Para trabajar con lecturas de ADC hacen falta una referencia, es decir un valor en el cual nuestro ADC se puede basar para tomar medidas. Cuanto mejor sea esta referencia, mejor serán nuestras medidas. En general queremos que nuestras referencias sean:

  • Inmunes al cambio de temperatura
  • Independiente de variaciones en el voltaje de entrada
  • Estables con el tiempo

En general existen referencias muy buenas LTZ1000a (en mouser), pero que sin embargo se van de precio, solo los componentes necesarios para hacerte una PCB y usar la LTZ1000a pueden ser cerca de 150-200€. Y aquí ni queremos ni podemos, permitirnos esos precios para una referencia de voltaje. Así que lo que vamos a ver es cómo podemos obtener una referencia de volaje suficientemente buena para nuestros proyectos de bajo coste.

Materiales necesarios

Reguladores de voltaje

Foto de un mosfet genérico

Seguramente se os haya ocurrido usar los reguladores de voltaje como referencias de voltaje, total, es lo que hacen, ¿no? entra un voltaje y, en teoría, sale un voltaje fijo a la salida independiente de la entrada. Entre estos chips nos podemos encontrar los típicos: 7805, 7812, LM1117. Suelen tener versiones para 3v3, 5v y 12 voltios entre otros.

Aunque a priori pueda parecer una buena idea, en general no lo es. Estos dispositivos están pensados para dar alimentación, así que pequeñas variaciones de unos cuantos mV son aceptables.

Pruebas con Reguladores de voltaje

Para probar si esto es verdad o no, he decidido hacer un pequeño experimento con el 7805 y viendo el voltaje a la salida. Para ello he probado con 7.5V y 11.5V y he observado los resultados.

Cómo podemos observar, tenemos un cambio a la salida de entre 4.74V y 4.97V. Además, al calentar el regulador, podemos ver cambios de unos pocos mV. Por lo tanto, si queremos una referencia estable, no podemos basarnos en un regulador de voltaje que puede cambiar hasta 300mV!

Referencias de voltaje

Las referencias de voltaje, como su nombre indica, si que están orientadas a ofrecer un voltaje más estable. Sin embargo, a diferencia de los reguladores, a estos dispositivos no les podemos pedir que nos den corriente. En nuestro caso vamos a hacer la prueba con un TL431. Estos chips son tan usados, que el precio el realmente ridículo, en el enlace que os he pasado son 87 centimos por 50 unidades!

En el datasheet hay varios ejemplos de circuitos que hacen uso del TL431, en nuestro caso vamos a ir por el camino sencillo, y vamos a usar el circuito más simple que tiene el TL431.

El circuito lo hemos sacado del datasheet del propio fabricante. Este esquema nos permite obtener en Vka el voltaje de regulación interno del TL431, en este caso 2.5V, independientes, en principio del voltaje de la entrada y la temperatura.

Para probar esto, he montado el circuito con una resistencia de 1K y he variado el voltaje de entrara Input, y he observado la salida. He de decir, que en realidad hay una pequeña variación, del orden de 1-2mV, al variar el voltaje de entrada. Por lo que no nos serviría del todo.

Circuito final con TL431 y 78L05

Visto lo visto, los reguladores no nos valen, porque tienen variaciones de varias decenas de mV de variación al cambiar el votlaje de entrada unos voltios. Y hemos visto que la referencia de voltaje TL431 cambia unos pocos mV por cada Voltio de cambio a la entrada…

Pero, ¿y si ponemos un 78L05 (uso la versión L porque no necesitamos mucha corriente y son mucho más baratos) y luego un TL431?. De esta manera:

  • El primer regulador el 78L05, nos regulará a un voltaje más o menos estable desde una entrada que puede ir desde los 7V a los 20V. Obteniendo una salida de 5V ± 500mV.
  • Si la salida anterior la pasamos a un regulador TL431, que tiene una variación mucho menor por V, y que además sabemos que la entrada va a variar ± 500mV, nos debería generar un voltaje muy estable a la salida, independiente de la entrada principal!

Circuito con el 78L05 seguido de un TL431 para regular.
Circuito final para nuestra referencia.

He probado a implementar este circuito y medir con el resultado para un par de voltajes y estos son los resultados. Con una variación a la entrada de 7.5V a 11.5V, no se aprecia ningún cambio en la salida! Es decir, tenemos una variación menor a 100uV!!

Y todo con un coste en materiales muy reducido, solo necesitamos:

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Gluón

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