Hier gibt es eine Bauanleitung für einen 10V DC Reference Standard mit einer Genauigkeit von 0,0005%.
Herzstück ist eine Zenerdiode vom Typ 1N929A. diese wird mit einem Zener-Strom von 7,5mA betrieben. Die Herstellerdaten sind sehr interessant. Für die 1N929A (beste Diode aus der Reihe 1N92x) wird ein TK von 5ppm/K angegeben.
Leider sagt das Datenblatt nichts über die Langzeitstabilität. Aber die Diode wurde u.a. in den 6 und 7 stelligen Datron-Labormultimetern der Reihe 1065-1081 eingesetzt. Meine umfangreichen Erfahrungen mit den Geräten zeigte mir, dass die Langzeitstabilität und der TK ausgezeichnet sind. Ebenso gut würde sich auch die schon mal vorgestellte MZ610 dafür eignen.
Die Performance der hier vorgestellten Schaltung ist natürlich stark abhängig von den verwendeten Bauteilen. Im Besonderen sind das die Widerstände des Spannungsteilers und der Widerstand für den Referenzstrom (500R). Am besten eignen sich natürlich die guten Metallfolien-Widerstände, sind aber auch entsprechend teuer. Auch bei diesen Bauteilen ist wieder die Langzeitstabilität und der TK das Kriterium. Daher sollten für den Spannungsteiler mindestens Metallfilm Typen mit einem TK von max. 50ppm eingesetzt werden. Da die Widerstände sich in einem kleinen Wertebereich befinden, wird sich der TK des Spannungsteilers nicht sehr stark auf die Stabilität auswirken. Das haben meine praktischen Versuche gezeigt. Ich habe die Widerstände aus einem E96 Sortiment verwendet, dadurch hat man eine sehr feine Abstufung der möglichen Werte. Das Leiterplatten-Layout ist so gehalten, dass man Korrekturwiderstände einfügen kann.
Wie werden die Spannungsteiler-Werte ermittelt? Zuerst messen wir die Zenerdiode aus. Dazu stecken wir die Diode auf ein Breadboard (Experimentierboard) und schließen die Diode über einen 500 Ohm Trimm-Widerstand + 100 Ohm widerstand in Reihe, an eine DC-Spannungsquelle mit 10V (+/- 1%) an. In die Plusleitung wird ein Amper-Meter geschaltet. Dieses sollte einen Strom von 7,5 mA (+/- 0,1%) anzeigen. Die 10V messen wir hinter dem Amper-Meter, da dieses natürlich auch einen Widerstand aufweist, der sich zu den 500 Ohm addiert. Sollten keine 7,5 mA fließen, müssen wir den 500 Ohm verändern. Wer die Möglichkeit hat einen Konstantstrom in der geforderten Genauigkeit zu generieren, kann die Methode dadurch vereinfachen. Ziel ist, die Zener-Spannung bei diesem Strom zu ermitteln. Wenn wir die erste Methode verwenden, erhalten wir gleich den Wert des benötigten Vorwiderstandes.
Mit der ausgemessenen Zener-Spannung haben wir den Spannungswert, den der Spannungsteiler zur Verfügung stellen muss. Der Gesamtwiderstand des Spannungsteilers beträgt ca. 10 KOhm. Bei 10V fließen durch den Spannungsteiler 1mA. Damit berechnen wir die Widerstände des Spannungsteilers. Am kalten Ende wird der Widerstand etwa 6,2K und am heißen Ende etwa 3,8K betragen (abhängig von der Zenerspannung). Beide Widerstände verringern wir um ca. 200 Ohm, so dass wir noch ein paar Korrekturwidertände einfügen können. Der Regelbereich des Einstellreglers sollte so gering wie möglich sein, um so besser lassen sich die 10V einstellen und um so besser ist auch die Langzeitstabilität.
Am Ausgang sind noch zwei Transistoren geschaltet, die zum einen den Strom auf max. 10 mA begrenzen und außerdem den Innenwiderstand der Ausgangsspannungsquelle verringern.
Sinnvoll ist es, die gesamte Schaltung in ein kleines Weißblech-Gehäuse zu bauen um eine gute Abschirmung herzustellen und die Schaltung vor Zugluft zu schützen.
Es gibt von diesem Projekt ein kleines Video bei Youtube
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