tensão de 2,5 V é 2,5 × 50 = 125 mOhm.
Corrente máxima de saída
Embora os ionizadores REF50xx permitam que correntes afundantes e afundantes de até 10 mA fluam na saída, é aconselhável não usar o ionizador até o limite de suas capacidades. Ao trabalhar com correntes próximas do limite, não se pode descartar o autoaquecimento do cristal ION e o aparecimento de gradientes térmicos ao longo do microcircuito, que afetam negativamente a precisão e estabilidade do sistema. Também é importante observar que os IONs REF50xx são equipados com proteção de saída contra curto-circuitos com linhas de energia (a corrente de curto-circuito é limitada a 25 mA), o que os torna dispositivos mais confiáveis.
Faixa de tensão de alimentação
ION REF50xx são projetados para operar em uma faixa bastante ampla de tensões de alimentação: de 2,7 V para dispositivos de tensão mais baixa a 18 V. No entanto, essas características não devem ser interpretadas como a capacidade de operar a partir de uma tensão não estabilizada, porque para obter características de precisão, é melhor alimentar o ION a partir da saída de um estabilizador de tensão linear, que resolverá muitos problemas associados à filtragem de ruído, supressão de processos transitórios na entrada de energia, etc. da faixa de tensão de alimentação é determinada por outra característica - a queda de tensão mínima permitida. Seu valor depende da corrente de carga e da temperatura, e nas piores condições (10 mA, 125°C) é pouco superior a 700 mV. Se, com base nas recomendações acima, garantirmos a operação com uma corrente que é metade da máxima (ou seja, 5 mA), então a queda de tensão mínima estará na faixa de 0,3...0,4 V na faixa de temperatura 25. ..125°С, respectivamente.
Consumo atual
Os IONs REF50xx são caracterizados por um consumo de corrente bastante alto quando comparados com as tecnologias FGA e XFET concorrentes, como pode ser visto na Tabela 1. Esse alto consumo é característico de outra arquitetura de precisão: um íon de diodo zener com quebra oculta. Portanto, o uso do REF50xx é limitado a aplicações alimentadas por bateria onde é necessária a operação contínua do ionizador. Porém, em aplicações com operação intermitente da referência, existe outra limitação - o tempo de estabilização após a alimentação ser aplicada. O REF50xx é bastante longo: ao operar com um capacitor de carga de 1 µF, o tempo de estabilização típico é de 200 µs. Assim, estes ionizadores são mais adequados para operação como parte de equipamentos estacionários de precisão, para os quais custos de produção mais baixos são mais importantes do que características de consumo de energia.
Aplicações típicas e diagramas de circuitos
Como já mencionado, devido ao consumo de energia bastante elevado, mas também ao custo relativamente baixo, os IONs da família REF50xx são ideais para trabalhar como parte de equipamentos estacionários de alta precisão com resolução de conversão de até 16 bits, incluindo:
- sistemas de coleta de dados;
- equipamento de teste automatizado;
- dispositivos de automação industrial;
- equipamento médico;
- instrumentação de precisão.
O circuito básico de comutação, que não prevê o uso de funções de controle de temperatura e ajuste de tensão de saída, é mostrado na Figura 2a. Nesta configuração, o ION é complementado externamente com apenas dois componentes: um capacitor de bloqueio na entrada com capacidade de 1...10 μF e um capacitor de carga na saída com capacidade de 1...50 μF. O capacitor de carga deve ser do tipo “low ESR”, ou seja, têm baixa resistência em série equivalente. Caso seja necessário ajustar a tensão de saída, este circuito deve ser complementado com o circuito da Figura 2b. É importante entender que usar um resistor barato do tipo cermet como trimmer pode levar a uma deterioração no TC do ION, porque O TCR deste resistor excede 100 ppm. É mais preferível usar resistores trimmer de fio de precisão ou folha de metal com uma tolerância de resistência de 5% e um TCR inferior a 50 ppm.
Arroz. 2. Circuitos de conexão do REF50x: básico (a), com ajuste de tensão de saída (b) e como parte de um sistema de aquisição de dados de 16 bits: com entrada unipolar (c) e bipolar (d)
Na Figura 2c você pode ver um exemplo de construção do estágio de entrada de um sistema de aquisição de dados monocanal de 16 bits com faixa de entrada de 0...4 V. Aqui, o sinal de entrada é armazenado em buffer por um amplificador operacional de precisão OPA365, conectado em um circuito amplificador-repetidor não inversor. Em seguida, o sinal é filtrado por um circuito RC e vai para a entrada do ADC ADS8326 de 16 bits. A faixa de medição é definida pelo REF5040 ION em uma tensão de 4,0 V. Graças ao suporte do amplificador operacional de tensão de oscilação total na entrada e saída (tipo rail-to-rail) e à pequena queda de tensão mínima do ION , o circuito é capaz de operar com uma fonte de alimentação de 5 V.
Outro exemplo, mas para conversão de um sinal bipolar na faixa de ±10 V, é mostrado na Figura 2d. O circuito se diferencia pela utilização de um amplificador de instrumentação INA159 no estágio de entrada, que converte uma faixa bipolar de ±10 V em uma faixa unipolar de 0...4 V. Um ADC de 16 bits com entrada unipolar e conversor frequência de até 1 MHz ADS8330 é usada como ADC.
conclusões
Apesar de os IONs da família REF50xx serem fabricados de acordo com a arquitetura bandgap, eles têm uma precisão tão alta que podem ser equiparados a arquiteturas líderes como diodo zener com quebra latente, XFET e FGA.
A família inclui seis referências para diversas tensões de saída que variam de 2.048 a 5 V. Além disso, cada uma dessas referências está disponível em duas versões: padrão e de alta precisão. Todos os IONs suportam a capacidade de ajustar a tensão de saída e controlar a temperatura.
Desvantagens significativas dos IONs são o seu alto consumo de energia (1 mA) e o longo tempo de estabilização após a aplicação da energia (200 μs), o que limita a possibilidade de seu uso em sistemas de energia crítica. O fabricante indica a possibilidade de utilização do ION em sistemas com resolução de até 16 bits inclusive.
Literatura
1. REF5020, REF5025, REF5030, REF5040, REF5045, REF5050 - Baixo ruído, desvio muito baixo, referência de tensão de precisão // Folha de dados, Texas Instruments, lit. num. SBOS410, 2007.- 18h.
No artigo anterior falei sobre, e neste marcador falarei sobre o que há de mais básico em circuitos - a tensão de referência. Por que são necessárias fontes de tensão de referência, e para partes de baixa potência do circuito, para fornecê-las com uma corrente estável, para uma tensão aproximada a partir da qual ser desbloqueada ou com a qual ser comparada.
A opção de estabilização mais simples é usar um diodo zener. O resistor R1 limita a corrente. Condição (Uin-Uout)/Rs>Uout/R2. Este estabilizador também pode ser amplificado usando um transistor.
O ION (fonte de tensão de referência) no diodo zener é simples, mas para maior estabilização é bom usar um diodo zener ajustável TL431. Que, aliás, pode definir quase qualquer tensão na saída ION de 2,5V a 37V. O principal é que a tensão de entrada não ultrapasse 40V e a potência dissipada não ultrapasse 0,75W
O diodo zener é controlado através da perna de controle, que deve ter valor de referência de 2,5V. Esta referência é calculada pelos resistores R2 e R3. No TL431 você também pode fazer um diodo zener de 2,5V se conectá-lo conforme o diagrama
A corrente do TL431 é de até 100mA, mas pode ser amplificada usando um transistor, como no diagrama
Parâmetros e recursos do aplicativo
O objetivo deste artigo é ajudar o projetista de dispositivos que incorporam referências de tensão de precisão a alcançar a mais alta qualidade de produto possível no menor tempo possível. O conteúdo principal do artigo é como escolher entre uma ampla gama dessas fontes a mais adequada para a tarefa em questão e, já na fase inicial, levar em consideração, tanto quanto possível, os fatores de influência que muitas vezes surgem apenas no fase de testes finais. Os dados numéricos fornecidos no texto para dispositivos específicos de quatro fabricantes líderes de fontes de tensão de referência permitem navegar no nível alcançado.
CAMPO DE APLICAÇÃO DE FONTES DE TENSÃO DE REFERÊNCIA DE PRECISÃO.
Referências de tensão de precisão (VRS) são necessárias em muitas aplicações e suas aplicações estão em constante expansão. São instrumentos de medição, sistemas de comunicação e até carregadores de baterias de lítio, mas
Na maioria das vezes, a necessidade deles surge na construção de conversores analógico-digitais (ADCs), que representam na saída a relação entre a tensão de entrada e a tensão de referência em formato digital, e conversores digital-analógico (DACs), em cuja saída recebem a tensão da fonte de referência em escala determinada pelo código em sua entrada digital. Alguns desses dispositivos possuem uma fonte de referência integrada, alguns requerem uma fonte externa e muitas vezes o dispositivo pode funcionar tanto com uma fonte externa quanto com uma fonte interna. Hoje, DACs e ADCs de precisão de 12 bits tornaram-se bastante comuns. A fronteira de 20 categorias foi ultrapassada há mais de 10 anos. Na década de 80, a fábrica de Minsk Etalon produziu em massa o sistema de medição AKSAMIT desenvolvido por V.M. Malysheva com o tempo
Solução ADC de 22 bits. Hoje, várias empresas produzem ADCs integrados de 24 bits, cuja resolução real chega a 22 bits. Nos DACs integrados, o nível alcançado hoje é de 18 bits. A extensão em que a resolução será alcançada na precisão da medição ou reprodução da tensão depende em grande parte da fonte da tensão de referência. O custo do ION é normalmente uma pequena parte do sistema global, mas pode ter um impacto significativo no seu desempenho resultante, por isso não faz sentido economizá-lo. Além disso, o sistema geralmente inclui vários dispositivos com seus próprios IONs e, para reduzir o erro geral do sistema, é aconselhável usar um ION para todos os dispositivos. Em seguida, uma série de características importantes dos IONs e sua aplicação são consideradas principalmente em relação a dispositivos individuais deste tipo, embora muitas disposições se apliquem na mesma medida aos IONs incorporados.
A tendência de aumento da precisão na tecnologia de medição sempre existiu, então estamos falando de precisões muito elevadas, e é aconselhável avaliar o nível do que foi alcançado pelo que foi alcançado na metrologia mundial.
PRECISÃO ALCANÇADA DE REPRODUÇÃO DE TENSÃO
Desde 1972, em todo o mundo, os padrões nacionais de tensão foram construídos com base no efeito quântico Josephson descoberto em 1962. Sem levar em conta a constante fundamental de Josephson, a relação relativa reduzida
o erro é 5x10 -9, a constante é conhecida com uma precisão de 4x10 -7. No entanto, trata-se de uma instalação estacionária complexa, cujo elemento principal opera a uma temperatura de 4,2 K e como padrão para comparação de tensões na prática metrológica são utilizados elementos normais galvânicos conhecidos desde o século XIX, ou pelo nome de seu inventor - Weston com fem. 1,018 V com desvio padrão menor que 5x10 -8, instabilidade de grupo 6x10 -7 por ano. Infelizmente, estes dispositivos são muito sensíveis às condições externas, agitação e temperatura. A 20°C o coeficiente de temperatura é de -40,6 µV/°C. Depois que a temperatura muda, leva um tempo considerável, às vezes até um mês, para atingir tal precisão. Para comparação com fontes de tensão de referência de semicondutores, é mais conveniente expressar essas grandezas em unidades relativas normalmente usadas em dados de referência para tais dispositivos - ppm (promil). 1 ppm - milionésimo
proporção da quantidade medida. Assim, o desvio padrão da tensão de um elemento normal é de 0,05 ppm, a instabilidade anual é de 0,6 ppm, o coeficiente de temperatura é de cerca de -40 ppm.
ÍONS BASEADOS EM DISPOSITIVOS SEMICONDUTORES
Transição Zener
Na eletrônica de semicondutores, para obter uma tensão estável, o ramo reverso da característica corrente-tensão de uma junção pn com ruptura Zener é mais frequentemente usado. A quebra do Zener ocorre em tensões de aproximadamente 5 a 10 V. Para obter boas características metrológicas, é necessária uma corrente na junção de pelo menos vários décimos de mA. A tensão obtida desta forma tem um coeficiente de temperatura positivo, dependendo da quebra do Zener. tensão de uma determinada junção e a corrente que passa por ela. Para compensar isso, em diodos Zener de precisão, diodos polarizados diretamente com coeficiente de temperatura negativo são incluídos em série com o diodo Zener. No diodo zener de precisão doméstico D818 existem 3 dessas transições. Ao escolher a corrente que flui, é possível melhorar significativamente a estabilidade térmica. Muitas vezes em
Nas descrições técnicas aparece o termo “Zener enterrado”. Reflete uma técnica tecnológica quando, para aumentar a estabilidade, uma junção é formada sob a superfície de um cristal semicondutor e separada dele por uma camada protetora de difusão, que reduz a influência de tensões mecânicas, contaminação e distúrbios de rede, que são mais pronunciados em a superfície. Os melhores resultados utilizando o diodo Zener foram alcançados pela líder mundial na área de calibradores, Fluke Corp. O calibrador modelo 734A, que utiliza um chip especialmente desenvolvido pela empresa, que não é vendido separadamente, e estabilização térmica, possui estabilidade de 0,8 ppm/mês e 2 ppm/ano na mesma tensão de um elemento normal, uma dependência da temperatura de 0,1 ppm/°C, essa. comparável ao elemento normal.
As melhores referências de tensão integrada disponíveis comercialmente dos principais fabricantes de semicondutores têm características comparáveis. Por exemplo, ADR292 tem uma instabilidade temporal de 0,2 ppm/1000
horas, ou seja, em quase um mês e meio, e o coeficiente de temperatura é de 5...25 ppm/°C, REF102 até 2,5 ppm/°C com possibilidade de ajuste, a dependência da temperatura MAX671 é inferior a 1 ppm/°C sem temperatura ao controle. Muitos circuitos integrados de referência de tensão de precisão possuem sensores de temperatura de chip integrados, que podem melhorar significativamente a estabilidade de temperatura dos resultados de medição de duas maneiras: construir estabilizadores de temperatura de precisão ou corrigir programaticamente os resultados da medição. Alguns IONs possuem aquecedores embutidos (LT1019).
Deve-se notar que todos os íons semicondutores possuem histerese de temperatura, ou seja, ao retornar à temperatura original após aquecimento ou resfriamento, o valor da tensão de referência retorna ao valor anterior com algum erro. O valor mínimo é de cerca de 20 ppm (MAX6225). Infelizmente, na maioria das vezes o fabricante não indica esse valor. Para evitar esse erro, o calibrador ION Fluke 734A está sempre em temperatura constante e, para controle de temperatura durante o transporte, é fornecida uma bateria para 36 horas de operação contínua. Se for necessária uma tensão de referência mais alta do que a fornecida pela quebra Zener, os diodos Zener podem ser conectados em série, e uma seleção especial de diodos Zener em grupos permite que o coeficiente de temperatura total seja reduzido. Os melhores resultados mundiais neste caminho foram alcançados pela empresa russa Megavolt-Metrology na instalação DWINA-1000 fornecida pelo teste
para o novo centro IREQ no Canadá. Tensão máxima 1.000.000 V, erro básico 20 ppm e temperatura na faixa de 15°C a 35°C 2,5 ppm (observe que este não é um gradiente, mas a variação máxima nesta faixa
temperaturas). No entanto, com muito mais frequência, são necessárias tensões inferiores à tensão de ruptura Zener. Uma forma óbvia e comum é dividir com precisão a tensão obtida de um diodo Zener, como é feito no AD584, que possui saídas de 10 V, 5 V e 2,5 V simultaneamente.
Outra forma padrão de obter tensões de referência abaixo dos níveis de ruptura Zener é usar circuitos “bandgap”, conhecidos desde a década de 1970. Este termo, que não possui um equivalente russo geralmente aceito, pode ser traduzido como “potencial de barreira da junção p-n”. Um diagrama esquemático simplificado de tal dispositivo é mostrado na Fig.
Aqui o par de transistores é criado no resistor R1. A queda de tensão é proporcional à temperatura absoluta, o que compensa o coeficiente de temperatura negativo da tensão base-emissor do transistor VBE. A tensão de saída do circuito VZ é determinada através da constante de Boltzmann k, da carga do elétron q, da temperatura absoluta T e da razão das densidades de corrente dos emissores dos transistores:
V Z =V BE + 2ΔV BE R1/R2 onde ΔV BE = kT/q x lnJ1/J2
Com correntes de emissor iguais e a área do emissor do primeiro transistor é 8 vezes maior que a do segundo, o coeficiente de temperatura zero V Z é alcançado em seu valor de 1,205 V, que corresponde à tensão de barreira da junção p-n extrapolada para a temperatura de zero absoluto, ao qual o nome do dispositivo está associado. Incluir um divisor de tensão entre a saída do amplificador e as bases dos transistores permite obter grandes valores de V Z. A tensão dependente da temperatura em R1 é usada para medir a temperatura da matriz, como no AD780. Como o valor VBE é inversamente proporcional e o valor de compensação é diretamente proporcional à temperatura absoluta, a precisão da compensação depende da temperatura e, para o dispositivo como um todo, da faixa de temperatura operacional. Dependendo deste último, o erro de temperatura pode ser especificado pelo fabricante como muito pequeno, por exemplo 3 ppm/°C (REF01). Este tipo de dispositivo possui um consumo de energia significativamente menor, o que é especialmente importante para uso em produtos móveis. Por exemplo, a família LT1634 com tensões
1,25 V, 2,5 V, 4,096 V e 5 V consomem apenas 10 µA com precisão inicial de 0,2%, estabilidade térmica de 25 ppm/°C e diferença mínima de tensões de entrada e saída de 0,9 V. Os dispositivos estão disponíveis em dois opções de projetos de circuitos. Dois terminais ou paralelo (shunt) com características externas de corrente-tensão semelhantes a um diodo zener. Eles exigem um dispositivo externo de limitação de corrente, como um resistor. Três terminais
(em princípio, mas na verdade pode ter mais pinos) ou serial (série)
fornece correntes fluindo para dentro e para fora do ION sem componentes externos e a corrente através do circuito interno de tensão de referência, ao contrário da primeira opção, é independente da carga. Observe que os IONs baseados na decomposição Zener são produzidos apenas de acordo com a segunda opção. O equivalente ao primeiro são os diodos zener de precisão.
TECNOLOGIA XFET™
A Analog Devices patenteou um novo método para obter tensões de referência estáveis. Diferença de tensão de cerca de 0,5 V com uma constante dielétrica de temperatura negativa de silício definida com precisão
um coeficiente térmico de cerca de 120 ppm/°C é obtido nos drenos de dois transistores de efeito de campo com isolamento de porta por uma junção pn (Fig. 2)
tendo diferentes tensões de corte e operando nas mesmas correntes de dreno. Estruturalmente, FET1 e FET2 diferem apenas na configuração da porta. A compensação precisa de temperatura é obtida usando uma fonte de corrente proporcional à temperatura IPTAT. A tensão de saída do circuito é determinada pela expressão:
V OUT = ΔV P (R1 + R2 + R3)/R1 + IPTAT R3 As principais vantagens do XFET sobre dispositivos bandgap são estabilidade de tempo sem precedentes de 0,2 ppm por 1000 horas, aproximadamente 4 vezes menos ruído com estabilidade e eficiência da mesma ordem que é alcançado graças ao trabalho nas principais operadoras atuais. A invenção é implementada em dispositivos do tipo serial ADR290, ADR291, ADR292, ADR293 com tensões de 2,048 V, 2,5 V, 4,096 V e 5 V, respectivamente, operando com corrente de consumo de 12 μA e diferença entre as tensões de entrada e saída de não mais
0,6 V. Erro de inicialização da tensão de saída 2 mV, coeficiente de temperatura 8 ppm/°C, ruído 6 μV pico a pico de 0,1 Hz a 10 Hz e densidade espectral de ruído a 1 kHz é 420 nV/Hz -1/2.
OBTENDO PRECISÃO MÁXIMA DAC E ADC COM ÍONS INTERNOS
A principal razão para usar fontes externas de tensão de referência de precisão em DACs e ADCs é o desejo de alcançar a maior precisão possível. Se forem utilizados dispositivos com fonte de tensão de referência integrada, deve-se levar em consideração que os fabricantes costumam utilizar ajustes de fábrica dos coeficientes de transmissão dos conversores, compensando assim o desvio da tensão da fonte de referência interna do valor nominal, que está dentro da faixa não superior a 0,5...1%. A simples substituição de uma fonte interna por uma precisão externa pode não apenas não produzir um efeito positivo em valor absoluto, mas também levar a resultados negativos. É claro que neste caso a estabilidade do tempo e da temperatura será melhorada, mas para melhorar a precisão absoluta da conversão como um todo é necessária a correção do erro multiplicativo introduzido pelo ajuste de fábrica. Isto geralmente é conseguido ajustando a fonte de referência. Esse ajuste dentro de ±3% é fornecido em muitos instrumentos de precisão.
A Figura 3 mostra o circuito de ajuste do REF102 dentro de ±25 mV; se você curto-circuitar o resistor de 1 MΩ, os limites de ajuste se expandirão para ±300 mV;
INFLUÊNCIA DA TENSÃO DE ALIMENTAÇÃO, CARGA, CONDUTORES DE ALIMENTAÇÃO
Quando a tensão de alimentação muda, a tensão de saída do ION também muda ligeiramente, o que deve ser levado em consideração. Às vezes essa mudança é especificada em valores absolutos, às vezes em valores relativos. Este parâmetro mostra o quanto a tensão de entrada da referência deve ser estabilizada para obter a precisão necessária.
A mudança na tensão de saída do ION dependendo da corrente de carga também pode ser encontrada em livros de referência e também pode ser especificada em unidades absolutas e relativas. A ordem desses valores para ionizadores seriais de alta qualidade é de 20 ppm/mA (REF102) a 30 ppm/mA (ADR290). O uso de fontes externas de tensão de referência em conversores de precisão requer levar em consideração a queda de tensão nos condutores que alimentam a tensão de referência. O consumo de entrada de referência de ADCs e DACs é frequentemente da ordem de vários miliamperes e, no caso de ADCs flash, ainda mais. Por exemplo, o flash ADC TDC1035 da Raytheon requer uma tensão de referência de 2 V a 35 mA. Com resistência do condutor de 0,1 Ohm, a queda de tensão será de 3,5 mV, o que está próximo do erro absoluto garantido do ADC - 3,9 mV. Além de medidas passivas como reduzir a resistência dos condutores aumentando sua largura, algumas referências de tensão de precisão (por exemplo, MAX671, AD688) possuem medidas integradas para combater este fenômeno mudando para um sistema de conexão de quatro fios com a carga ( Circuito Kelvin). Neste caso, as entradas de medição do terra e a realimentação da fonte de referência são conectadas à carga por condutores separados. Um diagrama simplificado de um desses dispositivos, o MAX670, é mostrado na Fig.
Aqui, os pinos SENSE1 e GND SENSE1 são usados para corrigir a tensão de saída, e os pinos SENSE2 e GND SENSE2 são usados para compensar a influência da corrente de carga. Normalmente, a corrente de saída dos IONs de precisão é de 5...30 mA, o que em alguns casos, por exemplo, para o TDC1035 mencionado acima, não é suficiente e é necessário utilizar um buffer externo adicional. No caso de um circuito
Kelvin, para aumentar a capacidade de carga do ION com perda mínima de precisão, o buffer adicional deve ser coberto por um circuito de feedback comum com o ION, conforme mostrado na Fig.
Outra opção útil para aumentar a corrente de saída usando um transistor adicional é mostrada na Fig.
Quando a corrente de carga atinge um valor que cria uma queda de tensão de cerca de 0,6V no resistor R1, no qual o transistor começa a abrir, o ION opera essencialmente em um modo normal de ligação. Além disso, o aumento na corrente de saída do ION aumenta pela corrente de base do transistor, e a corrente de saída do dispositivo como um todo por um valor multiplicado pelo ganho de corrente do transistor, que pode variar de várias dezenas a vários mil. Tal circuito não é difícil de implementar com uma topologia próxima ao circuito Kelvin.
Às vezes, há necessidade de usar o ION de forma semelhante a um diodo zener como limitador de tensão, ou seja, com corrente de entrada. Não surgem dificuldades com dispositivos de dois terminais, que possuem características de corrente-tensão semelhantes a um diodo Zener, embora a maioria deles sejam dispositivos bandgap.
Normalmente, uma referência em série opera como uma fonte de tensão positiva (com corrente fluindo). Via de regra, todos esses dispositivos são dotados de um buffer interno que permite trabalhar tanto com corrente de saída quanto de entrada, porém, para esta última, o valor máximo permitido pode ser bem menor. Por exemplo, para AD584 é 10 mA e 5 mA, e para REF02 é até 10 mA e 0,3 mA. É necessário verificar a partir dos dados do fabricante se o modo selecionado é aceitável para o dispositivo no modo de corrente afundante. Se este último for insuficiente, a característica atual do dispositivo pode ser alterada conectando uma fonte adicional de corrente de entrada em sua saída, ou pelo menos um resistor entre sua saída e o terminal comum (terra) ou uma fonte de tensão negativa.
OBTENÇÃO DE TENSÕES DE REFERÊNCIA NEGATIVAS
Na maioria das vezes, as referências de tensão de precisão são feitas para tensões positivas, embora haja exceções, por exemplo, o MX2701. Para obter tensões negativas de fontes positivas, o uso de inversores é indesejável, pois aumentará o erro do inversor. É possível ligar uma fonte de dois terminais semelhante a um diodo zener, ou seja, é necessário aplicar corrente negativa ao seu terminal negativo, pelo menos através de um resistor conectado a uma fonte de tensão negativa. Caso seja necessário utilizar um circuito de três terminais para tensões positivas, sua saída deve ser aterrada, e uma corrente negativa suficiente para alimentar a carga e as próprias necessidades do dispositivo deve ser fornecida ao terminal comum do dispositivo (geralmente marcado como GND ) usando uma fonte de corrente ou pelo menos um resistor. Certifique-se de que a tensão entre os pinos de entrada e GND não exceda o valor permitido para o dispositivo. Alguns IONs também oferecem outras opções para obter tensão negativa.
A Figura 7 mostra o circuito de conexão do AD688 para obtenção de tensão bipolar utilizando os buffers adicionais incluídos em sua composição. Deve-se lembrar que nos casos em que é necessária a maior precisão possível, qualquer utilização de elementos adicionais, mesmo aqueles localizados no mesmo substrato, é indesejável.
REDUÇÃO DE RUÍDO E ESTABILIDADE
Para reduzir o ruído, especialmente o ruído de alta frequência, algumas fontes de referência possuem terminais especiais para conectar capacitores de filtro. Na Figura 8.
Um diagrama simplificado do REF102 é apresentado. Como a principal fonte de ruído é o diodo Zener, conectar um capacitor externo de 1 µF entre os pinos de redução de ruído e comum reduz o ruído de 800 µV para
200 µV pico a pico (5 µV pico a pico na faixa de 0,1 Hz a 10 kHz). Um certo efeito pode ser alcançado conectando um capacitor em paralelo com a carga. Observe que isso pode causar a geração de um buffer e verifique com os dados do fabricante quais cargas capacitivas máximas são permitidas. Por exemplo, REF102 permite apenas 1 nF, embora para outros produtos da mesma empresa 1 µF seja permitido e até recomendado.
HORA DE ESTABELECER O MODO DE OPERAÇÃO
O tempo normal para estabelecer a tensão de saída das fontes de tensão de referência após a alimentação ser aplicada é de cerca de 1 ... 10 ms. Dispositivos de alta precisão também requerem algum tempo, que pode chegar a segundos, por;
estabelecer um regime térmico que garanta a precisão dada nos dados de referência. Se quiser reduzir o tempo necessário para estabelecer o modo de operação, você deve selecionar um tipo de dispositivo projetado para início rápido e
minimize as cargas capacitivas e os tanques de filtro. Por exemplo, REF01 e REF02 têm características de partida muito boas - o tempo de estabilização para ±0,1% não é superior a 5 μs. O tempo para estabelecer o modo térmico do REF102 não é superior a 15 μs (!).
CONSTRUÇÃO DE FONTES DE CORRENTE DE PRECISÃO
A necessidade de fontes de corrente de precisão é muito menos comum do que de fontes de tensão de precisão. Diante disso, na gama de muitos fabricantes, as fontes de corrente estão ausentes (Analog Devices, Maxim) ou são apresentadas com muita parcimônia - Burr-Brown - um tipo com características medíocres
(REF200). As fontes de corrente de precisão são geralmente construídas com base em ION. Uma solução padrão para alimentar uma carga aterrada R L com corrente positiva é mostrada na Fig.
O amplificador operacional A é coberto por realimentação negativa de corrente através de um transistor de efeito de campo FET e resistor R1, que determina a magnitude da corrente de estabilização I REF fornecida à carga R L . O uso de um transistor de efeito de campo é necessário para minimizar a corrente do ramal no circuito de controle do elemento de ajuste de corrente (aqui FET). Outra boa oportunidade é representada por íons de baixa corrente construídos com base nos princípios bandgap e XFET. Tal diagrama é mostrado na Fig.
A magnitude da corrente de estabilização I OUT fornecida à carga aqui é igual à soma das correntes através do resistor R conectado à saída do ION e a corrente de autoconsumo do ION. Como pode ser de 10...20 μA, e sua variação da tensão aplicada entre os terminais IN e G ION é da ordem de 30 ppm/V, uma fonte de corrente de precisão pode ser construída neste princípio já com um valor de corrente de cerca de 1...2 mA.
CASO E INSTALAÇÃO
Para obter a máxima precisão e estabilidade dos resultados, o estresse mecânico e a uniformidade da distribuição de temperatura no cristal também devem ser levados em consideração.
Tensões mecânicas são criadas durante a montagem de um cristal em uma embalagem devido aos diferentes coeficientes de expansão de temperatura do cristal e da caixa e como resultado da transferência de deformações da placa de circuito impresso para o cristal. Para reduzir esses efeitos, são utilizadas técnicas tecnológicas especiais, como a introdução de camadas de silício ou polímero com propriedades especiais no design do dispositivo. Para eliminar tensões residuais, também é recomendado que após receber o microcircuito ION do fornecedor, mantenha-o à temperatura de 100°C por uma semana. As tensões mecânicas decorrentes da deformação da placa de circuito impresso também podem desempenhar um papel significativo. Assim, é descrito um caso em que a tensão de saída mudou devido à deformação da placa de circuito impresso em 56 ppm. Portanto, ao projetar, é importante garantir uma conexão mecânica flexível entre a área onde o ION está montado e o restante da placa de circuito impresso, no mínimo, não enterre os pinos do IC em toda a profundidade;
É melhor usar fixadores flexíveis especiais. Os melhores resultados são obtidos com caixas metálicas, que não criam tensões mecânicas na montagem do cristal. Condutores internos finos para os fios e os próprios fios praticamente eliminam o acoplamento mecânico à placa de circuito impresso, e o invólucro de metal aumenta a inércia térmica e a uniformidade da distribuição de temperatura no chip. Bons resultados também foram obtidos com pacotes de montagem em superfície SO e SOT-23.
LITERATURA:
- Schweber B. Os investimentos em referências de tensão rendem grandes dividendos ao sistema. Notícias de Design Eletrônico, 1998, abril, p.23.
- Padrão primário estadual e esquema de verificação estadual para meios de medição de força e tensão eletromotriz.
- Fluke Corporation, Catálogo 1997/98.
- A. Boyarin, G.A. Vladimirov, T.V. Mishuk, V.N. Yaroslavsky, Nova geração de padrões de alta tensão, Metrologia Legislativa e Aplicada, 1995, No.
- Widlar RJ, Novos desenvolvimentos em reguladores de tensão IC. Conferência Internacional de Estado Sólido IEEE, 1970, Sessão FAM 13.3.
- Dispositivos Analógicos, Manual de Referência do Designer, Inverno 97/98 (CD).
- Burr-Brown Corporation, Catálogo de CD-ROM de 1998.
- Máxima, Programa 1/98 (CD).
- Raytheon, Divisão de Semicondutores Eletrônicos, Data Book (CD) de 1997.
- Kester W. Seminário de design linear, Analog Devices Inc., 1995, Capítulo 8.
Tabela 1. Fabricantes de referências de tensão de precisão
