DIY 100k哈蒙

时间：2012-10-09 来源：38hot 作者：lymex

一、序言
其实，哈蒙的话题已经很多了，但由于100k很特殊：制作容易、取材容易，便于DIY、性能很好，因此还是独立成了一个话题。

100k哈蒙的最大自然特点，是阻值适中，接触电阻和绝缘电阻都可以很容易被忽略，所以可以用简单的方法做成高性能的哈蒙来。
本DIY的最大特点，是采用简化的方法，只用12个接线柱，内部采用2线接法，但仍然取得一样的高性能。
本DIY的另一个特点，是采用成品铸铝壳，中间在适当位置加上F4面板，使用的时候可以把盖子盖好，这样就达到完全屏蔽，而不是像商品哈蒙那样，所有的接线柱都是裸露的，对防干扰不利。
本100k 哈蒙的最大用途，是作为一个可以方便校准的高性能1M标准电阻。我们知道，线绕的电阻性能最好，但单个1M的线绕电阻阻丝很细，造成温度特性和老化特性都不太好。采用多个小阻值串联后就具有如下优势：
1、单个100k电阻容易做好，并可以挑选出更好的
2、可以匹配，在阻值上、老化上、温度系数上，得到很好的补偿
3、有统计效果，单个电阻的变化占总分量很小，多个电阻不同方向变化则平均后离散就很小
4、功率和耐压都提高很多。10个串联的话，理论上都提高为10倍。

当然，除了10k和1M之间的过渡外，本哈蒙也具备其他哈蒙的全部功能，例如10k到100k之间的传递、10:1分压、10:1半桥。同时，也作为这种新型简化结构的试验原型，进行评估。

设计指标：1ppm（串联-并联差异）
（内部追求指标：0.3ppm）

设计要求：采用尽量小的成品铸铝外壳。

二、设计思路
100k哈蒙，串联成为1M，阻值还不算大，用F4的话绝缘电阻达到10的13次方很轻易，这样也足够了，不用采用等电位屏蔽等措施。另一方面，每个100k电阻只要串联电阻不大于10m，也可以忽略，而10m还是很轻易的用简单方法就可以取得，所以不用采取每一只100k都用4线的方法，所以可以简化。11个电阻中间接点接出12个抽头，只接12个接线柱（而不是4线法的24个接线柱），这样就只用一半的接线柱，缩小了体积，减少了成本，提高了DIY的可行性。

至于所用的电阻，采用11个Fluke金封99.925k，串联适当电阻补偿到100k，然后10个100k永久串联起来，电路如下，其中三角形的哈蒙节点也被简化成了一点。

当然，后面也可以看到，也要用10只99.95k的202Z，同样做成类似结构。
三、理论计算
哈蒙串-并联传递最关键的两点，一个是串联电阻等于10个电阻的和，另一个是并联电阻的倒数等于各电阻的倒数和。
这两点，其实就是电阻的串联、并联公式，也就是说，哈蒙电阻可以以很高的精度实现电阻的串联、并联。
但是对于阻值较低的哈蒙，必须采用特殊手段，例如哈蒙节点、补偿网络来解决，随着哈蒙电阻阻值的增大，这些手段的作用就越来越弱，以至于当达到100k的时候，采用很简单的手段对电阻进行电阻的串并联，就可以忽略接触电阻和引线电阻的影响。对于阻值再大的哈蒙例如1M尤其是10以上，串联起来总阻值达到10M（或100M以上），就必须考虑漏阻的影响了。因此相对看，100k哈蒙（也包括1M哈蒙）是从结构上最容易制作的，对比之下，100k的电阻比1M电阻更容易做好。
但是对于100k的这种简化方式，并联成10k使用时，内部是2线的，需要在外部改成4线，此种情况到底有多大影响？

其中，那些“上线”、“下线”电阻（0.0017欧），是0.5mm的网线，长度19mm的内阻，采用粗网线（0.57mm）则电阻会进一步缩小，而且阻值比较稳定。那些“左串”、“右串”电阻，大部分在5mΩ到9mΩ之间，是接线柱压接网线的接触电阻+接线柱的内阻+焊接内阻，实际用国产的普通黄铜接线柱做了测试，都不到2mΩ，因此表里给到9mΩ而且给出了变化，余量已经很大了。

最后的结论，这种通过在C1、C2端加上10V电压，从P1、P2处得到电压的10k，与串联的1M相比，误差不到0.1ppm，满足要求。