Una referencia de voltaje es un dispositivo electrónico que idealmente produce un voltaje fijo (constante) independientemente de la carga del dispositivo, las variaciones del suministro de energía, los cambios de temperatura y el paso del tiempo. Las referencias de voltaje se utilizan en fuentes de alimentación , convertidores analógico-digital , convertidores digital-analógico y otros sistemas de medición y control. Las referencias de voltaje varían ampliamente en cuanto a rendimiento; un regulador para la fuente de alimentación de una computadora puede mantener su valor sólo dentro de un pequeño porcentaje del valor nominal, mientras que los estándares de voltaje de laboratorio tienen precisiones y estabilidad medidas en partes por millón .
Las primeras referencias o estándares de voltaje fueron celdas de productos químicos húmedos, como la celda de Clark y la celda de Weston , que todavía se utilizan en algunas aplicaciones de laboratorio y calibración.
Los estándares de voltaje de estado sólido secundario de diodo Zener de grado de laboratorio utilizados en metrología se pueden construir con una deriva de aproximadamente 1 parte por millón por año. [1]
El valor del voltio " convencional " ahora se mantiene mediante circuitos integrados superconductores que utilizan el efecto Josephson para obtener un voltaje con una precisión de 1 parte por mil millones o mejor, el estándar de voltaje Josephson . El artículo titulado "Posibles nuevos efectos en los túneles superconductores" fue publicado por Brian David Josephson en 1962 y le valió a Josephson el Premio Nobel de Física en 1973.
Antiguamente, las baterías de mercurio se utilizaban mucho como referencias de voltaje convenientes, especialmente en instrumentos portátiles como los fotómetros fotográficos ; Las baterías de mercurio tenían un voltaje de descarga muy estable durante su vida útil.
Cualquier diodo semiconductor tiene una característica exponencial de corriente-voltaje que puede verse como si tuviera un voltaje " rodilla ", a veces utilizado como una referencia de voltaje imprecisa. Las hojas de datos pueden indicar una caída de voltaje directo en una corriente "activada" especificada. Este voltaje ronda los 0,3 V para los diodos de germanio , entre 0,6 V y 0,7 V para los diodos de silicio y entre 1,6 V (rojo) y 4 V (violeta) para los diodos emisores de luz visible . Estos dispositivos tienen una fuerte dependencia de la temperatura, lo que puede hacerlos útiles para medir la temperatura o para compensar la polarización en circuitos analógicos.
Los diodos Zener también se utilizan con frecuencia para proporcionar un voltaje de referencia de estabilidad y precisión moderadas, útil para muchos dispositivos electrónicos. Un diodo de avalancha muestra un voltaje estable similar en un rango de corriente. Los diodos más estables de este tipo se fabrican compensando la temperatura de un diodo Zener colocándolo en serie con un diodo directo; Dichos diodos se fabrican como dispositivos de dos terminales, por ejemplo, la serie 1N821 que tiene una caída de voltaje total de 6,2 V a 7,5 mA, pero a veces también se incluyen en circuitos integrados.
El circuito de referencia de voltaje más común utilizado en circuitos integrados es la referencia de voltaje de banda prohibida . Una referencia basada en banda prohibida (comúnmente llamada simplemente "banda prohibida") utiliza circuitos analógicos para sumar un múltiplo de la diferencia de voltaje entre dos uniones bipolares polarizadas a diferentes densidades de corriente al voltaje desarrollado a través de un diodo. El voltaje del diodo tiene un coeficiente de temperatura negativo (es decir, disminuye al aumentar la temperatura) y la diferencia de voltaje de la unión tiene un coeficiente de temperatura positivo. Cuando se suma en la proporción requerida para cancelar estos coeficientes, el valor constante resultante es un voltaje igual al voltaje de banda prohibida del semiconductor. En silicio , esto es aproximadamente 1,25 V. Las referencias Buried-Zener pueden proporcionar niveles de ruido aún más bajos, pero requieren voltajes de funcionamiento más altos que no están disponibles en muchos dispositivos que funcionan con baterías.
Los tubos llenos de gas y las lámparas de neón también se han utilizado como referencias de voltaje, principalmente en equipos basados en tubos, ya que el voltaje necesario para sostener la descarga de gas es comparativamente constante. Por ejemplo, el popular " tubo regulador de voltaje " RCA 991 [2] es una lámpara de neón NE-16 que dispara a 87 voltios y luego mantiene entre 48 y 67 voltios en todo el recorrido de descarga.