LM4040, LM385 и REF30xx — чем отличаются опорные источники напряжения и как выбрать под схему?

Три типа опорных источников

Что стоит за буквой в LM4040

Почему суммарная ошибка больше начальной

Начальная точность — это разброс напряжения между приборами одной партии, измеренный при 25 °C. Суммарная погрешность за весь температурный диапазон складывается из неё и дрейфа, и вот из-за этого число «±0,1 %» в даташите часто выглядит обманчиво: за весь промышленный диапазон от -40 до +85 °C группа A уходит уже до ±0,75 %. Практический вывод: если в схеме важна не начальная точность, а стабильность напряжения во времени и по температуре, смотрят на суммарную величину и температурный коэффициент, а не только на букву группы. Для опорного напряжения 2,5 В группа A даёт отклонение около ±19 мВ во всём диапазоне, и это уже сопоставимо с точностью 12-разрядного АЦП.

Отдельно стоит отметить, что у LM385 температурная характеристика нелинейна: перегиб в области около 40 °C плюс гистерезис около 2 мВ при термоциклировании. Для LM4040 этот эффект выражен слабее, и приведённые ppm/°C близки к линейной оценке на всём диапазоне.

Минимальный рабочий ток: главное отличие LM385

Шунтовый источник напряжения поддерживает своё выходное напряжение только пока через него течёт ток. У LM4040 в младших номиналах этот ток мал: по данным производителя рабочий ток составляет от 60 мкА на номинале 2,5 В до 100 мкА на 10 В. У LM385 требование жёстче — порядка 1 мА. На первый взгляд разница в десятки раз кажется мелочью, но в схеме с потреблением по единицам микроампер она превращается в основной параметр выбора: источник, который сам потребляет больше, чем вся остальная схема, попросту непригоден.

Отсюда практическое правило: при питании от батареи или от тока датчика берут LM4040 либо последовательный REF30xx, а LM385 оставляют для случаев, где потребление не критично, — например, в измерительном тракте с питанием от сети. Регулируемые версии LM385 (с выводами под внешний резистор, от 1,2 до 4,0 В) удобны там, где опорное напряжение нужно менять в широком диапазоне, но это уже другой прибор по схеме включения.

REF30xx не встаёт на место LM4040

REF30xx устроен принципиально иначе: у него три вывода — вход питания, земля и выход. Он выдаёт опорное напряжение относительно земли, умеет как отдавать ток в нагрузку, так и принимать его обратно, и при этом не требует внешнего выходного конденсатора для стабилизации. У шунтовых LM4040 и LM385 выводы — катод, анод и неиспользуемый, а сама работа требует последовательного резистора, чтобы задать ток. Схемы включения у них разные, и выводы не совпадают, поэтому замена одного на другой — это переделка, а не перестановка детали.

При выборе между ними ориентируются на три вещи. Первая — ток нагрузки: если от опорного источника питается измерительный тракт, последовательный REF30xx удобнее, потому что шунтовый прибор не сможет отдать ток в нагрузку без дополнительной обвязки. Вторая — потребление: 42 мкА у REF30xx сопоставимо с LM4040 в младших номиналах и кратно лучше LM385. Третья — шум: у REF30xx шум 28 мкВ размахом в полосе 0,1–10 Гц и 80 мкВ RMS в полосе 10 Гц–10 кГц, у шунтовых LM4040 шум в низкочастотной области ниже, и это иногда важнее входного тока.

Одна и та же деталь под двумя именами

У опорных источников напряжения особенно ярко проявляется расхождение в оформлении наименования между производителями, и это прямо мешает искать и заказывать. Один и тот же прибор — LM4040 класса A на 4,096 В в корпусе SOT-23 — в каталоге производителя записывается как LM4040A41IDBZR, где «41» — код напряжения 4,096 В, «I» — промышленный температурный диапазон, «DBZ» — корпус SOT-23, а «R» — упаковка в ленту. В обозначениях вторых поставщиков то же самое выглядит как LM4040AIM3-4.1: здесь «I» — температурный диапазон, «M3» — корпус SOT-23, а «4.1» — напряжение, округлённое до одной десятой.

На первый взгляд это мелочь оформления, но практическое следствие прямое: поиск по одному написанию не находит другое, и заявка «LM4040AIM3-4.1» не совпадёт с «LM4040A41IDBZR» в автоматической обработке позиций, хотя это одна и та же деталь. Поэтому при работе с опорными источниками номинал сверяют по цифрам в обеих системах записи, а замену ищут сразу по обоим написаниям. То же касается LM385: написание вроде LM385BPWG4-2-5 (B — группа точности, PW — корпус TSSOP, G4 — бессвинцовая упаковка, 2-5 — 2,5 В) и LM385BZ-2.5 (Z — корпус TO-92) описывают приборы с разными корпусами, хотя напряжение и группа совпадают.

Ловушка SOT-23: третий вывод — это диод

У LM4040 в корпусе SOT-23 третий вывод — это площадка кристалла, и к нему всегда подключён паразитный шоттки-диод. Если оставить этот вывод висящим, диод окажется в цепи и будет давать утечку и нестабильность в зависимости от того, как он случайно «поведёт себя» на плате. Правильное включение — разомкнуть вывод или соединить его со вторым выводом, то есть с анодом. Для корпуса SC-70 то же самое относится ко второму выводу относительно первого.

Это из тех деталей, которые не видны на схеме и не выводятся из логики «нужен номинал», поэтому при замене опорного источника на плате проверяют именно этот вывод — иначе прибор будет работать, но с шумом и дрейфом хуже паспортных, а причину найти не удастся.

Что проверять при заказе

1. 01 Тип прибора: шунтовый (LM4040, LM385) или последовательный (REF30xx) — от этого зависит вся схема включения.
2. 02 Группа точности: буква в наименовании, а для LM4040 — и суммарная погрешность по температуре, а не только начальная.
3. 03 Номинал напряжения: 2,048 / 2,5 / 3,0 / 4,096 / 5,0 / 8,192 / 10 В у LM4040; 1,25 / 2,048 / 2,5 / 3,0 / 3,3 / 4,096 В у REF30xx.
4. 04 Корпус: SOT-23, SC-70 или TO-92 — при смене корпуса меняется и посадка, и то, как разводится третий вывод.
5. 05 Минимальный рабочий ток и резистор последовательно с шунтовым прибором, если потребление схемы близко к нулю.
6. 06 Написание номинала в двух системах записи, чтобы одна и та же деталь находилась и по «41», и по «4.1».

Частые вопросы

• Чем заменить LM4040 — REF30xx, если схема позволяет последовательный тип и не нужна особая низкочастотная шумность; цоколёвка при этом другая.
• Можно ли поставить LM385 вместо LM4040 — по напряжению да, но LM385 требует около 1 мА и грубее по точности.
• Что значит буква в LM4040 — класс точности: A ±0,1 %, B ±0,2 %, C ±0,5 %, D ±1,0 %.
• Чем LM4040 отличается от обычного стабилитрона — точностью и стабильностью: у него нормированы и разброс по партии, и температурный коэффициент.
• Где применяют опорные источники — АЦП, измерительные усилители, компараторы, стабилизаторы, где нужно опорное напряжение с известной погрешностью.