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LB-34 — RÉFÉRENCE DE TENSION MICROPUISSANCE
National Semiconductor — Linear Brief 34
Auteur : Hooman Hashemi
Publication originale : juin 1976
Réédition numérique : 2002/2003
Référence Texas Instruments : SNOA859
Traduction française ElectroCard — EC-LB34-1976 FR

1. OBJECTIF
La LB-34 décrit une référence de tension à faible consommation et à faible dérive thermique.
Le montage exploite une propriété particulière d’un transistor JFET : lorsqu’il est polarisé légèrement en dessous de sa tension de pincement, son courant de drain peut présenter un coefficient de température pratiquement nul.
Un amplificateur opérationnel micropuissance LM4250 convertit ensuite ce courant en une tension de référence réglable.

2. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
Le transistor JFET J1 est un 2N4118.
Le potentiomètre P1 règle sa tension grille-source afin de placer son courant de drain au voisinage du point de coefficient thermique nul.
Le courant du JFET est approximativement donné par :
ID1 = IDSS x (1 - VGS / VP)^2
Le LM4250 convertit ce courant en tension. La tension de référence est réglée par P2 et peut être estimée par :
VREF = ID1 x (P2' + R1 + R2)
Avec :
R2 = R3

3. PERFORMANCES ANNONCÉES
Avec les valeurs publiées par National Semiconductor :
- Tension de référence nominale : 10 V
- Coefficient de température : environ 0,002 %/°C
- Coefficient équivalent : environ 20 ppm/°C
- Variation à 10 V : environ 200 µV/°C
- Courant total consommé au repos : inférieur à 100 µA
La stabilité finale dépend toutefois du réglage de P1 et des caractéristiques individuelles du JFET.

4. VERSION DE BASE — FIGURE 2
Principaux composants et valeurs :
- J1 : 2N4118
- Amplificateur opérationnel : LM4250
- P1 : 250 kΩ, réglage de la dérive thermique
- P2 : 100 kΩ, réglage de VREF
- R1 : 300 kΩ
- R2 : 180 kΩ
- R3 : 180 kΩ
- RSET : 2 MΩ
- VREF nominale : 10 V
La consommation du LM4250 est programmée par RSET et dépend de la tension d’alimentation V+.

5. VERSION AMÉLIORÉE — FIGURE 3
La version améliorée ajoute un second JFET J2 de type 2N5639.
J2 permet d’alimenter le LM4250 à partir de la tension régulée. Les caractéristiques de l’amplificateur deviennent ainsi moins sensibles aux variations de l’alimentation non régulée.
La tension de référence peut être prélevée :
- sur le curseur de P2, avec une impédance de sortie relativement élevée ;
- sur la source de J2, avec une impédance de sortie beaucoup plus faible.
Principaux composants et valeurs :
- J1 : 2N4118
- J2 : 2N5639
- Amplificateur opérationnel : LM4250
- P1 : 250 kΩ
- P2 : 100 kΩ
- R1 : 240 kΩ
- R2 : 160 kΩ
- R3 : 160 kΩ
- RSET : 2 MΩ
- Alimentation du drain de J2 : 15 V

6. RÉGLAGE ET MISE AU POINT
Le réglage de P1 ne peut pas être effectué correctement à température ambiante uniquement.
Il faut mesurer VREF à au moins deux températures, après stabilisation thermique, puis ajuster P1 afin de minimiser sa variation.
P2 est ensuite utilisé pour régler précisément la tension de sortie.
Les deux réglages étant légèrement interdépendants, plusieurs cycles de réglage peuvent être nécessaires.
Le JFET J1 devra éventuellement être sélectionné afin que son point de coefficient thermique nul soit accessible dans la plage de réglage de P1.

7. DISPONIBILITÉ DES COMPOSANTS
Le LM4250 et le JFET 2N4118 sont aujourd’hui obsolètes et difficiles à trouver.
Références du LM4250 pouvant encore apparaître en stock ancien :
- LM4250CN ou LM4250CN/NOPB : boîtier DIP-8, plage commerciale
- LM4250CM/NOPB : boîtier CMS SOIC-8
- LM4250H : boîtier métallique TO-99, plage de -55 à +125 °C
Un amplificateur opérationnel moderne ne peut pas remplacer directement le LM4250. La programmation de son courant d’alimentation par RSET fait partie du fonctionnement du montage, particulièrement dans la version améliorée.
Le remplacement du 2N4118 doit également être étudié avec précaution. Les paramètres IDSS, VP et le point de coefficient thermique nul varient fortement selon le type de JFET et selon l’exemplaire utilisé.

8. CONCLUSION ELECTROCARD
Contrairement aux références de tension « bandgap » modernes, qui compensent les variations de température dans un circuit intégré, la LB-34 exploite directement les caractéristiques thermiques d’un composant discret.
Ce montage constitue un exemple remarquable de conception analogique micropuissance. Sa reproduction actuelle reste délicate en raison de la dispersion des JFET, du réglage thermique nécessaire et de l’obsolescence du LM4250 et du 2N4118.