Самодельный ИОН 10.6В на базе Linear technology LM399AH

Предисловие

Мне время от времени приносят на промерку разные ИОН’ы, то купленные на Али, то всякие демо-платы. Поскольку все знают что напряжение готовых ионов не отличается особой точностью, все дружно их несут мне чтобы я выяснил его фактическое значение, как скажем тут.

 

Последний раз знакомый приносил мне на перемерку ИОН LTC6655BHLS8-5, который он нечаянно долбанул об пол. Мало того, что у него уехало значительно напряжение, так еще появился и значительный стабильный дрейф, не от чего не зависящий. Это удовольствие было распаяно на платку демо-кита 2095A-C и стоило около 40 баксов. После этого я решил подумать что хорошего можно сделать на 40 баксов.

Заодно возник вопрос: нафига-же тогда народу нужны готовые опорниики, если все равно они их перемеряют? Пусть тогда сами их делают!

Далее следует пример реализации самодельного ИОН на базе популярного термостатированного стабилитрона LM399AH:

Одной из проблем для широкой публики является качество обвеса этого ИОН, а в особенности ТКО масштабирующего делителя переводящего напряжение стабилитрона к общепринятому стандарту 10В. Он может обойтись достаточно дорого, и достать его может быть проблемно, что останавливало меня от создания подобного публичного проекта. Но решение было найдено!

Не так давно Vishay начал массовый выпуск делителей Vishay MPM они позиционируются как делители с достаточно низким ТКО 2ppm/C, при этом упакованы в массовый корпус SOT-23 и стоят достаточно дешево. В этой линейке нет делителей дающих красивые 10.00000В, но как показывает практика — это и не нужно, отклонение на +-10% от общепринятого референса 10В — допустимо для большинства задач.

Немного почесав лысину, получился вот такой концепт на базе этих двух ключевых деталек:

В сравнении с типовыми референсными схемами можно найти некоторые отличия:

  • Стартовые условия обеспечиваются высокоомной подтяжкой R2. Малый ток подтяжки минимизирует влияние напряжения питания на ток стабилитрона.
  • Ток стабилитрона устанавливается резистором R3 с малым ТКС, на уровне ~1.1мА. Такое включение позволяет стабилизировать ток выходным напряжением и минимизировать влияние температуры.
  • ОУ установлен LTC2057 с почти нулевым температурным дрейфом и малыми шумами. К тому-же в сети есть положительные отзывы о его применении совместно с данной серией ИОН’ов.

Заметки:

  • Рекомендуемый диапазон питания от 12В до 30В.
  • Рекомендуемая повторяемость установки напряжения питания +-0.1В или лучше. (в виду не нулевой зависимости Vout от Vcc, на моих экземплярах ~1.2 ppm/V)
  • Выходное напряжение зависит от экземпляра ИОН и от конкретного экземпляра делителя — обычно это около 10.6В.
  • Время выхода на рабочий режим ~10 минут. (время за которое все детальки прогреваются и выходное напряжение стабилизируется) Для ответственных измерений рекомендуется прогрев 30-60 минут.

В остальном, деталька типовая, и схема не отличается особой оригинальностью.

Сборка платы тоже довольно проста:

Можно дополнительно убрать его в платяной бокс чтобы увеличить инерционность реакции на изменение температуры окружающей среды и сгладить эффекты термо-ЭДС на разъемах. Такие боксы как и корпуса на фото продаются на Али. Все остальное покупается на DigiKey, Mouser, Arrow и у других нормальных поставщиков.

После упаковки его в корпус и утепления, мы получаем в точке установки делителя некоторый баланс температуры среды и температуры печки. Это меня несколько смущало, и наводило на сомнения, но тесты кратковременной стабильности на протяжении 14 часов в нормальных условиях лаборатории их развеяли:

Шум p-p: типично не превышает 13 мкВ (~1.3ppm)

Температурный коэффициент: практически не просматривается при работе в нормальных лаб. условиях.

Девиация Аллана показывает весьма не плохой результат по шумам во всей краткосрочной перспективе, и очень похоже, что замер уперся в noise floor примененного для измерения мультиметра.

Для сравнения привожу подобные замеры для Алишного аналога о котором я недавно писал.

Как можно видеть — просто несоразмерное гуано, даже при меньшем дрейфе температуры среды видно как испоганили опорник.

 

Долговременную стабильность данного решения мне предстоит еще проверить, но это займет значительное время.

Что касается финансового вопроса, то по состоянию на лето 2019-го года сборка одного экземпляра такого опорника обходится в 2000-2400 рублей и занимает ровно один вечер. Что совсем незначительно дороже Алишного гуано, но при этом дешевле демо-китов 2095A-C.

Типичные решаемые задачи:
  • Перекол калибровки настройки 10V Gain между двумя мультиметрами.
  • Трансфер меры напряжения.
  • Малошумящий источник напряжения.
  • Опорный источник для прецизионных ЦАП/АЦП.
  • Источник высоко-стабильного напряжения для последующего синтеза его в ток или масштабирования в разные опорные напряжения.

Плату желающие могут заказать тут:  Order from OSH Park