¿Por qué necesitamos muchas referencias de voltaje complejas cuando un zener puede hacer el trabajo?

Todas las referencias de tensión tienen una tolerancia y una deriva con el envejecimiento y la temperatura. Esta lista incluye diodos zener, referencias de voltaje en serie (como reguladores de voltaje) y referencias de derivación (como el zener normal). Así es como se ve un zener BZX84C: -

Tome el dispositivo 5V1: su rango de voltaje zener está entre 4,8 V y 5,4 V para una corriente zener de 5 mA; si pasa más corriente, algunos dispositivos superan el límite de 5,4 V; observe la columna marcada como "resistencia dinámica", esto también indica cómo este voltaje "perfecto" podría variar con un aumento en la corriente zener. Los dispositivos como el 7.5v son mucho mejores para regular, pero su deriva potencial es ligeramente mayor (ver la columna de coeficiente de temperatura). Para este tipo particular de zener, me gustaría, por una mejor calidad de regulación para elegir el dispositivo de 7,5 V. Tenga en cuenta también que a valores bajos de zener, la corriente de fuga y la resistencia dinámica y el coeficiente de temperatura no son muy buenos.

La columna del coeficiente de temperatura no es "partes por millón" sino cientos de partes por millón por ºC. Compare el humilde zener con (digamos) un ADR5041. Tiene una precisión inicial del 0,1% y un TC de 75ppm/ºC y hay mejores aparatos que este....

El LTC6655BHLS8-2.5 - tiene una deriva de temperatura de menos de 2ppm/ºC. Oye, cuesta mucho más, pero si quieres una referencia de voltaje precisa y confiable para tu 16 ADC, hazlo. Si desea mediciones precisas y confiables, necesita una referencia estable y precisa. Si solo desea evitar que la puerta de su MOSFET se dañe por sobretensión, no busque más que un diodo zener.

Algunas de las mejores referencias disponibles son en realidad zeners "enterrados" integrados en un arreglo al horno (por ejemplo, LTZ1000 ).

Las referencias más baratas y ruidosas a menudo se hacen con referencias de banda prohibida .

Los parámetros que varían entre las opciones de diseño incluyen:

1. Precisión inicial. ¿Necesita una precisión de +/-10 % o +/- 0,01 %?

2. Deriva con la temperatura o el tiempo. Si se trata de un circuito de polarización, es posible que esté satisfecho con un pequeño porcentaje de desviación con la temperatura. Si se trata de una referencia de multímetro de 6-1/2 dígitos, querrá un rendimiento considerablemente mejor, por debajo del rango de deriva de ppm/°C.

3. El consumo de energía. Si necesita una referencia de 1.25V para funcionar con 50uA de corriente, un diodo zener no lo cortará.

4. Ruido. Es posible que desee una referencia muy tranquila para un circuito de medición. O es posible que desee una fuente de ruido (se pueden usar zeners para eso).

5. Compatibilidad. Es posible que necesite una referencia que se pueda incorporar en un IC, tal vez un CMOS IC.

6. Precio. Puede tener $100 para gastar o 0.01 centavos.

7. Tensión de alimentación/salida. Los zeners son mejores alrededor de 6V. Son casi inútiles si solo tiene un voltaje de suministro de 5V o 3.3V.

8. Regulación de carga y línea.

Entre todas las opciones anteriores, hay miles de combinaciones, desde las humildes 1N4742 y TL431 , hasta las referencias de precisión más sofisticadas.

Más allá del mundo monolítico, existen referencias aún mejores, como el bloqueo de Coulomb y los dispositivos de unión de Josephson. En el extremo inferior, varias uniones de diodos o$V_{BE}$Se pueden usar multiplicadores .

Los zeners tienen tolerancias. Por lo general, no son lo que llamaría dispositivos de "precisión". Un zener de 6,4 voltios, por ejemplo, podría ser 6,4 +- 5%. También pueden derivar con la temperatura. Si necesita mejores tolerancias que esa, termina calificando sus zeners y descartando la mitad de ellos, o obtiene una referencia más precisa.