Меню

Схема прецизионного источника опорного напряжения



Надежная опора: источники опорного напряжения

Устройствам аналогового вывода также требуется опорный потенциал. От точности и, особенно, температурной и временной стабильности ИОНа зависит точность всего прибора. В ряде случаев требуются малые габариты и низкое энергопотребление.

В таблице 1 приведены основные параметры и особенности микросхем. В основе обычно (но не всегда) лежит так называемая bandgap-схемотехника, а выходное напряжение укладывается в ряд стандартных значений (В):

1,250 2,500 4,500
1,600 3,000 5,000
1,800 3,300 10,000
2,048 4,096

Таблица 1. Основные параметры и особенности микросхем

Микро-
схема
Выходное напряжение, В Макс. напр. питания, В Макс. темп. дрейф, ppm/°C Макс. начальная ошибка, %, 25 °C Макс. ток потреб-
ления, мкА
Особенности
MAX6037 Adj; 1,25; 2,048; 2,5; 3;3,3; 4,096 5,5 25 0,2 275 Корпус SOT23, режим Shutdown, регулируемый выход
MAX6125, MAX6141,
MAX6145, MAX6150,
MAX6160
Adj; 2,5; 4,096; 4,5; 5 12,6 50, 100 1 110 Низкая цена, корпус SOT23, регулируемый выход
MAX6001-MAX6005 1,25; 2,5; 3; 4,096; 5 12,6 100 1 45 Низкая цена, низкое энергопотребление, корпус 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 Прецизионный, низкое энергопотребление, корпус SOT23
MAX6018 1,263; 1,6; 1,8; 2,048 5,5 50 0,2 5 Сверхнизкое энергопотребление, корпус SOT23, работа от 1,8 В
MAX6023 1,25; 2,048; 2,5; 3; 4,096; 4,5; 5 12,6 30 0,2 35 Низкое энергопотребление, сверхминиатюрный корпус UCSP
MAX6061-MAX6068 1,248; 1,8; 2,048; 2,5; 3; 4,096; 4,5; 5 12,6 20 0,2 125 Корпус SOT23, вых. ток до 5 мА
MAX6100-MAX6107 1,25; 1,8; 2,048; 2,5; 3; 4,096; 4,5; 5 12,6 75 0,4 125 Низкая цена, корпус SOT23, вых. ток до 5 мА
MAX6161-MAX6168 1,25; 1,8; 2,048; 2,5; 3; 4,096; 4,5; 5 12,6 5 2 мВ 150 Прецизионный, вых. ток до 5 мА
MAX6190-MAX6195, MAX6198 1,25; 2,048; 2,5; 3; 4,096; 4,5; 5 12,6 5 2 мВ 35 Прецизионный, низкое энергопотребление, альтернатива REF191/2/3/4/5/8
MAX6034 2,048; 2,5; 3; 3,3; 4,096 5,5 30 0,2 125 Низкое энергопотребление, сверхминиатюрный корпус SC70
MAX6126 2,048; 2,5; 3; 4,096; 5 12,6 3 0,02 550 Сверхпрецизионный, сверхмалошумящий, корпус mMAX
MAX6129 2,048; 2,5; 3; 3,3; 4,096; 5 12,6 40 0,4 5,25 Сверхнизкое энергопотребление, корпус SOT23
MAX6033 2,5; 3; 4,096; 5 12,6 7 0,04 75 Сверхпрецизионный, корпус SOT23
MAX6035 2,5; 3; 5 33 25 0,2 95 Высокое напряжение питания, корпус SOT23
MAX6043 2,5; 3,3; 4,096; 5; 10 40 15 0,05 490 Прецизионный, малошумящий, высокое напряжение питания, корпус SOT23
MAX6133 2,5; 3; 4,096; 5 12,6 3 0,04 65 Сверхпрецизионный, низкое энергопотребление, корпус mMAX
MAX6143 2,5; 3,3; 4,096; 5; 10 40 3 0,05 550 Сверхпрецизионный, малошумящий, высокое напряжение питания, датчик температуры, режим Shutdown
MAX6173-MAX6177 2,5; 3,3; 4,096; 5; 10 40 3 0,05 550 Сверхпрецизионный, малошумящий, высокое напряжение питания, датчик температуры
MAX6220 2,5; 4,096; 5 40 20 0,1 3,3 мА Прецизионный, сверхмалошумящий, высокое напряжение питания
MAX6225, MAX6241, MAX6250 2,5; 4,096; 5 36 2 0,02 3,0 мА Сверхпрецизионный, сверхмалошумящий, высокое напряжение питания
MAX6325, MAX6341, MAX6350 2,5; 4,096; 5 36 1 1 мВ 3,0 мА Сверхпрецизионный, сверхмалошумящий, высокое напряжение питания

MAX6037_ADJ и MAX6160 имеют регулируемый выход. Выходное напряжение может быть установлено в пределах от 1,184 В до 5,0 В и от 1,23 В до 12,4 В соответственно с помощью внешнего делителя.

Максимальное входное напряжение, как правило, составляет 5,5 В либо 12,6 В. Ряд микросхем работоспособен при входном напряжении до 40 В.

НАЧАЛЬНАЯ ТОЧНОСТЬ, ТЕМПЕРАТУРНЫЙ ДРЕЙФ И УРОВЕНЬ ШУМА

Эти параметры являются основными и чаще всего взаимосвязаны. Наилучшую начальную точность (макс. ошибка 0,02%) и наименьший уровень шумов (типовое значение амплитуды от пика до пика 1,3 мкВ для выходного напряжения 2,048 В и диапазона частот от 0,1 Гц до 10 Гц) имеет микросхема MAX6126. При этом температурный дрейф не превышает 3 ppm/°C. Вариант исполнения в корпусе mMAX является самым миниатюрным ИОНом в мире с такими высокими точностными параметрами.

Настоящим чемпионом по температурной стабильности является серия микросхем MAX6325/MAX6341/MAX6350 с максимальным температурным дрейфом 1 ppm/°C. Эти изделия также обладают очень низким уровнем шумов (типовое значение амплитуды от пика до пика 1,5 мкВ для MAX6325 и диапазона частот от 0,1 Гц до 10 Гц) и высокой начальной точностью (макс. ошибка ±1 мВ).

РАЗМЕР КОРПУСА, ПОТРЕБЛЯЕМАЯ МОЩНОСТЬ

Зачастую перед инженерами-схемотехниками встает задача разработать устройство с очень низким энергопотреблением. Как правило, это приборы с батарейным питанием. Размер корпуса в таких устройствах тоже может иметь существенное значение. Большое количество микросхем источников опорного напряжения фирмы MAXIM поставляется в малогабаритных корпусах SOT23, SC70, mMAX. MAX6023 поставляется в корпусе UCSP размером 1 х 1,5 мм.

Стоит обратить внимание на ИОН MAX6129. При максимальном потреблении 5,25 мкА (для выходного напряжения 2,048 В) выходной ток данной микросхемы может достигать 4 мА, а температурный дрейф не превышает 40 ppm/°C. Максимальная начальная ошибка составляет 0,4%. Микросхема поставляется в миниатюрном корпусе SOT-23 и может работать без входного и выходного конденсаторов с емкостью нагрузки до 10 мкФ.

Читайте также:  Звуковой указатель для проверки напряжения

Исключение внешних конденсаторов позволяет дополнительно сэкономить место на печатной плате. Следует отметить, что большин­ство источников опорного напряжения компании Maxim могут работать без внешних конденсаторов.

ВКЛЮЧЕНИЕ И ПРИМЕР ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

В большинстве случаев источник опорного напряжения — это трехвыводная микросхема с двумя выводами питания и выводом для подключения нагрузки.

На рисунке 1 приведена типовая схема включения прецизионного малошумящего источника опорного напряжения MAX6126. Помимо основных трех выводов, микросхема имеет выход NR для подключения внешнего дополнительного конденсатора. Таким образом, можно дополнительно снизить шумовую составляющую в выходном напряжении. Кроме этого, имеется возможность подключить нагрузку с использованием четырехпроводной схемы (для этого служат дополнительные выводы GNDS и OUTS) для ликвидации возможных паразитных падений напряжения на участке между источником и нагрузкой.

Рис. 1. Схема типового включения микросхемы MAX6126

Рис. 2. Пример использования источника опорного напряжения MAX6033

В качестве примера использования источника опорного напряжения приведена схема на рисунке 2. Это устройство для оцифровки аналогового входного сигнала (токовой петли (0…20) мА или (4…20) мА). В качестве ИОНа использована уникальная микросхема MAX6033, которая сочетает в себе, с одной стороны, высокую точность, стабильность и низкий уровень шумов, а с другой — низкое потребление и малые габариты.

Представленная на рисунке схема имеет следующие основные параметры:

  • Максимальная ошибка — менее 0,2%
  • Температурный дрейф — менее 8 ppm/°C (тип.)
  • Максимальный ток потребления — 335 мкА (при скорости 100 тыс. выборок в секунду)
  • Напряжение питания — от +2,7 В до +12,6 В
  • Малые габариты — SOT23 (MAX6033), TDFN (MAX1393), 5,8 х 2,2 мм (R1)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Дополнительную информацию и более подробные технические характеристики, а также информацию о так называемых двухвыводных (shunt) устройствах можно найти на сайте www.maxim-ic.com/References.

По вопросам получения технической информации, заказа образцов и поставки обращайтесь в компанию КОМПЭЛ. Е-mail: analog.vesti@compel.ru.

Новые программируемые многоканальные 16-/14-битные АЦП

Компания Maxim Integrated Products представила семейство 16-/14-битных АЦП MAX1300-MAX1303 и MAX1032-MAX1035. Эти новые устройства впервые в отрасли имеют входной диапазон ±12 В. Интегрированное программное обеспечение позволяет пользователю дистанционно конфигурировать каждый вход микросхемы под определенный диапазон напряжений. Каждый входной канал может быть запрограммирован для использования семи различных входных диапазонов в случае несимметричных входов и трех различных входных диапазонов в случае дифференциальных входов. Представлены следующие программируемые диапазоны аналоговых входных напряжений: ±24 В, ±12 В, ±6 В, ±3 В, от 0 до +12 В, от -12 В до 0, от 0 до +6 В и от -6 В до 0.

Это семейство АЦП предлагает до восьми несимметричных или четырех дифференциальных входов, каждый из которых выдерживает повышение входного напряжения до ±16,5 В. По сравнению с традиционными изделиями, эта возможность дает клиенту больше гибкости при выборе АЦП для проектирования и позволяет использовать одну разработку с различными платформами.

Новые АЦП позволяют получать точные значения измерений датчиков температуры и давления, мостов сопротивления, ПЛК, контуров в диапазоне от 4 до 20 мА при нормальных условиях эксплуатации, а также в условиях повышения напряжения. При этом устройства используют диапазон аналогового входного напряжения ±12 В.

Другие характеристики АЦП соответствуют и даже превосходят ожидания разработчиков.

Высокий КПД по переменному току (коэффициент гармонических искажений -79 дБ) и точность по постоянному току (±2 наим. зн. бита интегральной линейности) делают устройства идеальными для систем управления в промышленности, приборостроения и систем сбора данных.

Источник

Прецизионный источник опорного напряжения (ИОН) AD584LH: проверяем точность мультиметров в домашних условиях

Всех приветствую, кто заглянул на огонек. Речь в обзоре пойдет, как вы наверно уже догадались, о недорогом прецизионном источнике опорного напряжения (ИОН) на базе микросхемы AD584LH, позволяющим в домашних условиях проверить различные измерительные приборы на соответствие заявленной точности. Прибор достаточно популярный, поэтому если заинтересовались, милости прошу под кат.

Приобрести ИОН можно здесь

Характеристики:

  • — Тип – ИОН
  • — Напряжение питания – 4,5-30V
  • — Выходное напряжение – 2,5V, 5V, 7,5V или 10V
  • — Используемая микросхема – AD584LH
  • — Размеры платы – 56мм*47мм

Внешний вид:

Источник опорного напряжения AD584LH (в дальнейшем ИОН) поставляется в обычном антистатическом пакете:

У некоторых продавцов в комплекте еще идет поверочная бирка с контрольными значениями, но в моем случае ее не было.

Основное назначение прибора — формирования прецизионного малошумящего напряжения известной величины с минимальными температурными и временными дрейфами. ИОН могут применяться как источники эталонного напряжения для АЦП, ЦАП, для источников питания и т.д. Данный прибор позволяет выставить на выходе четыре значения выходного напряжения: 2,5V, 5V, 7,5V и 10V. Конечно, диапазон небольшой, но общее представление о точности измерительного прибора дать может.

Выглядит он следующим образом:

Представляет собой плату, на которой распаяны следующие основные элементы:

  • — микросхема AD584LH
  • — два вида разъемов питания
  • — выключатель питания
  • — четыре контактные клеммы
  • — два типа выходных клемм
  • — индикатор

Монтаж платы односторонний:

Присутствуют небольшие следы несмытого флюса, но на работоспособность это никак не влияет.

Читайте также:  Укажите вид концевой заделки не применяемой для кабелей напряжением до 10 кв

Рабочее напряжение ИОН составляет от 4,5V до 30V, наиболее точные результаты получаются при напряжении 12-15V. Напряжение питания ИОН должно быть выше выходного как минимум, на 1 вольт. На плате присутствует два вида разъема питания:

Внутренний хорошо подходит для работы с 12V батарейками типа 23А:

Сама по себе батарейка там не поджимается, а вот со специальным держателем (холдером) встает как родная:

Такие держатели достаточно распространены и стоят меньше доллара за десять штук, поэтому рекомендую приобрести:

К тому с помощью таких источников питания (батареек) можно запитывать различные маломощные приборы, которым требуется для работы более 10V.

Второй разъем предназначен для подключения внешнего питания, преимущественно от сетевого источника. Представляет собой разъем DC 5мм:

У каждого разъема присутствует по одному диоду Шоттки для защиты от переполюсовки питания, поэтому по-дурости сжечь плату не получится.

Что касается самой микросхемы, то есть несколько серий и AD584L самая точная (см. спецификации). Серии «J» и «S» имеют погрешность 30mV при 10V, «K» и «T» 10mV при 10V, а «L» всего 5mV, поэтому выбирайте именно ее.

Габариты:

Размеры платки составляют всего 56мм*47мм:

По традиции сравнение с тысячной банкнотой и коробком спичек:

Тестирование:

В качестве сравнения будем использовать мультиметр UNI-T UT61E как самый точный из всей серии. Первым делом посмотрим точность при 10V:

Очень неплохо, учитывая тот факт, что сама микросхема имеет небольшую погрешность. При 10V допускается погрешность 0,005V.

Опорное напряжение 7,5V:

Погрешность самой микросхемы на этом напряжении составляет 4mV.

Опорное напряжение 5V:

Опорное напряжение 2,5V:

Конечно, немного огорчает отсутствие бирки с измеренными контрольными значениями, но ходят слухи, что китайцы ее «рисуют» от балды. В любом случае точности для домашних измерений хватает с большим запасом.

При использовании источника питания с напряжением меньшим, чем установлено на выходе, погрешность огромная. Напряжение батарейки 23А составляет 9,5V, выставлено 10V, а в действительности на выходе ИОН около 8,41V:

При установке на выходе 7,5V, показания в норме:

При 2,5V также все в норме:

На мой взгляд, разница по напряжению должна быть не менее одного вольта, чтобы получить хорошую точность на выходе ИОН.

Выоды:

отличная и главное недорогая плата для проверки точности измерительных приборов в домашних условиях. Огорчает лишь небольшой диапазон выходного напряжения, хотелось бы больше. По ссылке самая точная из серии, рекомендую именно ее.

Источник

Источники опорного напряжения от компании Analog Devices

Компания Analog Devices производит около 600 модификаций источников опорного напряжения (ИОН), и рассмотреть их все, конечно же, невозможно. Поэтому в первую очередь рассмотрим недорогие ИОН ADR 01, ADR02, ADR03, и ADR06 с номинальными выходными напряжениями 10,0 В, 5,0 В, 2,5 В и 3,0 В соответственно, а завершим наш краткий обзор сведениями об AD780. Как и все другие ИОН, источники ADR 01, ADR02, ADR03 и ADR06 формируют опорные напряжения с помощью запрещенной энергетической зоны внутренних базовых p-n-переходов (band gap) транзисторов с разной площадью эмиттеров. ИОН серии ADR изготавливаются в компактных 8-выводных корпусах SOIC , а также в 5-выводных корпусах SC70 и TSOT. Малые габариты ИОН и широкий диапазон рабочих температур (–40…+125 °С) позволят им найти применение во многих приложениях, в том числе там, где на первый план выходит компактность печатной платы.

Начальная погрешность и температурный коэффициент зависят от исполнения ИОН, которое бывает трех типов: A, B и С. В зависимости от типа и исполнения микросхемы начальная погрешность варьируется в пределах 0,05–0,2%, а типовое значение температурного коэффициента находится в диапазоне 1–10 ppm/°С. Однако кроме типового значения существуют и максимальные значения, величина которых зависит уже от типа корпуса микросхемы. Например, в исполнении А типовое значение температурного коэффициента составляет 3 ppm/°С, но максимально возможная величина может достигать 10 ppm/°С для ИОН в корпусе SOIC и 25 ppm/°С для ИОН в корпусах SC70 и TSOT.

Это обстоятельство надо обязательно учитывать особенно в тех случаях, когда ИОН используется во всем рабочем диапазоне температур –40…+125 °С. Иначе вас может ожидать весьма неприятный сюрприз, и вместо температурной погрешности 3 ppm/°С × 165 °С = 495 ppm вы получите погрешность 25 ppm/°С × 165 °С = 4125 ppm. Напомним формулу для вычисления температурного коэффициента TCV:

где V(T2), V(T1) и V(+25 °С) — выходное напряжение при температуре Т2, Т1 и +25 °С соответственно.

В таблице указаны некоторые типовые параметры рассматриваемых ИОН. Заметьте, что нестабильность выходного напряжения зависит от температуры. Графики зависимостей можно найти в документации производителя.

Наименование микросхемы Диапазон входных напряжений, В Нестабильность выходного напряжения, ppm/В Нестабильность выходного напряжения по нагрузке ppm/мА Спектральная плотность шума, нВ√Гц Размах шума (от пика до пика), мкВ Ослабление пульсаций на частоте 10 кГц, дБ
ADR 01 12–36 7 40 510 20 –75
ADR02 7–36 7 40 230 10 –75
ADR03 4,5–36 7 25 230 6 –75
ADR06 5–36 7 40 510 10 –75

Особенно нужно отметить довольно высокий уровень ослабления пульсаций напряжения и широкий диапазон входных напряжений, причем максимальная величина напряжений может достигать 36 В. Последнее обстоятельство упрощает схему и снижает стоимость решений. Например, если требуется получить опорное напряжение 2,5 или 3,0 В, а на плате напряжение питания только 15 В, вам не придется создавать еще одну шину питания 5 В специально для ИОН, на его вход можно безбоязненно подавать напряжение 15 В.

В распределенной системе питания с нестабилизированной шиной 12 В, напряжение на которой может варьироваться в пределах 9–18 В, напряжение на входе ИОН не превысит максимально допустимую величину.

Конечно, при большом падении напряжения на ИОН возрастает мощность рассеяния, но для контроля температуры микросхемы предусмотрен специальный вывод TEMP, напряжение на котором пропорционально температуре микросхемы. Контроль напряжения на этом выводе позволит избежать перегрева сверх максимального значения +125 °С или другого заданного разработчиком предела.

Хотя для использования ИОН серии ADR не требуются внешние компоненты, будет не лишним установить на вход и выход микросхемы ИОН керамические конденсаторы емкостью 0,1 мкФ, как показано на рис. 1. Конденсатор на выходе увеличит стабильность и послужит фильтром выходных шумов, а на входе сократит время протекания переходных процессов и уменьшит пульсации питания. Если пульсации питания велики, то параллельно конденсатору 0,1 мкФ можно подключить электролитический или танталовый конденсатор 1–10 мкФ.

Вывод TRIM в микросхемах позволяет изменить их выходное напряжение. Простейший вариант подстройки выходного напряжения показан на рис. 2. Резистор R1 величиной 470 кОм позволит увеличить плавность настройки, потенциометр POT надо выбрать многооборотным, иначе не удастся произвести точную подстройку.

Напряжение на выводе TEMP изменяется пропорционально изменению температуры, однако надо учесть, что производитель не указывает точность измерения, поэтому следует использовать такое напряжение скорее как справочное значение, а не для точных измерений. При температуре +25 °С напряжение на этом выводе составляет примерно 552 мВ и при увеличении температуры на 20 °С повышается на 39,2 мВ. Таким образом, чувствительность достигает 1,96 мВ/°С. Следует иметь в виду, что вывод TEMP подключен к опорному напряжению band gap, а потому нагрузка на данном выводе должна быть минимальной. Лучше всего подсоединять этот вывод к схеме через буфер с большим входным сопротивлением.

В выходном каскаде ИОН серии ADR применяется схема Дарлингтона на биполярных n-p-n-транзисторах и ток собственного потребления практически не зависит от тока нагрузки. Соответственно, на основе ИОН можно создавать прецизионные источники тока. Довольно простая схема такого источника изображена на рис. 3. Потенциометр ABW величиной 100 кОм введен в схему для регулирования тока.

Нагрузкой источника является резистор RL. Величина тока нагрузки IL = VREF/RSET. При использовании ИОН в различных схемах, в том числе с операционными усилителями, следует помнить, что выход рассмотренных ИОН рассчитан на вытекающий ток и даже небольшой втекающий ток может привести к увеличению погрешности выходного напряжения. При выборе резисторов не забудьте обратить внимание на их ТКС, он должен быть минимальным.

Однако не всегда можно удовлетвориться параметрами рассмотренных выше ИОН. А потому компания Analog Devices предлагает ИОН с лучшими параметрами — в частности, AD780. Его выходное напряжение составляет 2,5 или 3,0 В и программируется коммутацией внешних выводов. В отличие от рассмотренных выше ИОН серии ADR ИОН AD780 содержит встроенный буфер, поэтому максимальные втекающие и вытекающие токи равны и составляют 10 мА, что упрощает схемотехнику узлов с использованием AD780.

Лазерная подгонка при производстве позволяет уменьшить начальную погрешность до 1 мВ или 0,04% полной шкалы в случае напряжения 2,5 В, а максимальный температурный дрейф, в зависимости от исполнения, составляет 3 или 7 ppm/°С, что также существенно лучше, чем у ИОН серии ADR. Это иллюстрируется рис. 4, на котором показана зависимость погрешности напряжения ИОН AD780 от температуры. Как видно из рисунка, почти во всем рабочем диапазоне температур погрешность не превышает 1 мВ.
Ну и конечно, нельзя не сказать о долговременной стабильности опорного напряжения. У ИОН серии ADR она составляет ±20 ppm/1000 ч, а серии ADR — 50 ppm/1000 ч.

Описанные ИОН могут найти применение в очень многих функциональных узлах аналоговых схем. Вот некоторые из них: опорное напряжение для АЦП, ЦАП и аналоговых компараторов, источники прецизионного тока для питания датчиков, мониторинг напряжения аккумуляторных батарей и другие.

Таким образом ИОН серии ADR01, ADR02, ADR03, ADR06 и AD780 компании Analog Devices схожи по характеристикам, но AD780 имеет программируемое выходное напряжение и встроенный буфер, что позволяет упростить конечную схему. В линейке компании Analog Devices огромное количество различных ИОН. В данной статье показано, что выбор ИОН может и должен осуществляться в зависимости от требований конкретного проекта, и на примере продукции Analog Devices продемонстрировано широкие возможности такого выбора.

Источник