电路基准源的产生方法

作者：Songzhige

　　几乎在所有先进的电子产品中都可以找到电压基准源，单片机电路中、嵌入式系统中的模拟放大和A/D转换等电路需要高精度、高稳定性的供电电源和参考电压源。基准电源是一种可以产生高精度、高稳定性电压的器件或电路，它产生的电压给特定部件作为参考电压使用。基准电源使用广泛，其精度和可靠性直接决定着系统的精度和可靠性。

　　常用的基准稳压电源，按基本组成可分为分立元件电路和集成电路两大类。在这里将大家梳理一下

　　1 稳压管产生的基准电压源电路

　　通常我们选用稳压二极管作为基准电压源，这是最简单、也是最传统的方法，按照所需电压值选一个对应型号的稳压管当然可以，但选得是否合适、是否最佳，却大有讲究。稳压管基准电压源电路如图所示。VDz是稳压管，R是限流电阻，Vi是输入直流电压。Vo为输出电压，等于稳压管两端的电压Vz，即为基准电压。



　　稳压管的电流调节作用是这种稳压电路能够稳压的关键，即利用稳压管端电压Vz的微小变化，引起电流Iz较大的变化，通过电阻R起着电压调节作用，保证输出电压基本恒定。由于稳压管和负载电阻是并联的，故这种电路也叫并联式稳压电路。

　　环境温度变化时稳压管的击穿特性还会产生漂移。6V以下的稳压管具有负温度系数、温度升高时稳压值减小。击穿电压越低则负温度系数越大，例如3V稳压管的温度系数约为-1.5mV/℃;6V以上为正温度系数、温度升高时稳压值增大，击穿电压越高的温度系数越大，例如30V稳压管的温度系数约为33mV/℃;

　　常用的基准二极管如LM385-1.2、LM385-2.5、LM336-2.5、LM336-5具有更小的动态电阻(如LM385 仅1Ω、LM336-5仅0.6Ω、LM336-2.5仅0.2Ω)，在很小的工作电流下即有很硬的特性、在10 uA电流下即可正常工作

　　恒温电压基准LM199/299/399系列，其稳定电压典型值为6.95V、动态电阻典型值0.5Ω、LM199/299温度系数<1ppm/℃。



　　2.集成块产生的基准电压源电路

　　常用的精密集成稳压电路有TL431、MAX6035、ICL8069、AD584等芯片。

　　⑴.TL431精密集成稳压块

　　TL431系列芯片是有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源。它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从Vref(2.5 V)到36V范围内的任何值。TL431的内部结构框图如图所示。Vi是一个内部的2.5V基准源, 接在运放的反相输入端。由运放的特性可知, 只有当REF端(同相端)的电压非常接近Vi(2.5V)时, 三极管中才会有一个稳定的非饱和电流通过, 而且随着REF端电压的微小变化, 通过三极管的电流将从1~100mA变化。



　　图示为TL431器件的符号, 3个引脚分别为：

　　♦ 阴极C(CATHODE)
　　♦ 阳极A(ANODE)
　　♦ 参考端R(REF)



由TL431构成的5V稳压器的典型应用电路如图所示。R0取1.5kW, R1、R2分别取10kW, 输入电压Vi为12~24V时, 输出电压均为5V, 因此, 此种稳压器的精度很高。但是当在C、A端并接负载电阻时, 电阻值应大于2kW, 否则不能正常输出。



　　下图为TL431应用电路, 用TL431制成的高精度稳压直流电源的纹波很小, 精度较高, 可以给高精密仪器供电。



　　⑵MAX6035精密集成稳压块

　　MAX6035是宽电压输入范围和精密的、微功耗的电压基准。这款3端器件具有2.5 V、3.0 V和5.0 V输出电压选项，是REF02和REF43等工业标准器件的升级产品。MAX6035采用3引脚SOT23和8脚SOIC封装，典型应用和引脚配置如图所示。



　　工作于-40~125℃温度范围。其特性是: 宽电源电压范围(6.9~33V); 在使用温度范围内温度系数最大为25´10-6/℃; ±0.2%(最大值)初始精度; 95mA(最大值)静态电源电流; 10mA输出电流, 2mA灌入电流; 无须输出电容; 在高达5mF的容性负载下仍稳定工作。

　　12.5.2 集成块基准电压源电路

　　⑶ICL8069精密集成稳压块

　　ICL8069系列产品的主要性能参数: 基准电压典型值为1.23V; 最小值为1.20V; 最大值为1.25V; 最大工作电流为5mA; 稳定性好, 当工作电流在50mA~5mA范围变化时, VREF的变化量小于20mV。ICL8069典型应用电路如下图所示。



　　⑷AD584精密集成稳压块

　　AD584是美国ADI公司率先推出的可编程基准电压源, 具有优良的温度系数, 在0~70℃的温度范围内温度系数最大为5´10-6/℃。静态电流消耗为1mA, 具有10mA的带负载能力。输入电压范围为4.5~30V, 工作温度范围为-55~125℃。它不仅可获得4种固定的基准电压值, 还可以在2.5~10V范围内设定所需的基准电压值, 同时还能提供两线制的负参考电压输出, 使用非常灵活。其典型的封装形式如图所示。

　　AD584采用引脚编程来决定输出电压。当在8脚和4脚提供电源后, 如果其他引脚悬空没有连接的情况下, 输出10V的参考电压; 当连接引脚2和3时, 输出7.5V; 连接引脚2和引脚1时, 输出5.0V; 连接引脚3和引脚1时, 输出2.5V。



　　AD584的基本应用电路和负参考电源输出电路如图所示。



　　下面是AD584为 5V带隙基准电压源一个典型应用，在这个应用中，AD596/597(IC1)作为闭环热电偶信号调理器使用。如图10，IC2为CMOS单片3 1/2位A/D转换器ICL7136，亦可用ICL7106来代替，但功耗会增大些。IC3为 5V带隙基准电压源AD584， 5V基准电压经过R4、R5分压后给ICL7136提供1.000V的基准电压，由ICL7136和LCD显示器构成满量程为2V的数字面板表(DPM)。IC4选用OP07型运算放大器。RP为设定点调节电位器，用以设置所要控制的温度T1。IC5为带双向晶闸管(TRIAC)的光耦合器。



　　电压基准源简单、稳定的基准电压，作为电路设计的一个关键因素，电压基准源的选择需要考虑多方面的问题并作出折衷，本文旨在帮大家了解在电子产品电路设计中基准电源的产生方法几个思路。