加入收藏 | 设为首页 | 会员中心 | 我要投稿 | RSSRSS-巴斯仪表网
您当前的位置:首页 > 基准 > 电压基准

DIY高准确度电压基准

时间:2012-10-13  来源:38hot  作者:lymex

第四部分,我自己的计划

A、以LTZ1000为核心,至少做10块相同的独立的电路(板),每块实现LTZ1000的最佳表现,组合起来达到更高的要求。按照统计原理,4个组合可以把稳定度和噪音指标提高1倍,9个组合可以成3倍。

B、采用低温恒温,35度到40度之间,因此老化更小、噪音比指标还要好、掉电特性良好。
(甚至可以采取常温恒温,即恒温在25度C,用半导体制冷/加热一体,以便取得更好的性能)
温度漂移:0.05ppm/C(厂家指标)
老化2μV/sqrt(kh)(厂家指标)(折算后为1.0ppm/年以下,9个组合后0.5ppm/年左右)
噪音1.2μVp-p(厂家指标)(组合后0.4μVp-p,如果再加上降噪电路可进一步减少)。

C、用PhotoMos做一组开关,利用计算机 + USB-GPIB接口 + 3458A + 自编软件,进行自动参数测试
PhotoMos是一种性能优良的光电器件,类似光偶,有人叫光继电器。一边输入一个很小的直流电后,点亮了内部的LED,另一边有串联成组的光电池,把光转变成电压,驱动双向VMOS管,则电路导通。VMOS管具有开路漏电低(典型不到10pA)、开启后成阻性而无残压、导通电阻比较低的特点。有一款AQY212比较适合,导通电阻0.83欧。


图解过程。
鼻祖文章片段,1990年出自剑桥大学,LTZ1000出来不久后的测试结论。可以看到,温度越低则稳定性越好。更主要的是,这个器件在相对低的温度下不怕频繁启停,而且老化也非常低,大多在1ppm/年之内。这篇文章还包含了比较系统的测试方法。上传的图像


原始电路图(关键元件要求)
这个电路来自LTZ1000的数据表,电路并不太复杂,很多元件都是LTZ1000内部的,关键元件为R1到R5,其中R1和R4/R5最关键,每100ppm的变化会导致输出1ppm的变化,而R2和R3就不那么严重。实际上,通过我的测试(附图补充中文部分),R1变化对系统影响不大(只有原说明的1/7),R3的变化也非常小(1/7),但R2的变化影响就超出原来的说明。因此,3458A万用表基准,R2采用了普通电阻属于失策。没想到厂家的数据不仅没有任何余量,而且实际情况还要糟糕很多!
而我在实际应用中,很关键元件选用RJ711,关键与比较关键的选线绕,不关键的R3我也选了线绕(实际完全可以选0.1%金属膜的)。上传的图像



步骤1,面包实验板电路,验证用,已经完成使命。通过实际装配和测试,得到了核心器件的随各种外界条件(环境温度、恒温温度、电源电压、绝热情况)稳定性等关键指标,也通过改变外围器件,确定了这些器件到底在什么程度上影响总稳定度。


这个电路由于受接触电阻、接触电动势、元件选择的影响,一个月来稳定度大约是10ppm。

补充表格:输出电压最大和最小的差别为0.11mV,为15ppm,但那是发生在初期,大概是测试条件不是很理想(比如3458A的预热时间不够),到后来也很稳定了,每日变化大约1ppm,10天的变化3ppm。
再补充表格:各电参数变化后对输出的影响。有些如厂家所言,但还有一些与厂家数据出入较大。上传的图像
  





步骤2,万能板焊接,指标测试用。面包板的接触并不可靠,而且具有接触电动势,也不能模拟最终焊接时的实际情况,因此,这一步是必需的。通过测试,发现热噪音还是稍大,主要还是绝热不好,同时焊锡的热电动势大。因此,改造了布局,同时找到了低热电动势的焊锡的配方并制作完毕。通过对元器件的进一步测试,发现与手册上给的有较大出入,这个通过在面包板上的电路的复试也得到了确认,以此指导关键元件的定做,而不关键的地方则可以采取普通元件。


这个电路由于受到焊接电动势、个别元件选择以及没有绝热的影响,半个月来稳定度大约是3ppm。


补充表格,看电压变化。第一部分为稍微高温的,因此总电流20mA左右,10天变化正负2.5ppm。第二部分是降低了温度,因此电流也减半,5天稳定度正负2ppm。
应该注意,这个2ppm是基准万用表的相对差异,因此也包含了3458A的变动或不确定度,而且大部分测量时,万用表并没有进行自动校准(ACAL,做一次需要18分钟)。


再补充三张图,增加了10V输出(电路板、读数、电路图)。
运放采用OP27EZ,其中E是最高等级的,失调电压典型10uV,最大25uV,变化不超过每月0.2uV,温飘典型为0.2uV/C(即0.03ppm/C,相对于7V而言)。
分压电阻串,上面采用10k两只(0.01%)并联成5k,下面为10k(0.01%)、2K(0.01%)、15欧+15欧(0.1%)串联,其中一个15欧并联了可调部分(200欧并500欧后,串联500欧可调)。其中4只0.01%电阻的温度系数是筛选匹配的(到0.1ppm/C)。
假设对10k要求是1ppm,那么对2k要求就降低为5ppm,对15欧的要求仅为700ppm,对可调电阻的要求就是7000ppm=0.7%了。上传的图像 





分享到:
来顶一下
返回首页
返回首页
发表评论 共有条评论
用户名: 密码:
验证码: 匿名发表
栏目导航->电压基准
  • 电压基准
  • 电阻基准
  • 其它相关
  • 推荐资讯
    使用普通运放的仪表放大器
    使用普通运放的仪表放
    3V与5V混合系统中逻辑器接口问题
    3V与5V混合系统中逻辑
    数字PID控制及其改进算法的应用
    数字PID控制及其改进
    恶劣环境下的高性价比AD信号处理数据采集系统
    恶劣环境下的高性价比
    栏目更新
    栏目热门