详解LM399电压基准的制作

iMetr · 发表于 2023-10-30 10:30:46

[前言]
前段时间购入了一台6位半万用表后，就一直想做一个LM399的基准，毕竟买的是二手的，准不准还得用基准验证下，不然就算是六位半也得变烧火棍了，陆续购入了大部分零件，现记录下制作过程。

[LM399介绍]

LM399是ADI(亚德诺)生产的一款超低温漂电压基准，在0-70°下典型温漂只有0.3PPM,最大温漂2PPM，大量用于各种6位半万用表，电路简单，价格也不算贵，算是最适合DIY的高稳定性基准了

[电路设计]

根据LM399手册,LM399工作电压9-40V,恒温电路最大工作电流600mA,内部齐纳稳压管最小稳定电流1mA,根据手上现有的24V交流输出变压器计算，24V交流整流后直流电压35V左右，使用LM7824降压到24V后，使用10k的EE模压电阻对内部齐纳稳压管限流，此时内部齐纳稳压管工作电流2.4mA,大于最小1mA的工作电流，LM7824上的压降11V,最大600mA电流时功耗6.6W左右，虽然看起来功耗有些大，但恒温电路的最大电流只会持续十几秒，温度稳定后电流只有100多mA,加上散热片后完全没问题，电路就按照手册中第五页的应用电路图稍加修改,取消了电路中的分压电阻和微调电阻，毕竟LM399最小温漂才0.3PPM,要找到温漂一样小的电阻可不容易，

修改后得出以下电路，交流电压整流滤波后给LM7824稳压并滤波，然后输入到LM399和LT1001,LM399输入输出均添加一个68nf的CBB电容滤波，LT1001输入前使用RC电路滤波，反馈环路添加电阻和电容使输出更加稳定，

PCB布局：

PCB的3D仿真图：

[电路焊接]

电路板：

焊接好的电路板：

精密电阻特写

尼吉康的滤波电容

LT1001

电路图背面

[上电测试]

使用可调电源将输出电压设置为24V，输出电流设置为100mA,这样可以避免电路有问题导致烧毁元器件

打开输出后观察电压电流表头的电流曲线，可以看到电流持续一段时间后就下降到22mA左右，说明电路工作正常

将可调电源输出设置为25.2V,打开输出，观察输入不同电压是否对LM399的输出有影响,并通过电压电流表头观察启动电压和电流

启动时电压被拉低到12V,电流限制在100mA内

启动完成后电压恢复到设置的输出电压，电流快速下降，黄色线条为电流

最终稳定在18ma左右

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iMetr · 发表于 2023-10-30 10:37:59

本帖最后由 iMetr 于 2023-10-30 11:07 编辑

[稳定性测试]

将LM399接入充分热机后的6位半万用表，使用软件记录电压值，观察LM399输出是否稳定
可以看到输出电压虽然些波动，但总体是接近不变的，这也符合LM399高输出噪声的特性，

[总结]
经测试，此LM399基准符合设计要求，可以用来验证6位半万用表的准确性，将LM399基准热机24小时后接入万用表，此时可认为LM399的输出电压是几乎不变的，观察六位半万用表的电压变化，可认为此变化完全是万用表自身的变化，与基准无关，下图是6位半万用表冷机启动的电压变化过程

iMetr · 发表于 2023-10-30 10:42:10

PCB文件如下，已验证，可直接使用：

hilljanet123 · 发表于 2023-10-30 11:53:10

基准的负载能力很弱，需要运放扩流？降阻？隔离？跟随？

iMetr · 发表于 2023-10-30 11:55:52

hilljanet123 发表于 2023-10-30 11:53
基准的负载能力很弱，需要运放扩流？降阻？隔离？跟随？

是的，不加缓冲接入万用表电压会掉一点，加了就没事了

nm7758521 · 发表于 2023-10-30 12:43:24

那个显示电流的不错，也是自己diy的？

iMetr · 发表于 2023-10-30 12:51:51

本帖最后由 iMetr 于 2023-10-30 13:20 编辑

nm7758521 发表于 2023-10-30 12:43
那个显示电流的不错，也是自己diy的？

是的，下重本做了几个，热机后和6位半基本不差

jxcnj · 发表于 2023-10-30 13:01:11

高手，不过我更感兴趣，楼主是干什么的，买6位表

alangxl · 发表于 2023-10-30 13:17:28

这热个机得几个小时么？

iMetr · 发表于 2023-10-30 13:24:09

jxcnj 发表于 2023-10-30 13:01
高手，不过我更感兴趣，楼主是干什么的，买6位表

六位半很多人都有，二手的也不贵啊

iMetr · 发表于 2023-10-30 13:25:35

alangxl 发表于 2023-10-30 13:17
这热个机得几个小时么？

LM399是准备一直通电的，这样才准，功率才1-2W，一直通电也没事

qq59113 · 发表于 2023-10-30 13:31:45

有网盘吗

sdaviy · 发表于 2023-10-30 13:36:54

精致，不错啊

iMetr · 发表于 2023-10-30 13:40:36

qq59113 发表于 2023-10-30 13:31
有网盘吗

没有，我没设置下载要积分，结果显示要55积分

pllcai · 发表于 2023-10-30 14:09:03

不懂，为什么不用BUF隔一下，还有加个恒温槽也不费劲吧。

pllcai · 发表于 2023-10-30 14:10:14

不懂，为什么不用BUF隔一下，还有加个恒温槽也不费劲吧。

天使之音 · 发表于 2023-10-30 14:38:07

颜值很高！
那个曲线的表头是啥？

iMetr · 发表于 2023-10-30 14:39:09

天使之音发表于 2023-10-30 14:38
颜值很高！
那个曲线的表头是啥？

那是自己做的表头

ljlj2001 · 发表于 2023-10-30 14:44:06

就羡慕这些会制作的不错

Google Earth · 发表于 2023-10-30 16:08:49

PCB的上LM399四周那种开槽是怎样画的

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