通常我們選用穩(wěn)壓二極管作為基準(zhǔn)電壓源，這是最簡(jiǎn)單、也是最傳統(tǒng)的方法，按照所需電壓值選一個(gè)對(duì)應(yīng)型號(hào)的穩(wěn)壓管當(dāng)然可以，但選得是否合適、是否最佳，卻大有講究。

最基本的電壓基準(zhǔn)源電路如圖1(a)、穩(wěn)壓管的擊穿特性如圖1(b)所示。由圖1(b)可見(jiàn)，不同穩(wěn)壓值的擊穿特性并不相同，4V以下穩(wěn)壓管的擊穿特性非常“軟”(動(dòng)態(tài)電阻可高達(dá)100Ω以上)，其端電壓隨通過(guò)電流的不同、變化很大；而6V以上的特性就非常“硬”，尤以8V左右的特性最硬(動(dòng)態(tài)電阻約4～15Ω)，擊穿電壓越高動(dòng)態(tài)電阻也越大，例如30V穩(wěn)壓管的動(dòng)態(tài)電阻約為50～100Ω。

                                            圖1（a）：電壓基準(zhǔn)源電路            圖1（b）：穩(wěn)壓管擊穿特性

環(huán)境溫度變化時(shí)穩(wěn)壓管的擊穿特性還會(huì)產(chǎn)生漂移。6V以下的穩(wěn)壓管具有負(fù)溫度系數(shù)、溫度升高時(shí)穩(wěn)壓值減小。擊穿電壓越低則負(fù)溫度系數(shù)越大，例如3V穩(wěn)壓管的溫度系數(shù)約為-1.5mV/℃；6V以上為正溫度系數(shù)、溫度升高時(shí)穩(wěn)壓值增大，擊穿電壓越高的溫度系數(shù)越大，例如30V穩(wěn)壓管的溫度系數(shù)約為33mV/℃；而6V左右穩(wěn)壓管的溫度系數(shù)最小、且在正負(fù)之間變化。因而在允許情況下應(yīng)盡可能選用擊穿特性較硬、溫度系數(shù)最小的6V穩(wěn)壓管。這類穩(wěn)壓管的另一個(gè)缺點(diǎn)是同一型號(hào)管子其擊穿電壓的離散性很大，例如2CW1為7～8.5V、2CW5 為11.5～14V，要想挑出合適電壓值的管子是非常困難的。但如果對(duì)穩(wěn)壓值要求不高、電路又比較簡(jiǎn)單的場(chǎng)合，選用普通穩(wěn)壓管還是合適的。

如需要很低的基準(zhǔn)電壓，要求不高、而又不希望增加成本時(shí)，也可利用二極管的正向特性做為約0.7V的穩(wěn)壓管使用。筆者曾用圖示儀對(duì)大量二極管的正向特性做過(guò)觀察，發(fā)現(xiàn)穩(wěn)壓管的正向特性相對(duì)其它二極管而言最硬，整流管次之、開(kāi)關(guān)管最差，因此可用穩(wěn)壓管正向串聯(lián)的辦法組成0.7V、1.4V、2.1V等的低壓基準(zhǔn)源，還可以通過(guò)改變通過(guò)電流的辦法微調(diào)其端電壓值。其溫度系數(shù)約為-2mV/℃左右。

另一類常用的電壓基準(zhǔn)是采用半導(dǎo)體集成工藝生產(chǎn)的“基準(zhǔn)二極管”和“精密電壓基準(zhǔn)”。“基準(zhǔn)二極管”是一個(gè)雙端單片式器件，其電特性和使用方法等同于穩(wěn)壓二極管，由于設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)考慮了動(dòng)態(tài)電阻和溫度系數(shù)問(wèn)題，因而其性能(尤其是低電壓器件)要比普通穩(wěn)壓管優(yōu)越得多。例如LM103基準(zhǔn)二極管，擊穿電壓分檔：1.8、2.0、2.2、2.4、2.7、3.0、3.3、3.6、3.9、4.3、4.7、5.1、5.6V；動(dòng)態(tài)電阻典型值：15Ω/0.13mA、5Ω/3mA、比穩(wěn)壓二極管低約10倍，因而可在比較小的電流(100 uA-1mA)下得到較穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓。

另一類較常用的基準(zhǔn)二極管如LM385-1.2、LM385-2.5、LM336-2.5、LM336-5具有更小的動(dòng)態(tài)電阻(如LM385 僅1Ω、LM336-5僅0.6Ω、LM336-2.5僅0.2Ω)，在很小的工作電流下即有很硬的特性、在10 uA電流下即可正常工作，而普通穩(wěn)壓管至少要在5～10mA下才能正常工作(嚴(yán)格講并非不能工作，而是工作電流小時(shí)其擊穿特性非常軟、電流的微小變化即可引起端電壓的明顯變化)；溫度系數(shù)低，典型值僅20ppm/℃、約25uV/℃，比普通穩(wěn)壓管低百倍以上；工作電壓分別為1.235V、2.5V、5V且工作電壓的離散性很小、僅1-2％，一般情況下具有互換性；價(jià)格也不貴，因而得到廣泛使用。

在要求穩(wěn)定性極高的應(yīng)用場(chǎng)合，可以考慮選用自恒溫電壓基準(zhǔn)LM199/299/399系列，其穩(wěn)定電壓典型值為6.95V、動(dòng)態(tài)電阻典型值0.5Ω、LM199/299溫度系數(shù)<1ppm/℃。LM399溫度系數(shù)<2ppm，其最大的優(yōu)點(diǎn)是溫度系數(shù)極小，可以說(shuō)是幾乎不受環(huán)境溫度的影響。這是因?yàn)樵谄浠铣闪艘粋€(gè)能隙式電壓基準(zhǔn)外，還另外制造了一個(gè)加熱、控溫電路，工作時(shí)需單獨(dú)對(duì)加熱電路供電，即可自動(dòng)將芯片加熱并控溫在90℃ ，因此只要環(huán)境溫度的變化在85℃以下，可以認(rèn)為芯片的環(huán)境溫度沒(méi)有變化，自然不會(huì)產(chǎn)生溫度漂移。為保證恒溫效果，在其金屬殼外另加了一個(gè)由保溫材料聚砜制造的隔熱外殼。


                                                   

使用LM399時(shí)應(yīng)注意的是，因其溫度系數(shù)是有保證的。決定基準(zhǔn)電壓精度的主要矛盾轉(zhuǎn)移到動(dòng)態(tài)電阻上。在要求基準(zhǔn)精度極高時(shí)，為基準(zhǔn)芯片供電的工作電流必須恒定。如果如圖所示，基準(zhǔn)芯片工作電流是由電源通過(guò)電阻提供，則要求供電電源必須恒定。筆者在研制高精度控溫設(shè)備時(shí)發(fā)現(xiàn)，僅由普通三端穩(wěn)壓器如LM7809等次穩(wěn)壓供電的電源，在市電波動(dòng)較大時(shí)其穩(wěn)定度是不夠的。相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如附表所示：

由附表測(cè)試數(shù)據(jù)可見(jiàn)，市電±10％波動(dòng)時(shí)，因7809輸出電壓仍有約86mV的變化，致使LM399基準(zhǔn)芯片的工作電流亦產(chǎn)生微小變化。由于LM339的動(dòng)態(tài)電阻并不為零，市電±10%的波動(dòng)已造成基準(zhǔn)電壓約78 uV的變化。在高精度控制系統(tǒng)中，基準(zhǔn)電壓幾個(gè)uV的變化就可能使系統(tǒng)精度超差。因此，在要求高穩(wěn)定度的應(yīng)用場(chǎng)合，最好對(duì)LM399的供電電源進(jìn)行二次穩(wěn)壓，電路如下圖所示。

相關(guān)閱讀：

電壓源逆變器與電流源逆變器性能的對(duì)比
一種低溫漂的CMOS帶隙基準(zhǔn)電壓源的研究
低電壓供電時(shí)的帶隙基準(zhǔn)電壓源電路的設(shè)計(jì)