1个很精妙的高精度电压基准电路

ID:980757 · 发表于 2021-11-14 04:31

先上图，图里面的431也可以是别的基准源（比如LT1004之类的）甚至可以是一个简单的稳压二极管。需要说明的时，此电路并非本人原创，也不知道作者是谁，偶然看到后，分析了一番觉得设计得很精妙。实际使用时工作也很稳定，所以分享给大家。

电压基准芯片大家都用过吧？比如最常见的431，串一个电阻连接到VCC和地之间，就可以获得2.495V的基准电压。虽然简单，但是我们实际使用时候肯定都会遇到这样的情况，那就是如果供电电压发生了变化，那么因为通过431的电流也会相应的发生变化，导致431输出的基准电压也会在一个很小的范围内浮动。这个浮动大小受431生产工艺的影响较大，大多时候因为这个浮动范围很小，所以可以不去理会，但是在对基准源的稳定性要求高的场合就不行了。一般的解决方案是使用更高精度的基准芯片，比如前文提到过的LT1004；又或者是进行一次预稳压，即使用线性稳压器件如78XX之类的稳压器先获取一个相对稳定的电压用来给基准芯片供电。

那有没有第三种方法呢，那就是本文开头提供的电路了。即利用运放获得一个稳定的恒流源给基准芯片供电。具体怎么实现的，我们来分析一下。

首先，刚上电的时候，运放输出端肯定是没有电流输出的。此时，431尚未启动，对地表现为断路。由于电阻R7的存在运放的非反相输入端获得了一个初始电压（理想情况下此电压应该等于VCC，因为后续电路的影响可能达不到，但肯定能使运放开始输出电流），此电压高于反相输入端的电压（反相端初始因为运放没有输出电流所以电压为0），于是运放输出端开始输出电流，431两端的电压开始升高，直到431正常启动。此时，因为431的存在，运放的非反相输入端电压恒定为2.495V。根据运放特性，运放会竭力保证反相输入端的电压等于非反相输入端，由于R5和R6的分压，运放输出电压为2.495/R5 * (R5+R6) = 3.86V可以满足要求。此时这个电路达到了稳态，431的工作电流为(VCC-2.495)/R7 +(3.86-2.495)/R4，因为R7阻值巨大，所以可以认为431工作电流=(3.86-2.495)/R4=0.002A即2mA，为手册上推荐的最佳值。

然后我们来看看VCC的电压波动时会发生什么。还是因为R7是一个阻值巨大的电阻，根据上面的计算公式，VCC每变化1V，431的工作电流变化1/R7 = 0.0000005A=0.5uA。连1微安都不到。所以除非VCC电压有成百上千V的变化，否则对431工作电流的影响都是微乎其微。431永远工作在2mA的恒定电流中，任VCC如何变化，都不会发生改变。保证其能一直输出稳定的参考电压。

ID:149799 · 发表于 2021-11-14 10:06

谢谢分享，分析的到位。

ID:307505 · 发表于 2021-11-14 13:17

确实精妙，分析很详细

ID:518902 · 发表于 2021-11-17 20:24

非常的精妙呀! 看了感觉非常神奇! 感谢楼主的分享!

ID:491875 · 发表于 2021-11-18 11:23

要实现高精度，431显然不可取。

ID:298123 · 发表于 2021-12-22 15:20

有没有考虑到温漂？

ID:149642 · 发表于 2022-7-28 12:19

对于我来说不适用,我搞的都是高集成度的板子,这个元件太多,我选用的是日本的恒流二极管.......

ID:272119 · 发表于 2022-7-30 14:47

仔细看了电路个人不是很赞同,只针对帖子电路图进行分解,也希望和大师交流.
A: TL431当稳压源那输出会连接负载电路,那初始启动电流靠R7提供,会不会导致R7提供的电流和负载分压出来还不够运放的共模电压导致运放无输出而一直不能启动输出电压.
B: 运放+TL431在整个电路是闭环正反馈模式(单纯运放是负反馈模式放大1.54倍),也就是说输入增加0.1V,输出相对增加0.154,而输出的1.54倍电压又会叠加到输入正端,还好有TL431抑制输入电压让其尽可能保证输入在2.495V,但按照我的理解正反馈环路在这里不单不会稳定电路而是加剧环路偏差. 一旦TL431 因为温漂或者自身差异电压变化那运放会以1.54倍放大这个差异通过R4叠加给TL431而更加剧这个偏差.
C,个人理解可以把整个环路接成负反馈模式,一旦TL431出现偏差,运放应该以反相放大输出与偏差相反1.54倍的电压通过R4加载在TL431的RK极以矫正这个偏差.

ID:1034262 · 发表于 2022-8-3 15:06

如果是为了用恒流供电，我用LED做基准+8550做恒流给431供电，431本身电流调整率也可以的。
而431的温漂才是它的短板。
我用的基准是比较便宜的LM399H，自恒温，我手上的一个LM399H用6位半表校准过为6.90872V，年误差不超过0.1mV，用于校准直流电压表的。

ID:137736 · 发表于 2022-9-25 12:06

有没有考虑到温漂？

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