2、开机特性。
开机特性描述一个基准从开机到稳定的过程的。有了开机特性,就可以知道基准加电后到底什么时间可以达到最终值的多少,也就可以知道在不同要求下必须开机多长时间可以使用。
开机特性也包括再入性,即开机后是否能再现关机前的电压,也就是多次开关机,每一次的电压到底有多大的变化。低温的基准容易做到好的开机特性。
3、温度系数。
温度是稳定的大敌,任何量都或多或少随温度变化,一般以ppm/C来表示。业余条件下由于很难有恒温的房间,基准的温度是随环境温度而变化的,因此了解到底如何变化,影响大小就很有必要。基准对外界温度的变化一般会有一些滞后效应,外壳和内部有热惰性,不会马上随温度的变化而变化。
4、其它
对电源的敏感度/最低电源电压
热电动势三、测试仪器
测试一般需要如下设备:
1、高稳定万用表
为了能够对电压基准进行直接测试,必须有个好的表。最好是日稳在1ppm之内,年稳在10ppm之内的8位半表。常见满足这样指标的万用表包括1271/1281、3458A等。
2、高分辨万用表
当高稳定的表不易获得时,可以用高分辨的万用表替代,要求至少分辨1uV,最好到0.1uV
分辨到1uV的表尽管对于7V是0.14ppm,但最后一位往往有不确定因素和噪音,因此还是能分辨到0.1uV的为好。满足这样要求的万用表一般是7位半的,比如Adv的6871。当然,6位半的也可以用,尤其是某些表比如HP/Agilen 3401A,可以用GPIB读出7位半的数值,仍然可用。
3、分压器和指零仪
其实,这两种仪器是经典的检验任意电压的方法。有了这两个东西,就可以实现高精度的对比
4、更好的电压基准
主要用做对比用,这样可以测试得比8位半还准
另外也用于考核DIY基准的中长期漂移
顺便看一下我的两个备用机柜,这些都是不太常用的
四、测试的前的准备
预热
尽管现代基准预热时间不长(小时级别),但为了兼顾和稳妥,建议预热24小时后再正式测试
防风罩
基准IC都是采用玻璃+可伐合金密封的。可伐合金具有与玻璃一样的膨胀系数,广泛用在电子行业进行全密封,比如灯泡、电子管、金封电阻、金封IC。然而,可伐合金的热电动势很大,这就要求在管脚处要严格均温,所以管脚周围要盖上防风罩,以防对流气流。即便是263/LTFLU这样的非恒温IC,也由于自身会少许发热,加上个罩子会更好的提高短期稳定性。对于LTZ来讲,ACH后缀的内部已经有隔热措施,因此只要防止对流就可以,罩子不应太厚,否则会使得温差加大,势必在较高工作温度下要调节内部工作温度到更高,这样对稳定不利。
屏蔽和接线
基准一定要接有金属外壳,这样才能防止外界干扰,进行电磁屏蔽。
基准的接线柱和接到万用表的引线最好用低热电动势的。低热接线柱可以用紫铜或碲铜DIY,而接线可采用紫铜U叉来DIY,成本低廉而且效果不错。测试线要用双芯屏蔽线,屏蔽层接表的保护(Guard)和基准的外壳。
温度的影响
寻找温度不变或缓慢变化的环境。有空调的房间,避免冷风热风直接吹到基准或相关仪器上。按理说测试环境应该恒温,但业余条件下很难,因此我们的目标之一就是尽量降低基准的温度系数,所以为了测试温度系数,往往要同时改变温度、测试温度,这样就可以同时得到温度系数。
环境的影响
测试环境一般很难理想,会存在各种电磁干扰。干扰会在很多常见的非线性元件上产生整流效应,因此回引入直流偏移。
常见的干扰源包括计算机、次品开关电源、充电器、电子镇流器、各种数字设备。
测试环境是否被干扰,可以用频谱仪+宽带天线来进行。也可以用高频毫伏表+简易天线探测器来探查。
减少干扰的方法,除了尽量排除干扰源外,一个是要在电源供电滤波上下功夫,解决通过电源线而引入的干扰。另一个是在测试线上下功夫,比如套上磁环,避免干扰传播。
仪器的预热
除了被测试基准预热外,测试基准和测试万用表也要预热。一般预热时间也是24小时,但如果要求不高,或者对自己的设备很了解,可以适当减少预热时间。五、测试的方法和过程
1、万用表设置和读数方法
由于测试要求高,因此一般要设置到最高分辨。
测死周期可以按照最高精度来选,比如像Agilent 建议的那样选NPLC=100,甚至200。但我喜欢选NPLC=50,原因是这样也足够了,速度还快。更主要是因为测试环境不会很理想,偶尔的小干扰会被标识和排除。如果选200,那么小的波动读数容易掩盖。
2、读数建议用GPIB自动进行,这样一方面没有读数误差、不会错过时机,另一方面也可以人不靠近,减少干扰
当然,有迹象表明,把计算机通过GPIB电缆接到仪器上后,会增加噪音,甚至影响读数。
3、读数间隔,如果手动的话要根据场合。例如测试短稳时要持续读。但测试中长期稳定的场合,就只要每天一次,甚至更长的间隔
4、测试方法:连续测试法
适合背靠背比较,或者只有测试表的情况下。把表接到基准上连续测试,定好时间,最适合GPIB自动测试
5、测试方法:转移测试法
也叫对比测试法。比如你有了个10V基准,要对比另一个7V,那就要用高位表每隔一定的时间,测试一下10V和7V,进行对比。很多高位表做此目的是很不错的,比如3458A,转移特性可以做到0.05+0.05ppm,这对于一般测试也足够用了。由于这样的测试涉及测试目标的变换,因此一般要手动进行,除非你有低热自动开关。六、测试的记录和处理
1、测试的记录
如果是手动测试,需要记录测试日期、时间和测试温度,然后输入到计算机里
如果是GPIB自动测试,那么这一切都是现成的。保存的时候最好把文件名改成容易辨识的
2、测试数据的后期处理
----做曲线图。这个部分是很关键的,也是最直观的
----统计简单的变量。比如标准离差、阿伦方差等。前者代表了一组数据的离散程度,后者表征了短期稳定性。
----复杂的计算
比如可以通过电阻对温度的变化的数据,分别求出α和β温度系数;
再比如可以通过对电阻的长期测试数据的处理,直接用2元回归得到电阻的老化系数和温度系数。
3、综合测试与自动测试
这个涉及计算机全自动控制和测试,除了需要以前说的设备外,还需要GPIB卡、计算机软件和编程。另外,硬件方面需要自动低热电动势开关,进行切换。
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