Teplotní stabilita různých referencí jednoduchého proudového zdroje
Jednoduchý proudový zdroj třeba pro LED, který potřebuje nějak získat referenční napětí.
soubory LTSpice ke stažení [zde]
Zleva: Použita přesná napěťová reference TL431, zenerova dioda, úbytek na dvou diodách a druhý tranzistor jako reference. Všechny modely součástek obsahují teplotní závislosti, takže lze spustit simulaci pro různé teploty. Použitý bipolární tranzistor je teplotně závislý, takže mít přesnou referenci, která se s tím umí vypořádat se hodí.
Spuštěno pro několik teplot v rozsahu –10°C...150°C.
Jaká je teplotní stabilita zenerovy diody
Použitím správné zenerovy diody se dá výrazně vylepšit její teplotní stabilita. Do asi 4.7V u zenerovy diody probíhá tunelový průraz, který vykazuje výrazný záporný teplotní koeficient. Nad asi 4.7V probíhá lavinový průraz, který má kladný teplotní koeficient. No a u zenery kolem 4.7V se dějí oba a vzájemně se trochu stabilizují.
Použití zenerovy diody jako napěťové reference není úplně vhodné, protože „průraz diody“ šumí mezi 1μV-1mV, což může být velký problém třeba jen pro běžný audio zesilovač natož třeba pro přesný DA převodník. Mělo by se to dát částečně eliminovat připojením kondenzátoru 1–100nF paralelně k zenerově diodě.
Existují dva různé efekty regulace napětí, které se dějí při průrazu zenery. Pod asi 4,7 V dominuje tunelový průraz/zenerův efekt a má teplotní koeficient asi -3 mV/C. Kolem 8V zcela převládne lavinový průraz a ten má kladný teplotní koeficient a velikost koeficientu roste s průrazným napětím.
Někde v rozsahu 4,7V až 6,8V jsou součástky, které lze nastavit na teplotní koeficient blízko 0 mv/C, ale pouze nalezením optimálního proudu. Dá se získat poměrně dobrou regulaci v rozsahu možná +/-5°C.
Simulace dala rozsah 55mV pro zeneru 4V7 a 66mV pro 5V6 v rozsahu 0–120°C.
Zdroje:
[1] wikipedie
[cvičení] nejlepší bude si to reálně změřit
[5] jak to funguje při velmi nízké teplotě 300–93K
[6] řešení teplotní kompenzace zenery z roku 1967
[7] teorie a design