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基准电源和参考电压

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  随着科技的进步,设备的设计要求不单单是能够实现功能就可以了,而是从精度上和速度上提出了更高的要求,因此在做AD/DA转换时,就必须提高精度。提高AD/DA的精度主要从几个方面着手:

  (1)AD/DA的位数要求,要达到足够的位数,才能为进一步提高精度创造良好的条件。

  (2)在位数要求达到的前提下,使用基准电源作为参考电压,提高参考电压的稳定性和降低温度系数。

  下面对基准电压和参考电压做一点介绍:

  基本原理:

  理想的基准电压源应不受电源和温度的影响,在电路中能提供稳定的电压,“基准”这一术语正说明基准电压源的数值应比一般电源具有更高的精度和稳定性。

  常用的基准电源从工作原理上分,主要分为三类:标准电池、温度补偿基准稳压管和集成电路固体基准电压源(简称集成基准电压源)。

  下面对这三种的性能介绍如下:

  一,标准电池

  标准电池可分为饱和型和非饱和型两种。

  饱和型标准电池输出电压为1.018V,长期稳定性能达到1μV/年(即1ppm/年);但温度系数较大,在接近200℃时,总温度系数约-40μV/℃ 。由于饱和型标准电池正负级的温度系数不同,在电极间温差仅0.0010℃时,就能引起0.3pV左右的电动势变化,因此要求使用中保持正负级的温度均衡。

  非饱和型标准电池的温度系数较小,在接近20'C时约为-5μV/℃左右;但长期稳定性较差,年变化大于20-40μV/年。以上两种电池都有温度特性的滞后效应,且不能满载使用,但因其噪声低、电动势稳定、制造方便、造价便宜,因此在大多数只要求短期稳定性的精密电源中有广泛的应用。

  二,温度补偿基准稳压管

  温度补偿基准稳压管的温度系数可低达5μV/℃,且体积小、重量轻、结构简单便于集成;但存在噪声大、负荷能力弱、稳定性差以及基准电压较高、可调性较差等缺点。这种基准电压源不适用于便携式和电池供电的场合。

  三.集成基准电压源

  运用半导体集成电路技术制成的基准电压源种类较多,如深埋层稳压管集成基准源、双极型晶体管集成带隙基准源、CMOS集成带隙基准源等。“带隙基准源”是七十年代初出现的一种新型器件,它的问世使基准器件的指标得到了新的飞跃。从这些基准源中可获得1.22V至l0V中的各档基准电压。由于建立在非表面的带隙机理上,因此比基于表面击穿的稳压管器件更加稳定,选就能实现优于温度系数可达μV/℃(即2ppm/℃) ,输出电阻极低,更重要的是它无需挑60ppm的长期稳定性。由于带隙基准源具有高精度、低噪声、优点,因而广泛应用于电压调整器、数据转换器(A/D, D/A)、集成传感器、大器等,以及单独作为精密的电压基准件,低温漂等许多微功耗运算放。

  从电路的连接方式角度来看,基准电压源主要分为两类。一类是三端式(输入、输出和公共引出端),又称串联式基准源。这种基准源的主要优点是静态电流比较低,可预先调整好标准输出电压,输出电流可以很大,而又不损失精度。另一类是二端式,又称并联式基准源。这种基准源的主要优点是工作极性比较灵活,但对负载要求比较严格,有时只能提供非标准电压。

  从这几方面做出对比,选择适合的基准电源非常重要,如果做出便携式的设备,使用温度补偿稳压管基准电源就不合适了,其噪声比较大,且稳定性不高。;因此在设计过程中,应多方面的考虑选择的基准电源。

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