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作者：Songzhige 幾乎在所有先進的電子產品中都可以找到電壓基準源，單片機電路中、嵌入式系統中的模擬放大和A/D轉換等電路需要高精度、高穩定性的供電電源和參考電壓源。基準電源是一種可以產生高精度、高穩定性電壓的器件或電路，它產生的電壓給特定部件作為參考電壓使用。基準電源使用廣泛，其精度和可靠性直接決定著系統的精度和可靠性。 常用的基準穩壓電源，按基本組成可分為分立元件電路和集成電路兩大類。在這里將大家梳理一下 1 穩壓管產生的基準電壓源電路 通常我們選用穩壓二極管作為基準電壓源，這是最簡單、也是最傳統的方法，按照所需電壓值選一個對應型號的穩壓管當然可以，但選得是否合適、是否最佳，卻大有講究。穩壓管基準電壓源電路如圖所示。VDz是穩壓管，R是限流電阻，Vi是輸入直流電壓。Vo為輸出電壓，等于穩壓管兩端的電壓Vz，即為基準電壓。 
穩壓管的電流調節作用是這種穩壓電路能夠穩壓的關鍵，即利用穩壓管端電壓Vz的微小變化，引起電流Iz較大的變化，通過電阻R起著電壓調節作用，保證輸出電壓基本恒定。由于穩壓管和負載電阻是并聯的，故這種電路也叫并聯式穩壓電路。 環境溫度變化時穩壓管的擊穿特性還會產生漂移。6V以下的穩壓管具有負溫度系數、溫度升高時穩壓值減小。擊穿電壓越低則負溫度系數越大，例如3V穩壓管的溫度系數約為-1.5mV/℃;6V以上為正溫度系數、溫度升高時穩壓值增大，擊穿電壓越高的溫度系數越大，例如30V穩壓管的溫度系數約為33mV/℃; 常用的基準二極管如LM385-1.2、LM385-2.5、LM336-2.5、LM336-5具有更小的動態電阻(如LM385 僅1Ω、LM336-5僅0.6Ω、LM336-2.5僅0.2Ω)，在很小的工作電流下即有很硬的特性、在10 uA電流下即可正常工作 恒溫電壓基準LM199/299/399系列，其穩定電壓典型值為6.95V、動態電阻典型值0.5Ω、LM199/299溫度系數<1ppm/℃。
2.集成塊產生的基準電壓源電路 常用的精密集成穩壓電路有TL431、MAX6035、ICL8069、AD584等芯片。 ⑴.TL431精密集成穩壓塊 TL431系列芯片是有良好的熱穩定性能的三端可調分流基準源。它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意地設置到從Vref(2.5 V)到36V范圍內的任何值。TL431的內部結構框圖如圖所示。Vi是一個內部的2.5V基準源, 接在運放的反相輸入端。由運放的特性可知, 只有當REF端(同相端)的電壓非常接近Vi(2.5V)時, 三極管中才會有一個穩定的非飽和電流通過, 而且隨著REF端電壓的微小變化, 通過三極管的電流將從1~100mA變化。
圖示為TL431器件的符號, 3個引腳分別為： ♦ 陰極C(CATHODE) ♦ 陽極A(ANODE) ♦ 參考端R(REF)
由TL431構成的5V穩壓器的典型應用電路如圖所示。R0取1.5kW, R1、R2分別取10kW, 輸入電壓Vi為12~24V時, 輸出電壓均為5V, 因此, 此種穩壓器的精度很高。但是當在C、A端并接負載電阻時, 電阻值應大于2kW, 否則不能正常輸出。
下圖為TL431應用電路, 用TL431制成的高精度穩壓直流電源的紋波很小, 精度較高, 可以給高精密儀器供電。
⑵MAX6035精密集成穩壓塊 MAX6035是寬電壓輸入范圍和精密的、微功耗的電壓基準。這款3端器件具有2.5 V、3.0 V和5.0 V輸出電壓選項，是REF02和REF43等工業標準器件的升級產品。MAX6035采用3引腳SOT23和8腳SOIC封裝，典型應用和引腳配置如圖所示。
工作于-40~125℃溫度范圍。其特性是: 寬電源電壓范圍(6.9~33V); 在使用溫度范圍內溫度系數最大為25´10-6/℃; ±0.2%(最大值)初始精度; 95mA(最大值)靜態電源電流; 10mA輸出電流, 2mA灌入電流; 無須輸出電容; 在高達5mF的容性負載下仍穩定工作。 12.5.2 集成塊基準電壓源電路 ⑶ICL8069精密集成穩壓塊 ICL8069系列產品的主要性能參數: 基準電壓典型值為1.23V; 最小值為1.20V; 最大值為1.25V; 最大工作電流為5mA; 穩定性好, 當工作電流在50mA~5mA范圍變化時, VREF的變化量小于20mV。ICL8069典型應用電路如下圖所示。
⑷AD584精密集成穩壓塊 AD584是美國ADI公司率先推出的可編程基準電壓源, 具有優良的溫度系數, 在0~70℃的溫度范圍內溫度系數最大為5´10-6/℃。靜態電流消耗為1mA, 具有10mA的帶負載能力。輸入電壓范圍為4.5~30V, 工作溫度范圍為-55~125℃。它不僅可獲得4種固定的基準電壓值, 還可以在2.5~10V范圍內設定所需的基準電壓值, 同時還能提供兩線制的負參考電壓輸出, 使用非常靈活。其典型的封裝形式如圖所示。 AD584采用引腳編程來決定輸出電壓。當在8腳和4腳提供電源后, 如果其他引腳懸空沒有連接的情況下, 輸出10V的參考電壓; 當連接引腳2和3時, 輸出7.5V; 連接引腳2和引腳1時, 輸出5.0V; 連接引腳3和引腳1時, 輸出2.5V。
AD584的基本應用電路和負參考電源輸出電路如圖所示。
下面是AD584為 5V帶隙基準電壓源一個典型應用，在這個應用中，AD596/597(IC1)作為閉環熱電偶信號調理器使用。如圖10，IC2為CMOS單片3 1/2位A/D轉換器ICL7136，亦可用ICL7106來代替，但功耗會增大些。IC3為 5V帶隙基準電壓源AD584， 5V基準電壓經過R4、R5分壓后給ICL7136提供1.000V的基準電壓，由ICL7136和LCD顯示器構成滿量程為2V的數字面板表(DPM)。IC4選用OP07型運算放大器。RP為設定點調節電位器，用以設置所要控制的溫度T1。IC5為帶雙向晶閘管(TRIAC)的光耦合器。
電壓基準源簡單、穩定的基準電壓，作為電路設計的一個關鍵因素，電壓基準源的選擇需要考慮多方面的問題并作出折衷，本文旨在幫大家了解在電子產品電路設計中基準電源的產生方法幾個思路。 |
