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DIY低温漂分压电阻或比例电阻

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发表于 2015-1-18 01:43:19 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 zhaossy 于 2015-1-18 01:42 编辑

       分压电阻一般用在降压电路上,如万用表的高压档,将1000V分压成10V;也用在放大电路上,如万用表的低压档,将1V放大到10V电路,或将100mV放大到10V电路;一般来说,用在放大电路的增益电阻网络,叫作比例电阻更为合适。
对于分压电阻或比例电阻,绝对温漂意义不是很大或不是最直接因素,关键是相对温漂或比例温漂(Ratio TC),因为比例电阻不论是用在分压电路还是用在放大电路,关心的是两个电阻比值是否稳定。假如2个电阻绝对温漂是100ppm,如果能够确保2个电阻各项参数高度匹配,那么理论上其比例温漂为零,就是理想状态的比例电阻了。当然比例电阻中每个电阻的绝对温漂越小,越容易制作比例温漂小的比例电阻,这一点大家在DIY低温漂比例电阻时应充分重视。
        用分立电阻做分压电阻,一是确保2个电阻的绝对温漂尽量一致(2个电阻的温漂较大,只要温漂曲线一致,其比例温漂也会急剧的变小),二是确保2个电阻的工作环境温度尽量一致,(尽量使用体积较小的电阻,但体积较小的电阻功率也相对变小,发热量变大,容易导致分立电阻的温度偏差,所以说这也是一个矛盾体,类似放大器的带宽和增益,二者不可兼得,只能按实际指标要求来折中考虑),三是使用相同材料或低热材料连接2个电阻及端子(DIY高精度测量电路的难点之一就是如何抵消信号通路的热电势)。
        在DIY低温漂(此处特指RatioTC)分压电阻时,应将2个电阻密封,减少热对流,并使2个电阻相对于基板的高度一致,减少温度梯度差。考虑到实际的电阻构造及生产工艺,相同阻值且同批次生产的电阻,其温漂特性也更容易接近一致,所以用同一个包装里的相同阻值的电阻做分压电阻比较明智,考虑到比例不是1:1的情况,可以用相同参数的电阻串并联来获得,因为理论上只要这些电阻温漂参数一致,那么串联或并联后的电阻的温漂变化也是一致的,这样只要确保这些电阻处在相同的温度环境下,那么其比例温漂参数是可以极为有效的降低的。
图1是我设计的一个用在10倍和100倍放大电路上的比例电阻的电路图,图2是+7V电压基准转变成+10V和-10V电压基准的增益电阻网络。图3是图1对应的PCB图,做好后的电路板先用小剂量的热阻小(导热性能好)的密封胶密封,用于内部均热,然后用隔热材料包裹,用于与外界隔热,最后罩上一个铝壳,用于屏蔽。需要注意的地方是,这个PCB是用普通工艺制作的,焊盘及过孔均镀锡,因为选用的10ppm的0805封装的电阻引脚也是镀锡的;考虑到热电偶效应,应将焊盘之外的走线(track)上再走一根solder层的线,做出的PCB的走线就都变成镀锡的了,这样整个电阻模块内部的走线均是锡材料,或是锡与锡连接,目的是降低热电势,因为相同材料连接处的热电势是零。对于直接焊接在电路板上的分压电阻或比例电阻,应使每个电阻处在同一高度,并远离发热器件,最好在电阻网络周围加一个金属环或屏蔽罩,用于避免热对流。
        用相同参数(阻值和温漂)的电阻串并联制作分压电阻或比例电阻能够有效的降低比例温漂值,但还有一点对于DIY来说是很难实现的,那就是如何实现电阻的自发热量一致的问题;如图1所示的串并联比例电阻,串联部分的电阻和并联部分的电阻,其流过的电流值是不一样的,所以发热量也不一致,这样即使每个电阻的温漂特性一致,因为他们所处的温度不一致,那么其阻值的变化量也是不一致的,从而导致比例温漂有变化。如果你设计的电路要求更高,那么只能选用或定制成品比例电阻了,当然这种成品电阻内部不应该是通过串并联电阻来实现的,或是只有等效串联电阻,这样就没有发热量不均问题了;当然成品比例电阻,也要面对如何实现电阻材料均匀和确保每个电阻散热均匀的问题。
    以上是我在制作比例电阻或分压电阻时的一些经验或体会,谬误之处难免,希望大家斧正。
图1.JPG

                 图1






图2.JPG

             图2







图3.JPG

             图3
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https://bbs.38hot.net/forum.php?mod=viewthread&tid=71979&extra=


2015118于杭州
zhaozhengzhou@126.com


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发表于 2015-1-18 09:01:16 | 显示全部楼层
建个议:既然花这么大工夫来解决均温问题,那么PCB不妨使用铝基板来做试试,PCB厂一般有这个选项。价格可能贵些,但面积也小,投入不会很大。
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发表于 2015-1-18 09:08:01 | 显示全部楼层
好文章。学习学习。
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发表于 2015-1-18 09:10:59 | 显示全部楼层
本帖最后由 hldiy 于 2015-1-18 09:13 编辑

楼主好文。

"DIY高精度测量电路的难点之一就是如何抵消信号通路的热电势"   
非常认同这句话。关键字是“抵消”
1.JPG



如图, 在保证两个引脚处温度相等的情况下, 电阻R1两个引脚,A、B两点热电势绝对值相等,方向相反,相互抵消。
如果温度不等,就将出现热电势问题。

另外,低热焊锡的使用,作用不大。
单拿一个引脚说话,  电阻的A脚一个点。
这个点有三个材料综合在一起形成,  电阻的引脚(高热材料)、焊锡、pcb铜箔(低热材料)。
普通焊锡的时候是  :  高热、高热、低热。
低热焊锡的时候是  :  高热、低热、低热。
区别不大。再说,一个焊点的体积一般情形下都是很小的, 单看一个焊点内部是均温的。

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发表于 2015-1-18 10:04:06 | 显示全部楼层
怎么保证电阻的温漂系数一样,而且电阻老化后的系数又不一样
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发表于 2015-1-18 11:00:46 | 显示全部楼层
这个一定要顶!先看看消化一下了来!
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发表于 2015-1-18 11:31:43 | 显示全部楼层
这么说来 我这个排阻就有用武之地了
拆元件线路板  排阻.jpg
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发表于 2015-1-18 11:52:41 38hot手机频道 | 显示全部楼层
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发表于 2015-1-18 12:25:24 | 显示全部楼层
学习ing。。。。。
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发表于 2015-1-18 15:08:49 | 显示全部楼层
必须来学学啊!
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发表于 2015-1-18 16:41:26 | 显示全部楼层
分析得很全面了,有做出实物么,测量结果怎么样,曾经也打算用贴片电阻做网络电阻,贴在陶瓷基板上
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发表于 2015-1-18 19:37:28 | 显示全部楼层
其实你只看了低频特性 -_-||

看有点带宽的交流就傻眼了
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发表于 2015-1-18 20:13:36 | 显示全部楼层
二是确保2个电阻的工作环境温度尽量一致,(尽量使用体积较小的电阻,但体积较小的电阻功率也相对变小,发热量变大,容易导致分立电阻的温度偏差,所以说这也是一个矛盾体,类似放大器的带宽和增益,二者不可兼得,只能按实际指标要求来折中考虑)

楼主能再详细讲讲吗?
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发表于 2015-1-18 20:26:07 | 显示全部楼层
坛子里两三年前老大总还一些这样的文章。近一两年少多了。
这必须要顶。
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 楼主| 发表于 2015-1-18 22:22:31 | 显示全部楼层
回复2楼:这里的发热量是相对而言的,铝基板对于LED灯这种发热明显的电路的散热是非常有效的,而对于本文中所说的由分立元件制作的分压电阻而言,均热效果不见得好。因为用的电阻是要焊接到基板上的,电阻实体不是印刷到基板上的(成品的分压电阻一般用印刷、电镀或溅射工艺,电阻体与基板充分接触),所以用导热性能优良(当然要求绝缘度也要高)的密封材料(如某些环氧树脂胶)将电阻体整体包裹,均热性能会更好些。而且用分立电阻手工制作分压电阻时,考虑到是均热问题,不是散热问题,所以要求均热材料的体量要小,且要做热隔离,避免外界热量进入。用铝基板做,就会容易引入外界热量,从而比较难把控均热问题。
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 楼主| 发表于 2015-1-18 22:39:34 | 显示全部楼层
回复5楼:“怎么保证电阻的温漂系数一样,而且电阻老化后的系数又不一样”。
文中提到了如何有效地选择温漂系数一样的电阻问题,比如选择同一个批次(同一个包装)的电阻,因为是用同一批材料同一次工艺和基本相同的时间内生产的,比较容易达到参数一致(或匹配),其实同一个运放IC里的输入级晶体管匹配程度可以如此的高也是这个道理。第二个问题,电阻老化后的温漂系数问题,这个是系统级问题,是硬伤,是由电阻材料、生产加工工艺、封装材料和工艺有关,当然,用文中说到的方法也可以有效的提高老化精度,毕竟参数最为相近的电阻,工作环境也一致,那么有理由相信它们的老化程度也应该是相近的,这样其比例老化精度也可以在一定程度上保持一致。
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 楼主| 发表于 2015-1-18 22:53:53 | 显示全部楼层
hldiy 发表于 2015-1-18 09:10
楼主好文。

"DIY高精度测量电路的难点之一就是如何抵消信号通路的热电势"   

低热焊锡一般用在信号通路距离较长的场合,2端温度差较大、无法预知或控制其温度差的场合。用在小体积模块内部可能效果不是那么明显。一个电阻,其内部电阻材料和引脚间是有热电势的,但因为一个电阻有2个引脚,且距离较近,热电势方向相反,基本是抵消掉了。关键就是电阻引脚和外界电路的连接,如果能确保两个连接处温度一直,那么也可以抵消热电势的。
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发表于 2015-1-18 23:45:56 | 显示全部楼层
最重要的问题是用什么电阻,0805电阻好的不多。
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