用Vishay 金封金属箔DIY 10k标准电阻
本帖最后由 lymex 于 2019-2-12 01:31 编辑1、为什么要用金封金属箔做核心元素？
传统的标准电阻都是用线绕的，具有温度系数好、稳定性佳、负载能力强、几乎没有电压系数的特点。
但是，线绕标准电阻也存在选好材不易、制作工艺复杂等弱点，传统的锰铜标准电阻温度系数太大只能恒温使用，而好的空气标准电阻价格又非常昂贵。随着技术的进步，出现了性能更好的金属箔电阻，尤其是金封金属箔，在主要性能指标上均超过相应的线绕电阻，成为制作标准电阻的热选材料。金封金属箔从温度系数上，不亚于最好的线绕，而且温度曲线平直，即beta系数很小，比Evanohm还小，因此可以通过补偿得到很低温度系数的标准电阻。
金封金属箔从长期稳定性上看，目前有几款都能达到6年2ppm之内，比现有的线绕标准电阻好很多，这是标准电阻最重要的参数。
另外，金封金属箔也是金属导电，因此同样具有几乎没有电压系数的优势。
金属箔还有一个优势，就是电感非常小，做成的标准电阻可以用在交流上。
目前对金属箔的弱项评价或批评有如下几个：
1、耐受过载能力差。金封金属箔的体积小，有效导体质量就更小，造成负载能力差。例如晶振封装的那种金封额定功率只有0.3W。不过，对于10k的标电阻，0.3W意味着55V的电压，这在一般精密测试中很难超过的。10k标准电阻的标准测试电压是10V。另外，也可以通过串联并联来提高功率，当然要增加成本
2、同样也是有效导体小的原因，加上胶粘，会让人怀疑长期稳定性，例如过了100年、10000年，那么小的导电体能否仍然保持不变？况且，Vishay自己的测试也表明，这种电阻随时间的推移，其老化速度有加速的趋势（线绕电阻正好相反，时间越久则老化越慢）。同样，小体积的电阻体耐受粒子辐射能力就比粗壮的线绕电阻差得多。当然，微观上看金属箔电阻已经不小了，现代的集成电路和微电子器件，哪一个不具有更微小的体积？
3、阻值范围不是很宽。金属箔的生产外非一般是10欧到100k，而且两边的阻值效果不太好，最好的阻值在1k到10之间。当然，1欧的可以通过并联方式取得，1M也可以串联得到。也许做10k最好的方法是类似720A里面那样，用4个2.5k的串联。但单个的2.5k就不好用了。
4、来源受限。金封金属箔也就是那么几个厂家生产，高技术的东西，价格不便宜，不如线绕电阻那样来源广、大众化、容易取材。
从历史上看，很多厂家的10标准电阻都是以金封线绕为主力，例如Fluke 742A、Advantest、IET SR-X。但这种金封线绕生产成本高，而且由于需求变得越来越小，生产设备的利用率非常低，形成恶性循环。
新型的商品标准电阻，已经采用金封金属箔了，例如：
1、AE的ASR和USR，具有非常好的性能
2、英国的Transmille的3000RS标准电阻，用了Vishay的VHP100，温度系数0.1pm
以下图片/文字，来自Transmille自己的网站
总之，用金封金属箔制作10k标准电阻，具有取材容易、制作方便、性能超群的特点，成为未来的趋势。
========2019-2-12 更新 ==============
越来越多的标准电阻生产厂家使用了金封金属箔，以下会追加例子。
德国Wekomm，里面用了VHA518-7，即7芯金封金属箔，四线，没有调整
著名的SR104，2007年被IET买去后，2008年开始改换金封金属箔，用了10只999.475欧的VHA518-7串联
日本AE新的10欧，用4个40欧并联
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。 7、制作实例1
这个DIY是近4年前做的，主料用了4只VHP101，双壳，桥结构，F4板。
当时制作时，还没有利用铜阻补偿，而是通过挑选电阻进行温度系数抵消：
经过最近的测试，Alpha温度系数不大于0.1ppm/C，Beta系数更是小于0.01ppm/C2
而从阻值上也可以看出，3年多改变不超过1ppm，是比较成功的DIY-10k。 8、实例2
利用4只VHP202Z 9k9995制作10k。
首先，这批电阻定的是0.01%的，有点浪费。另一方面，由于到手后才发现温度系数一律为负，大约-0.6pm/C，比声称的+-0.05ppm/C典型值大了很多，因此需要较大的补偿铜阻，而只比标称值小0.5欧的余量就不够了，所以必须采用高阻并联发进行阻值补偿。
主要材料：铝壳（内壳，暂无外壳）、F4板、202Z×4、0.11mm漆包线0.5米，18k红袍电阻（做骨架用），另有3只CMF55-20M电阻未在照片上。
初步测试温度系数
然后计算所需补偿电阻：
补偿铜阻制作：
安装完毕
冷热箱测试温度系数，结果，仍然有-0.42ppm/K，显然补偿不足，这大概是4个202Z的先前的分别测试有偏差。
再次去掉补偿电阻，直接测试4个202Z的表现，发现补偿前温度系数达到了-0.79ppm/K
因此，重新制作补偿电阻，加大到2.4欧，此时好多了，而且温度系数为正，达到了过补偿的目的。
再次计算一下，在2.4欧补偿电阻上并联一个25欧，减少了补偿量，重新测试，温度系数非常小了，不到0.01ppm/K
至此，温度补偿完成。0.01ppm/K已经优于最好的标准电阻，SR104的指标是<0.1ppm/K
目前的板子的状况：
温度系数用24.9欧微调，阻值微调用2M，均采用焊接方法，但不加热主电阻，是在两个高阻之间进行。目前与我的SR104对比是+1.2ppm，算上SR104的+2.3ppm，应该下调3.3ppm，需要在2M电阻上再并联一个电阻。
装入内壳准备测试。上面空间较大，下面空间小一些，加了另一片F4板。
再次进行较大变温范围的测试（17度到36度）
结果，α温度系数为-0.05ppm/K，比较小了，尤其是β温度系数达到0.0025pm/K，小于最好的SR104的1/10，曲线很平，便于精确补偿。
同时，阻值为9999.99欧，也非常接近标称值。至此，此10k标准电阻DIY告一段落。 9、总结与参考资料
A、核心电阻要选得好，这是做好标准电阻的关键。Vishay金封尽管温度系数不算理想，但beta系数小，曲线直，给补偿提供了方便。另外，长期稳定性如果如数据表所说的那样，那就远比目前的Fluke 742A之类的标准电阻要好。
B、补偿元件，不能影响整体。经过弱化系数计算，补偿铜阻只有1/5000的权重，这样才能只补偿温度系数，而不改变长期稳定性。同时，并联电阻要大于15M，并且只能并联在单个电阻上，这样权重才会小于1/10000，即便1%的变化也才引起1ppm的整体变化。
C、其它辅助手段也不可缺少，例如F4基板可以保证漏电可以忽略，内壳则保证均温和屏蔽效果。 本帖最后由 lymex 于 2019-1-22 12:59 编辑
2019-1更新。7楼的那个电阻做了8年多了，中间经过多次测试，稳定性非常好，阻值变化几乎测试不出来。
【全文完】 坐下来学习。 等着看全文。 等着，学习 坐下来看。 等老大的文章完了我也做一套。 等下文学习！ 阅读老大的文章是享受 占座啦 占座啦~学习开始啦~~~下面的别挤~~~ 学习完了，我用塑料块做个恒温的10K的。和202Z比试下温度系数。 边学习边顶。 老大的资料好详细， 学习了。期待团购vhp 站个地方听课！DIY10k欧姆 我还在穷烧，用塑料块DIY玩玩算了！ 学习，DIY 学习！ 好文！等待冷热箱测试结果．．．
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