Spannungsreferenz

Eine Referenzspannungsquelle ist eine Spannungsquelle, deren Spannung als Referenz für einen Mess- oder Regelungsprozess herangezogen wird. In der Regel besitzen Referenzspannungen eine konstruktionsbedingt feste Spannung. Je nach innerem Aufbau kann der Wert der Referenzspannungsquelle aber auch einstellbar sein, z. B. zum Umschalten in einen anderen Messbereich.

Referenzspannungsquellen sind im Normalfall nicht dafür vorgesehen, hohe Lasten treiben zu können. Der Ausgangswiderstand sowie die thermische Belastung aufgrund des Ausgangsstroms können die Genauigkeit herabsetzen.

Einfache Referenzspannungsquelle

Spannungsteilerschaltung mit Z-Diode

Eine einfache Referenzspannungsquelle kann mit einem Widerstand, sowie einer Z-Diode erzeugt werden. Hierbei wird die besondere Eigenschaft der Z-Diode, bei einer bestimmten Spannung leitfähig zu werden, ausgenutzt. Diese Spannung kann dann an der Z-Diode abgegriffen werden.

Diese Spannung bleibt bei einer Erhöhung der Eingangsspannung U nahezu konstant. Es ändert sich im Wesentlichen der Spannungsabfall über den Widerstand R.

Für die Spannungsstabilisierung lässt sich ein Glättungsfaktor angeben:

$G = {{\Delta U} \over {\Delta U_z}} = 1 + {{\Delta I_z} \over {\Delta U_z}} \cdot R$

mit dem differenziellen Widerstand $r_z = {{\Delta U_z} \over {\Delta I_z}}$ wird daraus

$G = 1 + {R \over r_z}$

Die Stabilisierung ist umso besser, je größer das Verhältnis $R \over r_z$ ist

Diese einfache Referenzspannungsquelle ist für hochwertige Mess- und Regelungsaufgaben bei Verwendung einer Referenzdiode geeignet. Bei den mit hinreichender Genauigkeit einzuhaltenden Betriebsströmen der Referenzdioden ergibt sich eine hohe Langzeitstabilität, eine geringe Temperaturdrift und oft ausreichend geringes Rauschen, das durch parallelschalten eines Kondensators weiter verringert werden kann. Nachteilig ist der vergleichsweise hohe Leistungs- und Spannungsbedarf gegenüber vielen ICs, was eine Verwendung in batteriebetriebenen Geräten oft ausschließt. Hier müssen Präzisionsbandabstandsreferenzquellen eingesetzt werden.

Präzisionsreferenzspannungsquellen

Bei höheren Anforderungen werden Referenzspannungsquellen verwendet, die unter anderen weitere Dioden zur Temperaturstabilisierung und komplexe Regelschleifen beinhalten. Präzisionsreferenzsspannung werden zum Beispiel bei hochauflösenden Analog-Digital-Umsetzern (ADU) eingesetzt. Viele Hersteller dieser Bausteine integrieren eine Referenzsspannung auf dessen Chip, so dass diese nicht durch EMV-Einflüsse beeinträchtigt werden kann.

Übersicht

• Widerstand in Reihe zur Z-Diode
• temperaturkompensierte und stabilisierte Z-Diode
• Bandabstandsreferenz
• Glimmstabilisator (spezielle Glimmlampe)
• Galvanische Zelle (Weston-Normalelement, Clark-Normalelement)
• Josephson-Normal
• Magnetischer Spannungskonstanthalter
• Floating-Gate Analog, zur Trimmung dient ein Floating-Gate-Transistor^[1]

Siehe auch

• Konstantstromquelle

Einzelnachweis(e)

1. ↑ Precision voltage reference uses EEPROM and floating gate trim. Planet Analog. Abgerufen am 18. April 2009.