Rozsáhlé analogové systémy, znamenající vysoké zatížení pro zdroj referenčního napětí, si budou v mnoha případech žádat „více proudu“ než může jediná integrovaná napěťová reference dodat. „Žádný problém,“ řeknete si. „Zapojíme na výstup integrovaného obvodu přece buffer.“ Přesnost reference tak ale snižujeme – může za to právě napěťový offset doplňkového obvodu. Celý problém však lze řešit i jinak a možná ještě jednodušeji.

 

 

 

Celá myšlenka spočívá v zapojení bufferu přímo do zpětnovazební smyčky zesilovače odchylky dané napěťové reference. Takové řešení pak již nebude mít na přesnost reference vliv. Musíme však počítat s tím, že ne každá reference vyhoví – použitelné budou pouze ty integrované obvody, u kterých výrobce smyčku zpřístupnil prostřednictvím odpovídajících vývodů.

 

Jedním z nich je například precizní zdroj v miniaturním provedení se šesti vývody, který společnost Maxim Integrated již od roku 2002 nabízí pod označením MAX6033 (High-Precision, Low-Dropout SOT23 Series Voltage Reference). V rámci svého pouzdra typu SOT23 přináší výchozí přesnost 0,04 % společně s teplotním koeficientem 7 ppm/°C. Pro výše zmíněné účely se nabízí dvojice pinů OUTF (Force Output) a OUTS (Sense), které bude v ostatních případech nutné, pokud možno co nejblíže samotného pouzdra, vzájemně propojit.

 

Jako nejmenší a zároveň též cenově nejvýhodnější řešení bufferu se jeví nasazení jednoduchého NPN tranzistoru do smyčky zesilovače odchylky dle obrázku, např. oblíbeného typu 2N2222. Za předpokladu, že požadavky na proud tekoucí bází nepřekročí možnosti pinu OUTF, pak nemá připojený tranzistor na přesnost výstupu reference vliv. Zajímat nás pochopitelně bude též úbytek napětí, který v případě našeho obvodu může při odběru 10 mA a v rámci teplotního rozsahu od -40 °C až do +125 °C dosahovat až na 500 mV, většinou však méně (v datasheetu viz také vynesené závislosti na str. 6).

 

Zapojení vyrábí z 5 V napájení referenční výstup 2,5 V, takže s přihlédnutím k nejhoršímu případu úbytku V_BE, tj. 1,2 V, budeme na vývodu OUTF požadovat 3,7 V, což stále ještě neohrožuje maximální napěťovou rezervu, tzv. headroom, o velikosti 500 mV. Musíme si však uvědomit, že zmíněný nejhorší případ V_BE znemožňuje využití tohoto postupu pro případ referenčního výstupu 4,096 V při 5 V napájení nebo 2,5 V reference ze zdroje 3,3 V. Jak na to, ukáže obr. 2 níže.

Výkonová omezení tranzistoru limitují maximální velikost výstupního proudu, která byla pro toto zapojení stanovena na 80 mA. Tranzistor může při pokojové teplotě +25 °C rozptýlit 350 mW, zatímco se dále pohybujeme se strmostí 2,8 mW/°C. Při ohřevu na +70 °C proto budeme schopni pracovat pouze s 224 mW. Na tranzistoru vzniká napěťový úbytek 2,5 V, takže maximální přípustný proud může dosahovat 89 mA. Zbývá ještě ověřit proud bází pro nejhorší možný výskyt bety, tj. 35. Bází poté poteče jen 2,3 mA, což proudové možnosti pinu OUTF zcela jistě neohrozí. S využitím odpovídajících tranzistorů pak můžeme výstupní proudy navyšovat na jakoukoli „rozumnou“ úroveň.

 

 

K zajištění stability obvodu MAX6033A slouží keramické kondenzátory o velikosti 0,1 µF, připojené k vývodům IN a OUTF. Tranzistorový buffer nebude mít na přechodovou odezvu zapojení výraznější vliv, na rozdíl od kondenzátoru OUTF, který rychlost odezvy přímo stanoví. Stejnosměrné DC reference zřídka mívají dostatek prostoru pro „uřízení“ rychlých skokových změn na zátěži, takže se musíme spolehnout na služby výstupního kondenzátoru pro vykrytí jakkoliv rychlých proudových špiček.

 

V popisovaném zapojení dle obr. 1 se o dodávku proudu v případě rychlých skokových změn na zátěži stará kondenzátor, připojený k emitoru tranzistoru. Zapojení bylo testováno s kapacitní zátěží výstupu až do velikosti 10 µF.

 

 

 

 

Text ve svém překladu vychází z aplikační poznámky Maximu č. 4412 s názvem 80mA Precision Reference a dokumentace k napěťové referenci MAX6033. Řešení přesné 80 mA reference 4,096 V a napájené z 5 V, které výše zmiňovaný postup vylučoval, představuje s využitím totožného čipu aplikační poznámka č. 4474 s názvem 4.096V, 80mA Precision Reference.