В копилку схемотехнического опыта.
Несколько страниц назад (которые, к слову, я искал целых два вечера) уважаемый adver запостил описание и фотографию прототипа 10 вольтового ИОН на базе LM399 и PWM делителя, заменяющего труднодоступные и дорогие прецизионные резисторы:
viewtopic.php?p=3112844#p3112844
viewtopic.php?p=3113890#p3113890
Честно скажу, зная, как устроены промышленные программируемые калибраторы и меры с PWM, я поначалу скептически отнёсся к такой идее. Равно как и к попыткам на любительском уровне повторить подобные конструкции. Для оценки масштаба и трудоёмкости приведу пару фотографий с родственного ресурса. Это всего лишь однозначные меры с номиналом 10 В:
Однако, после новогоднего тестирования разработанной adver конструкции ИОН от моего скептического настроя не осталось и следа. ИОН работает, и не просто работает, а обеспечивает превосходные параметры.
Принципиальная схема аналоговой части ИОН
В схеме ИОН всего один резистор, который можно назвать прецизионным - это балластный R2. Но его допуск роли абсолютно не играет, а вклад его ТКС примерно в 4700-14000 раз меньше, чем температурный коэффициент LM399. Резистор R9 100 Ом изолирует выход ОУ от ёмкостной нагрузки (C5, C16). R1 обеспечивает начальное смещение ОУ и надёжный запуск ИОН в случае, если ОУ подвержен инверсии фазы.
Выбор ОУ U2 чрезвычайно широк, однако следует принимать в расчёт большой суммарный номинал резисторов ФНЧ в цепи ООС (300 кОм) в сочетании с входным током смещения ОУ и его температурной зависимостью.
Ключ U1 - наиболее критичный компонент, должен быть из группы прецизионных, с малыми Ron, временем переключения, инъекцией заряда и разумеется поддерживать режим Break-before-make.
Внешний вид и компоновка ИОН
Крошечный, приятного вида корпус наполовину пуст. В топологии печатной платы предусмотрены меры против многих подводных камней, стоящих на пути ppm-ной стабильности ИОН: вырезы в плате вокруг LM399 для снижения мощности, рассеиваемой подогревателем, защитное кольцо вокруг пути сигнала ООС и неинвертирующего входа ОУ, раздельные пути прямых и возвратных токов аналоговой и цифровой части и т.д.
Результаты тестирования
1) Выход на рабочий режим после холодного старта.
Стационарный режим устанавливается уже через 30 минут после запуска. Нестабильность за 15 часов не более 1 ppm. Однако обращает на себя внимание подозрительный размах напряжения шума (для сравнения приведён график напряжения ИОН на базе LTZ1000).
2) Температурный коэффициент выходного напряжения ИОН.
ТКН от -0,2 до -0,8 ppm/C в диапазоне от 33 до 50 градусов Цельсия - результат, превосходящий все мои ожидания
3) Выходное сопротивление ИОН.
0,1 Ом - вполне достаточно, чтобы забыть о том, какое входное сопротивление у вашего мультиметра.
4) Нестабильность при изменении напряжения питания.
-14.6 ppm/В - величина чувствительная, хотя и сопоставимая с соответствующей характеристикой многих интегральных ИОН. Так что питание лучше предусмотреть стабилизированное.
5) Переходная характеристика при изменении нагрузки ИОН.
Выброс почти на 1% от номинала вполне предсказуем, т.к. ИОН не буферированный. Не помешает в дальнейшем дополнить его выходным каскадом с повторителем на ОУ.
6) Размах напряжения шума в диапазоне 0,1-10 Гц.
2 мкВ п-п - превосходный результат, если бы не аномальные всплески до 5-6 мкВ.
7) Краткосрочная нестабильность.
Вот теперь всё становится на свои места. Всплески - это всего лишь проявление "взрывной" компоненты шума LM399.
