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DIY高准确度电压基准

时间:2012-10-13  来源:38hot  作者:lymex
  

步骤3,制板并定做。用Protel SE99画的电路板,一共做了30块板,花了140元(其中开板费60元,加工费80元),比我想象的便宜,10天后到货。想想看,这板子的制作工艺还是很复杂的,钻不同位置、各种尺寸的孔,腐蚀,做金属化的透孔,上漆,印刷字母,等等。即便是数控床子,这些过程总要有的。可以看出,电路还是让我改了不少。比如电源电压从15V降低到9V(实际测试,9V时表现完全一样,因为只有运放和三极管直接用电,由于采用低温,则加热器也不需要那么高的电压了),增加了C6滤波,增加了一个补偿输出,R2和R3也采用定制的高稳定线绕电阻(75k),电路板打圈孔以便均温等。上传的图像


元件的老化和筛选。元器件都是在生产出来开始使用时老化最厉害,越用老化就越小。因此,有意的提前老化就可以解决以后漂移大的问题。加温和冷冻循环是最常用的老化方法,实效法(就是长时间放置)也很有效但太费时了。以前参观过慈喜的陵墓,说是所用木料都是XXX木,而且都要存放数年以上,这样的建筑才不会变形。老化前先做记号,通过老化后改变很大的可以剔除掉,老化后特性还是不太好的也进行剔除。但核心器件LTZ1000就只能先老化,其特性的变化太小了,只能先装上电路,再慢慢测量了。
以下是定做的部分电阻。其中最贵的是黑色的方型的0.5W的RJ711,26元/只,温度系数<5ppm/C。而那两只白字的稍小的是Vishay的样品,大约150元/只。
其它都是线绕电阻,温度系数都要求是<10ppm的,有好几个类型温漂不满足都退了货。
最下面的一管就是PhotoMos继电器,开路漏电实测<5pA,导通电阻<1欧(驱动电流1.2mA时)。

第2张图为xxx书中对RJ711的描述,第3张为RJ711实物,第4张为两只Vishay的10k和两只RJ711的10k的对比(L=0.01%)。
最后一张为Vishay的电阻结构图,前半部分电阻体是白色的隔离空间是黑色的,可见右边的调整区(从最大的19%到最小的0.0005%)。后半部分电阻体是黑色的隔离空间是白色的。这种调整方法干脆(要么通要么断),不会像砂轮割槽那样会产生变化。

RJ711的定购厂家为济宁正和:上传的图像




参考,3458A内部基准另一个方向,可以看到采用了三个高稳定度、低温飘(<2ppm/C)的Vishay电阻。可惜的是,70k的R2和R3是普通电阻,而且这里其中一个可以采用普通电阻。Vishay这类电阻非常厉害,最好的达到0.05ppm/C,最差的也是保证2ppm/C。我曾经想买一些,寻过价,最少定50只,每只41美金。
经过剖析基准电路和所采用的元件参数,发现了原因所在。原来是3458A在设计时为了能工作与恶劣环境,把内部基准的恒温温度设置的非常高,达到了90℃!
从3458A的使用手册可以看到,3458A可以工作在55℃的环境温度下。再加上机器内部的温升(13℃)、LTZ1000A的温升(10℃)和一定的余量,选择90℃就不足为奇了。
然而,从PJ Spreadbury的文章和后来Wavetek等公司对LTZ1000A的测试表明,温度每增高10℃,长期漂移变大一倍!
因此,若能把温度降低30℃,那么稳定性就可以提高到8倍了(即长期漂移为原来的1/8)。
这样也很方便的解释了,为什么特性非常好的LTZ1000(年漂移<3ppm, 3σ),到了Agilent的手上,为什么变成了8ppm的年漂移了。
因此,只要把恒温温度降低到60℃,理论上就能够达到年漂移1ppm之内。另外,从LTZ1000A的手册上也可以看出,1ppm/a的指标漂移,是在65℃的温度之下得到的,也证实了这一论断。

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