Amatorskie wzorce napięcia

Niektórzy elektronicy nie zwracają uwagi na to, z jaką dokładnością mierzą napięcie. Ufają przyrządom pomiarowym, którymi dziś są przede wszystkim cyfrowe multimetry. Jednak wielu elektroników chciałoby wiedzieć, jaka jest dokładność pomiaru napięcia. Do tego potrzebne są jakieś wzorce.

Przed laty, gdy podczas nauki w technikum wgłębiałem się w tajemnice elektroniki, dużym zaskoczeniem była dla mnie informacja, że w Związku Radzieckim produkowane są diody Zenera KC196 o napięciu nominalnym 9,6 V, które mają współczynnik cieplny 0,0005%/°C czy jak kto woli 5ppm/K. Wtedy nie mieściło mi się w głowie, że o finalnych parametrach większości wzorców napięcia decydują głównie właściwości użytych rezystorów, a nie półprzewodników. A dziś hobbysta może kupić jeszcze lepsze źródła napięcia wzorcowego, zarówno pojedyncze elementy, jak i gotowe moduły – przykłady na fotografii 1 (Aliexpress).

Zaskakująco tanio można kupić takie elementy i moduły w chińskich sklepach internetowych. Oczywiście nasuwa się szereg pytań co do autentyczności zastosowanych w nich układów scalonych i prawdziwości deklarowanych czy też oczekiwanych parametrów.

Otóż na potrzeby tego artykułu nabyłem w jednym ze sklepów Aliexpress moduł z układem LM399 (oraz LT1001), gdzie na pokrywce odręcznie opisane są wartości dostępnych napięć i to do piątego miejsca po przecinku. Obecność metalowej puszki – ekranu i zmierzone wartości napięć budziły nadzieję, że jest to naprawdę dokładne źródło napięcia!

Wcześniej nabyłem też dwa układy z kostką AD584. Tu metalowego ekranu nie ma, moduł zasadniczo nie budzi szczególnych oczekiwań, ale obecność markowych układów Analog Devices też daje nadzieję na dobre parametry.

Trzeci, najtańszy rodzaj takich modułów zawiera układ scalony TL431 lub LM385. Niezależnie od producenta, nie daje on szans na budowę naprawdę dokładnego i stabilnego wzorca napięcia. Nie chciałem marnować pieniędzy na zakup, natomiast „wygrzebałem” ze swoich bardzo starych zbiorów układzik z kostką LM385 1,2 V, na którym ponad 30 lat temu zrobiłem sobie prościutki wzorzec napięcia 1,000 V.

Niniejszy artykuł pokazuje test wymienionych modułów. Zawiera szereg bardzo cennych informacji praktycznych, ale nie usuwa wszystkich wątpliwości. Jeśli będzie zainteresowanie tematem (kontakt@piotr-gorecki.pl) wątpliwości dotyczące stabilności cieplnej możemy w ramach innego artykułu lub serii artykułów rozwiać po testach w komorze termicznej. A bardzo ważną kwestię stabilności długoterminowej z konieczności możemy zbadać dopiero po odpowiednio długim czasie.

Fotografia 2 pokazuje test modułu z układem LM399. Widoczna jest zmiana napięcia wyjściowego przy zmianie napięcia zasilania modułu. Jak widać, bardzo duża zmiana napięcia zasilania – aż o ±1 V – spowodowała zmiany napięcia wyjściowego tylko o ±0,2 mV czyli o 0,002% (20 ppm).

Napięcie zasilające zapewne będzie stabilizowane w zakresie nie gorszym niż 15 V ±0,1 V, co zaowocuje zmianami nie większymi niż ±0,0002% czyli 2 ppm. Jest dobrze!

Wartość napięcia i odchyłka od nominału 10 V nie są istotne. Chiński producent lub sprzedawca zamieścił na module informację o wartości napięcia 10,09379 V, co względem zmierzonej wartości 10,0926 V z fotografii 2 stanowi różnicę o 0,0118% czyli 118 ppm.

Na pierwszy rzut oka wygląda na to, że taki moduł zapewnia dokładność około 0,012%, więc mógłby z powodzeniem służyć do sprawdzania popularnych multimetrów, których deklarowana dokładność zwykle wynosi 0,05…1%.

Z kolei fotografia 3 pokazuje testy innego modułu, zawierającego układ AD584. Zworką wybiera się tam wielkość napięcia wyjściowego. Przy ustawieniu 2,5 V błąd wynosi –0,032% (–320 ppm), przy ustawieniu 5 V wynosi +0,039% (+390 ppm), przy 7,5 V tylko +0,0027% (+27 ppm), a przy 10 V: +0,025% (+250 ppm). Na pewno nie jest to rewelacja, ale zupełnie nieźle, jak na tę cenę – ja za dwa takie moduły w roku 2018 zapłaciłem w sumie mniej niż 20 złotych. Niestety, obecnie ceny są dużo wyższe.

(…)

——– ciach! ——–

To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się w numerze wrześniowym czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 9/2023). Czasopismo aktualnie nie ma wersji drukowanej na papierze. Wydawane jest w postaci elektronicznej (plików PDF). Niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 9/2023 znajduje się tutaj.

Piotr Górecki

Uwaga! Wskazówki, jak nabyć archiwalne numery znajdują się na stronie: https://piotr-gorecki.pl/n11