Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Rzadko zadawane pytania: jak dobrać odpowiednie napięcie odniesienia?

ghost666 06 Lut 2015 12:10 2517 0
  • W kolejnym artykule z cyklu "Rzadko zadawanych pytań" pochylimy się nad zagadnieniem stabilizatorów napięć referencyjnych.

    Rzadko zadawane pytania: jak dobrać odpowiednie napięcie odniesienia?


    Pytanie: Więc jak wybrać odpowiednie napięcie odniesienia?

    Odpowiedź: Wydaje mi się, że poprzednim artykułem, o dobieraniu układów analogowych (dostępnym tutaj https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic2936033.html - przyp. tłum.) otworzyłem puszkę Pandory, generując spore zainteresowanie poszczególnymi układami analogowymi. Wydaje się, że będę pisał artykuły o tym już do końca świata.

    Po pierwsze, dobierając układ stabilizatora napięcia odniesienia, dobrze zacząć od przyswojenia ogólnej wiedzy na temat układów analogowych, dostępnej w cytowanym powyżej artykule. Każdy z parametrów układu musi zostać zoptymalizowany pod kątem naszego projektu, ale tutaj pochylimy się nad tymi które szczególnie istotne są dla napięć referencyjnych, które produkując stabilne i precyzyjne napięcie stałe, de facto definiują precyzję połączonych z nimi układów analogowych i przetworników analogowo-cyfrowych i cyfrowo-analogowych.

    Stabilizator napięcia odniesienia za zadanie ma generować stabilne i dokładne napięcie, więc precyzja napięcia wyjściowego jest w sposób oczywisty kluczowa. Dodatkowo, niezwykle istotne są parametry związane z układem, takie jak dryft termiczny napięcia wyjściowego, stabilność długoczasowa, architektura układu wyjściowego czy poziom szumu.

    Dostępna jest ograniczona liczna napięć wyjściowych z tego typu układów, większość z nich zawiera się w przedziale od 0,5 V do 10 V. Z tego co wiadomo, istnieją pewne dostępne komercyjnie stabilizatory napięć ujemnych, o trzech wyprowadzeniach, jednak dwuwyprowadzeniowe elementy mogą być wykorzystane tak z ujemnym jak i dodatnim napięciem zasilania. Dodatkowo istnieją, oprócz fabrycznie skonfigurowanych, elementy pozwalające na programowanie napięcia odniesienia z pomocą dwóch oporników. Oczywiście precyzja tych źródeł zależna jest od stabilności i precyzji wykorzystanych oporników, oprócz precyzji samego stabilizatora.

    Zatem na jaką precyzję i stabilność można liczyć? Na przykład układ AD588 charakteryzuje się początkowym błędem napięcia nie większym niż 0,01%, co odpowiada około 13 bitowej dokładności. Dodatkowo układ ten charakteryzuje się dryftem na poziomie 1,5 ppm/°C. W zakresie temperatur przemysłowych, czyli od -40°C do 100°C, przekłada się to na błąd 210 ppm, czyli około 1 LSB dla 12 bitów. Zatem, bez stabilizacji temperatury, najlepsza dokładność na jaką można liczyć przy tym układzie, to około 12 bitów. Jeśli skalibrujemy gotowy układ, wykorzystując dedykowane laboratoryjne źródła napięcia odniesienia i ograniczymy wahania temperatury, do, powiedzmy, ?20°C, osiągnąć możemy znacznie wyższą precyzję, równoznaczną z dokładnością 16 bitów.





    Jeśli zmiany temperatury będą duże to z uwagi na efekty termomechaniczne w układzie i ich histerezę, powtarzalność napięcia odniesienia będzie wynosiła około 14 bitów, niezależnie jak dobrze zostanie ono wstępnie skalibrowane i jak dobrze kompensowana będzie temperatura układu scalonego.

    Karty katalogowe specyfikują także długoczasową stabilność źródła, typowo wynosi ona około 25 ppm / 1000 h. Błąd ten jest proporcjonalny do pierwiastka kwadratowego z czasu, zatem 25 ppm / 1000 h przekłada się na około 75 ppm na rok. Rzeczywiste osiągi będą trochę lepsze, jednakże po pierwszych kilkuset godzinach pracy różnice nie będą widoczne, więc znowu stoimy na dokładności 14 bitów.

    Istnieją zasadniczo dwie architektury wyjścia, używane w układach stabilizacji napięcia odniesienia - szeregowa i bocznikowa. Bocznik przypomina stosowanie diody Zenera, gdzie stabilizator przepuszcza różny prąd, przy stałym napięciu. Szeregowy stabilizator ma trzy wyprowadzenia - wejście, wyjście i masę. Do wejścia przykłada się stałe napięcie, wyższe od napięcia wyjściowego, a na wyjściu znajduje się precyzyjne napięcie odniesienia. Większość układów wymaga, aby napięcie wejściowe było o, co najmniej, jeden wolt większe od napięcia wyjściowego, jednakże istnieją układy typu low-dropout, które wymagają różnicy napięć wynoszącej jedynie kilkadziesiąt czy kilkaset miliwoltów.

    Najprostsze szeregowe źródła napięcia odniesienia posiadają w stopniu wyjściowym wtórnik emiterowy, który może jedynie przepuszczać prąd w jedną stronę - na zewnątrz. Czasami aplikacje wymagają także przepuszczania prądu w odwrotną stronę, dlatego też należy zawsze upewnić się, jak wygląda to w naszym przypadku.

    Mechanizmy, wykorzystywane do generacji precyzyjnego napięcia odniesienia czasami charakteryzują się dosyć dużym poziomem szumów, co oznacza, iż zawsze należy upewnić się, jaki poziom szumu akceptowalny jest w naszym systemie. Szum średniopasmowy, czyli powyżej 100 Hz, charakteryzuje się gęstością spektralną, dla większości układów, na poziomie dziesiątek mV/?Hz lub więcej, jednakże zazwyczaj można odfiltrować go z pomocą kondensatora, oczywiście o ile tego typu obciążenie nie spowoduje niestabilnej pracy stabilizatora. Pamiętać należy, że nawet jeśli wybrane źródło napięcia odniesienia może stabilnie pracować z obciążeniem pojemnościowym, to dodanie kondensatora na wyjściu istotnie zwiększy czas załączania całego układu i stabilizacji napięcia. Szum o niskiej częstotliwości jest bardziej problematyczny. W zakresie od 0,1 Hz do 10 Hz szum o wartości międzyszczytowej 5 ?V jest w pełni akceptowalny, wartości niższe od 1 ?Vpk-pk do 2 ?Vpk-pk są wyjątkowo dobrą wartością.

    Oczywiście, oprócz powyższych informacji, mają tutaj zastosowanie wszystkie inne własności, typowe dla układów analogowych, zatem warto także pamiętać i o nich.

    Źródło:

    http://www.analog.com/library/analogDialogue/...ialogue&utm_medium=email&utm_campaign=Feb2015


    Fajne!