Источник опорного напряжения 10В на стабилитроне КС191У

Собрал схему источника опорного напряжения 10В на стабилитроне КС191У. Для регулировки тока через стабилитрон использован прецизионный операционный усилитель OP07CP от Texas Instruments.

При питании схемы от 12В до 36В через стабилитрон протекает ток около 10мА и он остаётся постоянным на всём диапазоне питающего напряжения. При 25°C в комнате измеренное напряжение стабилизации моего экземпляра КС191У  получилось 9.0160В, напряжение на выходе схемы 10.0021В.

В документации на стабилитрон указан температурный коэффициент напряжения стабилизации 10ppm/°C (примерно 90мкВ/°C).

Поскольку не только стабилитрон меняет свои характеристики с ростом температуры, но и остальные компоненты в схеме (причём где-то в сторону увеличения, а где-то в сторону уменьшения), то для проверки температурного дрейфа нагрел схему при помощи фена до 45°C - напряжение на выходе увеличилось до 10.0026В.

Таким образом температурный коэффициент напряжения стабилизации всей схемы

(10.0026 - 10.0021) / (45 - 25) / 10.0021 * 10^6 = 2.499475 или примерно 2.5ppm/°C

Использованный способ измерения скорее всего даёт большую погрешность (разные части схемы нагрелись до разной температуры, погрешность измерения температуры мультиметром и прочее), но в отсутствии термокамеры это хороший результат для схемы собранной на макетной плате.

Измерил использованные сопротивления резисторов R2 и R3 - получилось 9126 Ом и 997 Ом соответственно. Подбирая номинал R3 можно добиться более точного напряжения на выходе.

Для сравнения собрал аналогичную схему на LM4040AIM3-2.5 (2.5В, 100ppm/°C). Операционный усилитель тот же OP07CP, но номиналы резисторов такие: R1 = 1.5k, R2=1k, R3=3k. При этом ток через LM4040 примерно 5мА.

После 15 минут "прогрева" на выходе операционного усилителя напряжение "плавает" от 10.0031В до 10.0059В при 25°C в комнате. Сравнивать с TL431 можно и не пытаться, т.к. для неё заявлено типичное отклонение напряжения стабилизации 6мВ/°C (до максимум 16мВ/°C).

Для улучшения температурной стабильности ИОН нужно поместить в термокамеру в которой будет поддерживаться постоянная температура. Судя по документации на КС191У такой температурой является 60°C

Например к корпусу стабилитрона прикрепляется термистор и всё это обматывается нагревателем из нихромовой проволоки. Ток через такой нагреватель регулирует отдельный операционный усилитель вроде LM358, который поддерживает температуру термистора 60°C. Важным условием является отдельное силовое питание для такого нагревателя. Вся конструкция такого ИОН должна помещаться в термокамеру с теплоизоляцией стенок. Ещё лучше чтобы стенки были проводящими для защиты от помех извне.

Это если много свободного времени и хочется идти по сложному пути, а для всех остальных существуют LM399, ADR01, LTZ1000 и прочие.