Перейти к содержанию

Источник опорного напряжения

Источник опорного напряжения — схема, которая выдаёт стабильное, мало зависящее от температуры и питания напряжение. С ним сравнивают сигнал АЦП, по нему стабилизаторы держат выход, и от его точности зависит точность всего измерения.

Обновлено Редакция GAW

Источник опорного напряжения (voltage reference, ИОН, VREF) — схема, которая выдаёт напряжение, мало зависящее от температуры, напряжения питания, тока нагрузки и времени. Опорное напряжение служит эталоном: АЦП выражает входной сигнал в долях опорного, ЦАП строит выход от него, а стабилизатор сравнивает с ним свой выход. Любая погрешность опоры целиком переходит в результат: у АЦП от неё зависит величина младшего разряда, VREF / 2N.

TL431 — регулируемый опорный источник

TL431 включают как стабилитрон, напряжение которого задаётся делителем от 2,5 до 36 В. Его внутренняя опора — 2,495 В типично, а гарантированный разброс зависит от исполнения:

ИсполнениеVrefДокумент
TL431C (ST)2,44–2,55 ВDocID4467
TL431B (ST)2,483–2,507 ВDocID4467
TL431A (Diodes)2,470–2,520 ВDS35050

С температурой опора дополнительно уходит: у TL431C ST — до 17 мВ в диапазоне 0…70 °C. Делитель под нужное напряжение, ток катода и нагрев считает калькулятор TL431.

Опора АЦП микроконтроллера

У ATmega328P опору АЦП выбирают битами REFS в ADMUX: напряжение питания AVCC, внутренний источник 1,1 В или внешнее напряжение на выводе AREF. Внутренний источник стабилен, но у конкретного экземпляра лежит между 1,0 и 1,2 В (DS40002061B, раздел 29.5), поэтому без калибровки погрешность достигает ±9 %. Если нужна абсолютная точность, на AREF подают внешний прецизионный источник. Код АЦП и напряжение по нему для разных опор считает калькулятор АЦП AVR, а подробный разбор параметров, расчёта TL431 и калибровки внутренних опор — в статье «Источники опорного напряжения».

Частые вопросы

Почему нельзя взять напряжение питания в качестве опоры АЦП?

Можно, если измеряемый сигнал пропорционален питанию — например, делитель с потенциометром или термистором: колебания питания тогда сокращаются. Для абсолютных измерений точность ограничена точностью стабилизатора питания, а его выход шумит и зависит от нагрузки. Тогда нужна отдельная опора.

Насколько точна внутренняя опора микроконтроллера?

Она стабильна, но значение у конкретного экземпляра заметно отличается от номинала. У ATmega328P внутренний источник 1,1 В лежит между 1,0 и 1,2 В — до ±9 % без калибровки. Для точных измерений его значение один раз измеряют и сохраняют, например в EEPROM.

Чем TL431 отличается от стабилитрона?

TL431 включают как стабилитрон, но его напряжение задаётся делителем от 2,5 до 36 В, а динамическое сопротивление — около 0,22 Ом против единиц и десятков ом у стабилитрона. Поэтому напряжение меньше меняется с током. Опорное напряжение самого TL431 — 2,495 В типично, у точного исполнения B — от 2,483 до 2,507 В.

Источники

  1. STMicroelectronics. TL431, TL432: Programmable shunt voltage reference (DocID4467 Rev 17) — Vref 2,495 В тип.; TL431C 2,44–2,55 В, TL431B 2,483–2,507 В; уход с температурой; динамическое сопротивление 0,22 Ом
  2. Diodes Incorporated. TL431/TL432: Adjustable precision shunt regulator (DS35050 Rev. 7-3) — Vref исполнений A (2,470–2,520 В) и B (2,482–2,507 В)
  3. Microchip. ATmega48A/PA/88A/PA/168A/PA/328/P Data Sheet (DS40002061B) — 24.2 — выбор опоры АЦП (AVCC, 1,1 В, AREF); 29.5 — внутренний источник 1,1 В: 1,0–1,2 В, запуск 40–70 мкс

Нашли ошибку?

Смотрите также