电压基准源的合理选择

考
文
献：
［ + ］ 余 永 权 ("P 系 列 Q’24R 单 片 机 原 理 及 应 用 ［ 3］ (电 子 工 业 出 版

%
相位超前滞后的测量 在电网功率因数补偿系统中，只有根据负荷的
大小， 合理选择电容容量， 才能真正达到补偿效果。
.&4! 值是控制补偿电容切换的依据， .&4! 小于额定
（ 上接第 >! 页） 能仅适用于整个商用温度范围下的
引 言
类型
表#
!宽 ^ 高输入电压
优点
电压基准源性能比较
!宽 ^ 高输入电压 !静态电流较高
适合 #_#867， 于对功耗不敏 感的应用
在许多数字逻辑、 混合信号和模拟电路中都采 用电压基准源， 因此了解基准源的工作原理和选择 方法， 对系统的合理设计是一个较为重要的因素。
齐纳（ : 两端器件）
埋入齐纳器件（ 串联） 带隙器件（ 串联）
!低输入电压范围 !更低的静态电流
（ "7 0._#67）
!静态电流较高
适合 #_#867， 于对功耗不敏感 的应用
"
基准源类型与拓扑结构 基准源主要有齐纳、 埋入式齐纳和带隙三种结
!不需外接电阻 !81825_#5满量
程初始精度
构形式， 它们都可以构成 ! 端并联结构或 " 端串联 结构， 其性能比较见表 #。 齐纳二极管是专门工作于 反向偏置的二极管， 需要一个串联限流电阻。齐纳 二极管通常不适合高精度和低功耗应用，例如
（ 或 @F+ ） 、 或 @<+ ） 得 到 全 部 计 数 值 。 !" 或 ! @<* （ 计时系数值的计算关系满足： 内定时器计数值 GH#I 外定时器计数值。
#$ 下降沿中断的方式检测 ## 电平的方法，来确定 在 #$ 下沿中断时， 若 ## 超前 #$ 则 ##B !M* 或 !K*： *；若 ## 滞后 #$ 则 ##B+， ## 的电平在 9)@+ 中断服 务程序中检测 NOC 端完成。 & 结束语
因此 +;;6 N O 的性（ 下转第 $Q 页） L%F#LOE$LL!%，
" #$ "
总第 !" 卷
第 #$# 期 第#期
电测与仪表
%&’(!"
)&(#$#
$**+ 年
,’-./01.2’ 3-2450-6-7/
8 974/056-7/2/1&7
:;0($**+
方式 + 时，内外计数器的实际计数容量扩展到 $$ 位，对 +$3<= 频率的计时总时间可达到 !>*64， 能 够连续记录 +? 个正弦周期。 测量电压信号周 期 ! 和 相 位 差 ! 相 对 应 的 !" 共用一套外部计数电路。 为了易于区分 ! 和 !" 两类 中断，内部定时分别选用了计数器 @* 、 @+。 ! 与 !" 测量功能的转换由 A+(? 控制， A+(?B+ 测量电压信号周 期 !， 电压脉冲信号经 C 触发 A+(?B* 测量相位差 !" 。 器二分频， 形成与周期 ! 相同正脉冲检测信号。 !或 外计数器， 信号下降沿关闭 !" 信 号 上 升 沿 开 启 内 、 内、 外计数脉冲输入电路， 同时向 DAE 发申请中断。
267 时内阻为 288!， #67 时 988!，电压箝位电路
中可选用齐纳二极管， 它们可以提供很宽的箝位电 压（ 和功率（ 从几毫瓦到几瓦） 。 !* 至 !88*）
的许多缺点， 同时它还有上电复位输出功能（ 见图 。 它在 #88"7 至 2867 的全 <./0 范围具有严格的 #） 初始精度（ 最大误差 #125 ） 。对所有的并联器件， 在
8 9: 8
总第 !" 卷 第 #$# 期
电测与仪表
%&’(!" )&(#$# :;0( $**+
$**+ 年 第 # 期
,’-./01.2’ 3-2450-6-7/ 8 974/056-7/2/1&7
图$
带隙电压基准源
低功耗产品。对于 +I 位分辨率的数字系统， 其一个 如果 :BK 是 +I 位， 满量程输入 @<R 值为 + N ILL!I， 图+ 组成电压监控的基本组成部分 它能分辨 +@<R 的输入， 约为 SI(!!% 。 对 是 * 到 L%， 和 3:PI!L* （ 是比较好的选择， 他们的噪声 !!%TDT） 都小于 +I 位系统的 +@<R 。另一个可选的方案是用 过采样， 再取平均值， 但是这个方法的缺点是占用 更多的处理器能力， 使系统总费用增加。 选择正确的并联电阻 ! " 时应考虑以下因素： （ 输入电压范围（ ； +） # 9)） （ 稳定电压（ ； $） # <=>)?） （ 输出电流范围（ ； !） $@A:B） 最小并联工作电流（ （ 工作电流总是设 （ #） $<=>)?） 计为最大 $@A:BC$<=>)?） 。 图 + 中， 可根据下式选择 ! "：
的公差。 理想的电压基准源应该具有零内阻， 不管它吸 进还是流出电流都应保持恒定输出电压。源内阻为 零的基准源实际上是不可实现的， 但是低内阻（ 毫 欧级） 基准源可以实现。上述齐纳管内阻较大， 电流
!长期稳定性
!部分器件不能
吸入电流
!部分器件不
能吸入电流
#1#
并联型基准源 它避免了齐纳管 ;7&9""8 是一个并联基准源，
下限值时增加电容补偿，超过或接近额定上限值时 保持原电容容量。过补偿使电流超前电压（ ， 对 !K*） 电网同样无益。系统中设计的电压与电流相位识别 电路， 能够判别出是电压超前电流， 还是电流超前电 压。 图 + 中被测电压和电流信号， 分别是经过零比较 器 E?:、 E?L 输 出 的 ##、 #$ 的 脉 冲 信 号 ， 异 或 门
# 9)（ D# <=>)?（ # %()） D# <=>)?（ %&’ ） %() ） %&’ ） !! "! 9)（ $<=>)?（ C$@A:B（ $<=>)?（ C$@A:B（ %&’ ） %&’ ） %() ） %&’ ）
设计时应该选用 ! " 的最大标称阻值， 使电流消 耗最小。另外， 还需考虑电阻的最大公差， 留出一定 的裕量。利用下面通用功率方程式来保证电阻有充 足的额定功率：
通过本文介绍的技术措施，可使相位差测量精 度得到提高， 电路简单， 容易实现。 参
社， +PPP( ［ $］ 李恒文， 万 鹏 (AD 机 汇 编 语 言 与 接 口 技 术 ［ 3］ (中 国 科 学 技 术 出版社， $***( 作者简介： 李恒文（ ， 男， 副教授， 从事微机检测及信息处理方面的科研 +P>HJ ） 和教学工作。 收稿日期： $**+J*$J*+
于这种应用 3:PI+L* （ ， !L!%TDT） 3:PI$L* （ !!%TDT）
!
电压基准源的主要指标 电压基准源的指标很多， 重要指标包括： （ 初始精度； +） （ 输出电压温度漂移； $） （ 电流拉出和灌进能力； !） 静态电流； （ #） （ 长期稳定性； L） （ 输出电压温度迟滞； I） （ 噪声； S） （ 价格； "） （ 输出电压温度迟滞现象（ 是另一个不 Q） ?=U<）
EH: 输出相位差 ! 的脉冲。电压超前电流时三个脉
冲之间的关系如图 $ 所示，电流超前电压时的脉冲 关系如图 ! 所示。由图 $ 、 图 ! 可知， 在异或门输出 的相位差脉冲 #! 并不能反映电压超前电流或电流 超前电压的相位关系。相位差 ! 范围的判断， 采用
DAE 执行中断服务程序时，顺次读入 A+ 口与 @F*
$
*!E$9)（ # 9)（ D# <=>)?） E$9)F! "E %&’ ）
$
（ # $+（ D# <=>)?） 62G ）
!"
（ %&’）
并联结构不论有 无 负 载 总 是 吸 取 $@A:B
C
另一方面， 并联基准源有一个优点： 通过 $<=>)? 电流， 正 确 选 择 H4， 同 一 个 基 准 源 可 工 作 于 +*# 9) 或 +**# 9)。$<=>)? 的典型值是 +*!: 至 I*!:。 +($ 带隙和串联基准源 带 隙 基 准 源 的 主 要 原 理 是 利 用 两 个 # J- 的 互 补作 用 ， 其中一个电压具有正温度系数， 另一个是 负温度系数，两者之和具有接近于零的温度系数 （ 见图 $） 。实际上输出温度系数当然不可能为零， 9K 设计、封装和制造测试都会影响输出的温度漂移， 采用严密的设计方案可使温漂达到 LM+**;;6 N O。 三端带隙或其它串联模式电压基准源不用外 部电阻， 设计简单、 功耗较低。可根据具体应用选择 基准源器件，如 3:PI*$L 或 3:PI+Q$ 的 $(L% 基 准源最大只吸取 $L!: 电流， 并与 $&5/ 无关， 适用于
（ 刘家新
编发）
电流从几十微安 （ 。 3:O+++*）到十毫安（ :C?""H） 吸入电流达 3:OH+*+J3:OH+*> 能提供 >6: 电流， 对于较重负载， 可 选 用 3:OH$$> U 3:OH$#+ U $6:， 或 3:OH$>* 基准源，该类芯片能提供 +>6: 电流， 另加电路来完成驱动工作。