Spanningsreferentie

Een spanningsreferentie is een elektronische component of schakeling die een constante DC (gelijkstroom) uitgangsspanning produceert ongeacht variaties in externe omstandigheden zoals temperatuur, barometrische druk, vochtigheid, stroombehoefte, of het verstrijken van de tijd.

De vroegste spanningsreferenties waren elektrochemische componenten, met name de Weston-standaardcel en de loodzuurcel. De Weston cel bevatte twee elektroden ondergedompeld in een oplossing van cadmiumsulfaat, en produceerde een voorspelbare 1,018 volt gelijkstroom bij kamertemperatuur. Een loodzuurcel, die vandaag de dag nog steeds in auto's en noodstroomtoepassingen wordt gebruikt, bevat een oplossing van zwavelzuur en produceert 2,1 volt gelijkstroom bij kamertemperatuur. Het grootste probleem met alle elektrochemische cellen en batterijen, wanneer zij gedwongen worden als spanningsreferenties te dienen, ligt in het feit dat de uitgangsspanning varieert naar gelang van de stroombehoefte. In het algemeen is het zo dat wanneer de cel of batterij meer stroom moet leveren, de uitgangsspanning daalt als gevolg van de eigen inwendige weerstand.

Eenvoudige hedendaagse spanningsreferenties berusten op halfgeleidercomponenten die bekend staan als Zener diodes. Wanneer een bepaalde minimale hoeveelheid stroom door een Zener-diode gaat, ontstaat er een voorspelbare spanning overheen, en deze spanning (de lawinespanning of Zenerspanning genoemd) blijft gelijk als de stroom blijft toenemen. De exacte spanning hangt af van het ontwerp van het apparaat, en kan variëren van ongeveer 1 volt tot meer dan 100 volt. Meer gesofisticeerde spanningsreferenties maken gebruik van de eigenschappen van verbindingen tussen specifieke halfgeleidermaterialen, waarbij veelvouden van de spanningen tussen deze materialen worden vergeleken met de spanning die wordt ontwikkeld over een conventionele halfgeleiderdiode. Deze apparaten worden bandgap spanningsreferenties genoemd.

Voltage-referenties worden gebruikt in de voedingen van allerlei elektronische precisie-apparatuur, met name systemen waarvan de prestaties sterk worden beïnvloed door kleine veranderingen in de spanning die erop wordt toegepast. Personal computers en randapparatuur kunnen een redelijke mate van spanningsschommeling verdragen (tot enkele procenten boven of onder de nominale waarde), evenals de meeste consumentencommunicatie-apparatuur. Wetenschappelijke en medische laboratoriumapparatuur kan spanningsschommelingen verdragen van slechts een fractie van één procent boven of onder de nominale waarde.