Referencia de voltaje - Voltage reference

Una referencia de voltaje es un dispositivo electrónico que idealmente produce un voltaje fijo (constante) independientemente de la carga en el dispositivo, las variaciones de la fuente de alimentación, los cambios de temperatura y el paso del tiempo. Las referencias de voltaje se utilizan en fuentes de alimentación , convertidores de analógico a digital , convertidores de digital a analógico y otros sistemas de medición y control. Las referencias de voltaje varían ampliamente en rendimiento; un regulador para una fuente de alimentación de computadora solo puede mantener su valor dentro de un pequeño porcentaje del valor nominal, mientras que los estándares de voltaje de laboratorio tienen precisiones y estabilidad medidas en partes por millón .

En metrología

Las primeras referencias o estándares de voltaje fueron celdas químicas húmedas como la celda Clark y la celda Weston , que todavía se utilizan en algunas aplicaciones de laboratorio y calibración.

Los estándares de voltaje de estado sólido secundario de diodo Zener de grado de laboratorio utilizados en metrología se pueden construir con una desviación de aproximadamente 1 parte por millón por año.

El valor del voltio " convencional " ahora se mantiene mediante circuitos integrados superconductores que utilizan el efecto Josephson para obtener un voltaje con una precisión de 1 parte por mil millones o mejor, el voltaje estándar de Josephson . El artículo titulado "Posibles nuevos efectos en los túneles superconductores", fue publicado por Brian David Josephson en 1962 y le valió a Josephson el Premio Nobel de Física en 1973.

Anteriormente, las baterías de mercurio se utilizan mucho como referencias de tensión convenientes, especialmente en instrumentos portátiles como fotográficos medidores de luz ; Las baterías de mercurio tuvieron un voltaje de descarga muy estable durante su vida útil.

Dispositivos de estado sólido

Cualquier diodo semiconductor tiene una característica de voltaje / corriente exponencial que proporciona un voltaje de "rodilla" efectivo que a veces se usa como referencia de voltaje. Este voltaje varía desde 0,3 V para diodos de germanio hasta aproximadamente 3 voltios para ciertos diodos emisores de luz . Estos dispositivos tienen una fuerte dependencia de la temperatura, lo que puede hacerlos útiles para la medición de temperatura o para compensar el sesgo en circuitos analógicos.

Los diodos Zener también se utilizan con frecuencia para proporcionar un voltaje de referencia de estabilidad y precisión moderadas, útil para muchos dispositivos electrónicos. Un diodo de avalancha muestra un voltaje estable similar en un rango de corriente. Los diodos más estables de este tipo se fabrican compensando la temperatura de un diodo Zener colocándolo en serie con un diodo directo; Dichos diodos se fabrican como dispositivos de dos terminales, por ejemplo, la serie 1N821 que tiene una caída de voltaje total de 6,2 V a 7,5 mA, pero a veces también se incluyen en circuitos integrados.

El circuito de referencia de voltaje más común utilizado en circuitos integrados es la referencia de voltaje de banda prohibida . Una referencia basada en banda prohibida (comúnmente llamada simplemente "banda prohibida") utiliza circuitos analógicos para agregar un múltiplo de la diferencia de voltaje entre dos uniones bipolares polarizadas a diferentes densidades de corriente al voltaje desarrollado a través de un diodo. El voltaje del diodo tiene un coeficiente de temperatura negativo (es decir, disminuye al aumentar la temperatura) y la diferencia de voltaje de unión tiene un coeficiente de temperatura positivo. Cuando se agrega en la proporción requerida para hacer que estos coeficientes se cancelen, el valor constante resultante es un voltaje igual al voltaje de banda prohibida del semiconductor. En silicio , esto es aproximadamente 1,25 V. Las referencias de Buried-Zener pueden proporcionar niveles de ruido aún más bajos, pero requieren voltajes de funcionamiento más altos que no están disponibles en muchos dispositivos que funcionan con baterías.

Dispositivos llenos de gas

Los tubos llenos de gas y las lámparas de neón también se han utilizado como referencia de voltaje, principalmente en equipos basados ​​en tubos, ya que el voltaje necesario para mantener la descarga de gas es comparativamente constante. Por ejemplo, el popular " tubo regulador de voltaje " RCA 991 es una lámpara de neón NE-16 que se enciende a 87 voltios y luego mantiene entre 48 y 67 voltios en la trayectoria de descarga.

Ver también

Referencias

  1. ^ Manfred Kochsiek, Michael Gläser, Manual de metrología , Wiley-VCH, 2010 ISBN   3-527-40666-2 p. 289
  2. ^ Hoja de datos del tubo regulador de voltaje RCA 991

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