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标准电阻和精密电阻的精细调节(图文并茂)

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发表于 2016-3-20 19:40:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
必读:此文转摘 lymex坛友,值得一读,分析得有理有据!
很多场合下比如标准电阻、精密分压、7V转10V电路,参与的电阻需要非常精确的阻值,例如10.0000k,
然而,手边的精密电阻尽管其它特性不错(稳定性、温漂),但阻值并非很精确(有容差),这就需要调节/调整。
不过,主电阻是不能动的,人家都是密封的,一动就会严重影响性能。所以,调整/调节需要外加电路。

外加调节,其实可以用可调电阻,也可以不用可调电阻。我们分别来看。

第一部分,可调电阻调节电路
用可调电阻当然非常方便,但有触点,会发生接触问题,而且可调电阻的性能一般说也不如固定电阻,因此主要用在非关键地点或老式设备上。
1、可调电阻直接串联
这种最简单,主电阻直接串联一个微调即可。
我最早有些19999欧的Fluke绿皮电阻,就是需要再串联一个2欧可调,调节范围就是19999欧到20001欧,或者说可以适合主电阻在正负1欧内变化,都可以调整到正好20000欧。
例子:Fluke 887A,主电阻为4999.1欧,微调2欧,可以精确的调节到5000欧。这样小阻值的微调Fluke是用线绕微调来实现的,体积较大,价格较高,可靠性也很一般。


2、常规可调调节
再增加两个电阻,就可以取得非常好的调节性能,同时对外围器件尤其对可调电阻的要求会大大降低。
增加的串联电阻使得对微调的依赖性大大降低,降低调节范围的同时也增加了调节的精细程度。
可调电阻上的串联电阻有助于减少调节的非线性,否则调节到0附近会让电阻变化太快。
例子:eis RS925D,这是一个超精密4线电阻箱,用在eis 242D电阻桥上


例子:Fluke 720A,0.1ppm的KVD,主电阻是10k的


例子:IET SRX-10k标准电阻



我最喜欢的10k调节:


主电阻Rm是串联电阻R1的大约2000倍,因此R1的影响也弱化了2000倍,用普通线绕电阻就行,可以DIY,用0.2mm的锰铜线35cm长就可以。
可调及其串联电阻都是100欧的,其影响更是弱化了80000倍,也就是只有12.5ppm,调节范围也是12.5ppm
主电阻需要比标称值小0.05%,即9995欧。这个在定做或购买时就应提出。其偏差应在0.02%或更好。
其实偏差大一些也没关系,可以通过R1的来一次性调整,反正R1也要现做或找其它电阻进行串并联。

3、并联可调调节
主要用在主电阻是小阻值的情况下,可调先串联一个电阻后直接与主电阻并联。主电阻在制作的过程中要稍微偏大一点给调节留出余量:


第二部分:无可调电阻的调整电路

可调电阻由于存在接触变化,因此在计量上应尽量避免。无可调电阻的调整电路一般有下面几个方法:
1、量体裁衣的小电阻
主电阻在设计制作时要尽量接近标称值,但不要达到标称值,留个小空间用于串联调整。
例如主电阻做成后经测量为9999.81欧,这就需要一个0.19欧的附加电阻与之串联,才能达到正好1k。
这个附加电阻尽管弱化了很多,但一般也要用线绕的,由于阻值小因此电阻线也可以相对较粗,性能也会很好,弱化倍数大意味着温漂、年老化之类都不会对最终电阻引起可观查到的影响。
例子:esi SR104,这是有史以来最好的10k标准电阻了


2、配对
配对就是找两个标称阻值一样但偏差相反的电阻,进行串联或并联,就可以互相抵消偏差而达到标称值。
例如一个4999.3欧,另一个5000.7欧,串联起来就是正好10k。
再比如19998欧与20002欧并联,阻值就是9999.9999欧,其实这就是10k了,误差仅0.01ppm可以忽略。
此种方法需要有大量的电阻可供选择,才能配出很多对来。
当然,配对的另一个原因是抵消温漂。
例子:Fluke 5450A标准多值电阻,里面大部分电阻都是成对的。



3、统计法
统计法的意思就是采用大量同值电阻,进行串联、并联或混连,权重要相同(即每个电阻电压相同)。
统计电阻显然的意义,是通过并联法联降低阻值(因为小阻值电阻不好做好)、通过串联法提升阻值(因为高值电阻也不容易做好),同时也提升整体功率和有效电阻体质量。
其实,统计法也同时提升了调整的可操作性。
例子:Fluke 742A-1欧标准电阻



用了20只20.01欧的金封做并联取得1.005欧,然后再并联一个大约2k的小金封来取得正好1欧,这个2k电阻当然也要进行选择甚至定做,但由于阻值适中、弱化系数2000倍因此做起来比较容易。
再如 Fluke 742A-10k


用了4只39.992k金封并联,但其中一个并联之前串联了个约32欧的调整线绕电阻。
再一个例子是 Fluke 752A分压器



里面有一块板用了9只120k和1只119.8k金封串联,然后再串联一个大约200欧的小值线绕电阻,达到调节目的。由于弱化了6000倍(1200/0.2),因此这个电阻都用了非密封的,也不会影响性能。


4、二进制
二进制数例如0.110100110101...,可能比较长,但可以表示任何小数到很高的精度。在二进制调节的时候,有一些事先做好的阻值相差2倍关系的一系列电阻,已经被焊接在电路板上等待切断跳线,或者手工的根据测量值逐个焊(或不焊)上去。
比如偏差28.2ppm,你可以焊上去一个20ppm使得偏差8.2ppm,不焊10ppm、焊5ppm这样误差就是3.2ppm,再焊2.5ppm误差就减少到0.7ppm,以此类推就可以达到所需调整量。
例子,Fluke 732A电压基准



再举例Fluke 732B电压基准

这里用了二进制开关,而不是切断-焊接的方法,来实现可以反复调节的目的。当然,开关的接触电阻会变化,甚至可能产生故障,Fluke用增大调节电阻的方法来减少这种影响。
其实,金属箔电阻在生产的时候,也是预留了这种调节位,通过切断部分回路的办法来以二进制的方式进行调节。

不过有一点要注意,二进制调节电阻也会有误差,如果死板的按照阻值加倍的方法可能造成调节死点。解决的办法是不是加倍而是每次增大90%(即相邻电阻为1.9倍关系),这样完全可以允许5%的误差。
具体说就是:调节电阻不是10k、20k、40k、80k、160k、320k这样,而是10k、19k、36k、68k、129k、245k这种。

5、用砂轮磨
以下照片是esi SR1010-1k电阻转移标准上拆下来的1k非密封线绕电阻。



此文完毕!!!!!!!

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