2、选择何种金封金属箔最好?
从品牌上看,选择Vishay的为好。其它的例如AE的,其实也在Vishay旗下,TDK的也没见有新的产品,法国的几个品牌逐渐消亡,美国另有1、2家也产品很少。
Vishay的金封金属箔,从温度系数上看,以前分常规的和VHP100两类,前者<5ppm/C,后者更小一些。
新型号的分成常规的和Z后缀的,分别具有<5ppm/C和<2ppm/C的温度系数。要注意的是,Z后缀的(零温度系数)典型指标0.05ppm/C或者0.2ppm/C,是极难达到的,绝大部分的温度系数在0.6ppm/C附近。
Vishay的金封金属箔,从长期稳定性上看,最早是5ppm每年,后来出了高稳的,达到2ppm/6年,相当于每年0.5ppm,这是做标准电阻比较理想的。事实上,即便是常规的5ppm/a,实际表现也非常好。
零温度系数和高稳结合起来,可以选择的型号,目前是VHP202Z、VHP203,还有VHA412Z等。这些电阻都没有二手可循,也没有现货,只能向厂家定做。一般来讲,定做9998欧、0.1%的比较合适,差2欧到10k是因为方便串联补偿,而0.1%的要比.01%的便宜不少,温度和老化性能是完全一样的。
以前定过0.1%的,实际测试绝大多数都在0.01%之内。以前也定过9999.5欧的,结果发现阻值太接近10k了,没有留出足够的串联补偿电阻的空间。
类似,如果想做100欧、1k、100k,可以直接采用订做偏小一些的阻值的,以利于补偿。但要做10欧的还是要偏大一些,做并联补偿为好。1欧和1M的没有现成的,只能定10个高并联、串联。
3、具体结构和方法?
1、采用4只9k998电阻进行混联,有统计效果,可以良好配合,同时取得较大的耐压和功率储备余量。10k附近基本上是金属箔的最佳阻值。也可以选4个2.5k附近的串联,但那样的话单个2.5k就不太好用了。
2、多次定做的经验表明,Vishay的高稳电阻均具备-0.6ppm/C附近的温度系数,这样可以用铜电阻(温度系数4200ppm/C)来补偿,2欧可以补偿-0.84ppm/C,因此主电阻是9998欧的,串联电阻仅占0.02%,其稳定性的影响可以忽略。如果定9999欧的,那么1欧铜阻只能补偿-0.42ppm/C。
3、对于以前定做的阻值正好为10k的,经过串联补偿后,总阻值就大于10k了,因此需要采用较高的电阻(RH1、RH2)进行并联。并联在单个电阻上(而不是并联在整体上)的原因,就是在相同功效下所需要的阻值要低一些。对于9998欧的,这两个电阻需要去掉。
4、1.2欧铜阻,具体阻值需要测试确定,留有补偿余量,即要过补偿一些
5、10欧电阻,其实就是调整补偿量的,具体阻值要经过测试确定。不建议通过减少1.2欧铜阻的长度来进行,那样破坏了铜阻的整体完整性。
6、1欧就是串联阻值补偿,具体阻值要经过测试确定,让电阻正好达到10k。
4、如何调节温度系数?
主电阻的温度系数是负的,理论上可以串联一段小阻值的铜阻(漆包线),实现完全补偿。
计算公式:主电阻×a + 铜电阻×4200 = 0
其中a为主电阻的温度系数,ppm/C。
1、实际补偿之前,要先对主电阻的温度系数进行精确测试,最好是装到板上后进行。
2、然后用上述公式计算,看到底需要多大阻值的铜阻。一般需要1欧附近。
3、制作补偿电阻,我是采用0.11mm的漆包线,每米电阻实测2.4欧。截取比计算值长一些的漆包线做成铜阻(我喜欢用大红袍电阻,阻值>1k欧即可,无需弄断)
4、串联后,再次测试温度系数,此时再次测试温度系数,应该是过补偿了,温度系数为正。
5、再次计算需要并联的电阻值,寻找相近的电阻并联上去,再次测试
6、如果不满意,则继续调整这个并联电阻,直到满意。
以前我曾经通过改变铜阻漆包线的长度来达到调节的目的,但这样就涉及铜阻内部反复焊接,不好。因此才改用改变并联电阻的方式。
那么,这个补偿电阻的引入,是否会影响长期稳定性呢?一般不会。这电阻的阻值只有不到2欧,占200ppm,即便改变了0.5%,整体影响也只有1ppm。实际上,漆包线的电阻随时间的变化是很小的,不会大于0.1%,可以放心使用。同样,铜阻并联的电阻权重不到30ppm,影响更小,只要采用优质金属膜电阻即可。
5、如何补偿阻值?
补偿阻值的目的,就是让最后的成品阻值尽量接近10k。如果没有条件,有一些偏差也问题不大,毕竟标准电阻注重的是老化特性还有温度系数,偏差是次要的。
补偿阻值,一定要在补偿温度系数后进行,否则在补偿温度系数的时候会改变阻值。同样,补偿阻值的时候也不应改变整体的温度系数。
补偿的原则,串联小阻值,并联大阻值。串联电阻假如为主电阻的1/1000,那么弱化就达到1000倍。同样,并联1000倍以上的电阻也会让弱化系数大于1000,就对主电阻的影响很小了。
补偿的办法,首先要精确测试未补偿电阻,看缺多少(一般阻值大约1欧左右)。然后找出一段合适的电阻丝(可以从老的10欧线绕电阻上拆出,看总长有多少),裁出少有余量的部分,按照类似铜阻的方式做好电阻,串联上即可。如果测试后稍有偏高,可以缩短电阻丝,也可以在这个电阻上继续并联电阻。
同样,由于串联电阻不大,权重很小,同时采用线绕,因此其温度系数的影响、老化的影响,都可以忽略。
也许有人会问,既然调节很麻烦,为什么不采用可调电阻?的确,有的标准电阻内部采用了可调电阻,但可调电阻具有温度系数大、老化大,尤其是电刷的接触电阻具有不确定性,因此高标准的地方还是应该避免使用。下图是IET SRX-10k标准电阻的内部调整部分,用了可调电阻;
这个SR-X是10ppm的,用了可调还情有可原。更好的电阻就不应该用可调的了,例如Fluke 742A尽管最好的为4ppm/年,但说明书里明确说明,里面没有任何可调器件。
6、考核
10k电阻DIY完毕后,必须进行考核,才能确定温度系数。而只有进行产期考核,才能确定长期稳定性。
只有根据考核结果,才能决定电阻的好坏,才能分级。而有了考核结果,即便不太理想,也可以利用得到的温度系数,在不同的温度下进行修正,而达到手工补偿温度系数的目的,取得不错的结果。同样,长期考核后能够得到老化规律,这样就可以利用外推法进行预测,得知未来该电阻的阻值。
考核的方法,一般要有一个高位表、一个更好的标准电阻、一个4×2的开关和一个采集卡。采集卡一般带有温度传感器,把这个传感器引出,放到电阻的内芯附近,通过认为或自然改变温度,与标准电阻(假设不随温度变化,或者已知温度系数可以排除)对比测试,就可以得到被考核电阻的温度系数。
当然,要考核电阻的长期稳定性绝非仪事,需要持续(或断续)测试很长的时间,才能得到结果。越好的电阻,老化越小,就越需要长期的测试,才能有所分辨。
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