经典的电压基准源电路

什么是电压基准源电路?有啥用?

电压基准源(Voltage Reference)是一种能够提供稳定、精确和可靠的电压输出的电路,常将其用作参考来校准和比较其他电压信号。

广泛应用于模数转换器(ADC)、数模转换器(DAC)、比较器、运算放大器、电源管理等电路中。

为了提高单片机ADC和DAC转换精度,可以使用电压基准芯片来提供精确的参考电压(VREF),使用电阻分压得到的参考电压。

注意!该数据的精度受限于电阻的精度和温度系数,而且会随负载电流的大小变化而变化,负载电流大时,电压降低,负载电流小时电压升高。

好处是:这种分压方式成本低

坏处是:其电压不稳定,难以达到高精度的要求‌。

举个例子

这里,我们以典型的TL431型号电压基准芯片为例,分析设计一个电压基准源电路。

  • A(Anode):阳极,接低电平,使用时需接地

  • K(Cathode):阴极,接高电平,使用时需接电源正极

  • R(Reference):参考基准端,是输出电压的设定端,参考基准端电压>2.5V,阴阳极导通;参考基准端电压<2.5V,阴阳极截止

  • 可调输出电压:2.5V~36V

  • 灌电流能力:1mA~100mA

  • 工作温度范围:−40°C~125°C

TL431是由内部结构是由运算放大器、保护二极管、NPN型三极管以及2.5V的精密基准电压源Vref所组成。

参考端(R)接运放的同相输入端,2.5V(Vref)基准电压源接运放的反相输入端,运放相当于一个误差放大器,会把同相输入端与反相输入端的电压差放大很多倍,参考端(R)电压与精密基准电压源的2.5V(Vref)电压相比较,当参考端(R)电压大于2.5V(Vref)时,运放输出端电压为高电平,三极管导通,运放的输出端电压会随参考端(R)的电压增大而增大,形成负反馈,三极管起到调节负载电流的作用,保护二极管可防止K-A间电源极性接反而击穿三极管。

用TL431搭建并联稳压器,配置输出2.5V~36V电压基准源,小于2.5V电压是不能输出的。

TL431的VREF=2.5V,当REF引脚与CATHODE直接相连接时,输出端电压:VO=VREF=2.5V。

可以灵活的调整R1和R2的电阻比例,得到所需要的电压输出值VO=(1+R1/R2)VREF。

当需要更精确地确定阴极输出电压时,还需要考虑上阴极电流,此时,VO=(1+R1/R2)VREF-IREF*R1。

这里,需要注意,电阻精度需要选用高精度的,如0.1%,防止最后所输出与理论偏差太大。输出的电流带负载能力通过RSUP电阻来决定,负载的需求电流越大,电阻RSUP阻值就会越小,发热就会越严重,带负载能力比较差,通常只用来做基准参考源,超过100mA的带负载需求不建议使用此电路来带载。

在将 TL431 用作并联稳压器时,需要确定以下参数:

  • 输入电压范围

  • 温度范围

  • 总精度

  • 阴极电流

  • 基准初始精度

  • 输出电容

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