基準(zhǔn)電壓源也會帶來麻煩

　　簡介：為什么基準(zhǔn)電壓源遠(yuǎn)不如數(shù)據(jù)手冊上保證的精度? 很多情況下是因?yàn)槭褂貌划?dāng)。 如果基準(zhǔn)電壓源使用不當(dāng)，就會帶來麻煩。 有三種常見的使用不當(dāng)可能會導(dǎo)致這樣的問題： 裕量不足、負(fù)載不正確和反向輸出電流。 前兩項(xiàng)一般在數(shù)據(jù)手冊中提及，易于避免;第三項(xiàng)很少提及，可能會導(dǎo)致難以診斷的問題。

　　大部分基準(zhǔn)電壓源具有輸入、輸出和接地端子——輸出端子在較寬的輸入電壓和負(fù)載電流范圍內(nèi)保持地以上的精確電壓。 但是，如果輸入和輸出電壓之差過小，則輸出電壓精度下降。 雖然一些器件確實(shí)能在略低的電壓下工作(但性能不佳)，但這樣做不安全。 在全精度范圍內(nèi)工作很重要，可以得到指定精度。

　　大部分基準(zhǔn)電壓源具有限流輸出，因此不會受到短路的損害。 如果用來提供過多電流，則輸出電壓將下降——效應(yīng)從遠(yuǎn)低于該點(diǎn)處就會出現(xiàn)，使器件進(jìn)入全限流模式。 查看數(shù)據(jù)手冊中的最大負(fù)載電流和輸出電流，了解精度從何處開始下降(通常在曲線圖上表示)。

　　錯(cuò)誤加載基準(zhǔn)電壓源的另一肇因是使用不正確的容性負(fù)載——很多(甚至是大部分)基準(zhǔn)電壓源可在任意容性負(fù)載下穩(wěn)定化，尤其是一些低壓差(LDO1)類型可能隨負(fù)載電容過多或過少而振蕩，甚至同時(shí)發(fā)生兩種情況! 如果發(fā)生這種情況，則輸出電壓將無法正確調(diào)節(jié)。 通過RTFDS2或?qū)嶒?yàn)確保應(yīng)用中基準(zhǔn)電壓源遇到的電容范圍不會導(dǎo)致這種振蕩——記住，在復(fù)雜系統(tǒng)中，多個(gè)子系統(tǒng)可能共享一個(gè)基準(zhǔn)電壓源，但您并不負(fù)責(zé)所有子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

　　幾周之前，我自己就遇到了第三種問題。 當(dāng)時(shí)我正在設(shè)計(jì)兩個(gè)非常簡單的低功耗電池管理系統(tǒng)，定義電壓檢測部分的電阻方程也很簡單，但構(gòu)建時(shí)，只要接近正確電壓，兩個(gè)系統(tǒng)都無法工作。

　　我花了幾天才發(fā)現(xiàn)，這些器件中的基準(zhǔn)電壓源驅(qū)動(dòng)的是運(yùn)算放大器的同相輸入端，而正反饋配置為比較器3，具有定義的遲滯。 當(dāng)運(yùn)算放大器輸出高電平時(shí)，反饋電阻驅(qū)動(dòng)大約6 μA電流返回基準(zhǔn)電壓源輸出。

　　我使用的是ADR291和ADR292基準(zhǔn)電壓源，并且這些器件數(shù)據(jù)手冊中的“簡化原理圖”顯示輸出由類似運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)。 運(yùn)算放大器可以在輸出端進(jìn)行源電流和吸電流操作，而我下意識認(rèn)為這些基準(zhǔn)電壓源也一樣。 事實(shí)并非如此! 5 μA左右的反向電流足以提高輸出電壓。

　　數(shù)據(jù)手冊完全沒有提醒這個(gè)問題。 負(fù)載調(diào)整率在0 mA至5 mA輸出電流范圍內(nèi)定義，這意味著較大的反向電流(幾十或幾百μA!)可能造成問題，但這并不表示極小的反向電流無法安全流過電阻鏈R1、R2和R3(如簡化原理圖所示)。

　　一旦清楚這個(gè)問題，要避免就很簡單了。 很多基準(zhǔn)電壓源具有吸電流和源電流能力，如果數(shù)據(jù)手冊針對±X mA輸出電流定義輸出電壓，就能確定情況確實(shí)如此。 或者，如果知道電流會流入基準(zhǔn)電壓源的輸出端，就可以通過一個(gè)足夠小的電阻將輸出端接地，以吸收一切電流。 這樣可以確?；鶞?zhǔn)電壓源輸出中的電流始終流出器件，問題就此解決。

　　參考文獻(xiàn)

　　1 低壓差基準(zhǔn)電壓源(或線性調(diào)節(jié)器)使用輸出級，允許輸入電壓非常接近(幾百mV甚至更接近)調(diào)節(jié)輸出電壓，而不會損失輸出電壓精度。

　　2 RTFDS = 閱讀淺顯易懂的數(shù)據(jù)手冊。

　　3 將運(yùn)算放大器用作比較器時(shí)應(yīng)謹(jǐn)慎，因?yàn)榭赡軙霈F(xiàn)非常見問題解答11中的問題，且這個(gè)問題有擴(kuò)大趨勢。 我在這兩個(gè)設(shè)計(jì)中使用的運(yùn)算放大器經(jīng)過仔細(xì)選擇，以避免這類問題。