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精密電阻器設(shè)計(jì)指南

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1020次  |  2019年08月20日  

介紹

即使在這個(gè)數(shù)字時(shí)代,數(shù)字測量和儀器儀表應(yīng)用依靠一個(gè)或多個(gè)電阻準(zhǔn)確性的阻值。為了保證系統(tǒng)的性能,設(shè)計(jì)人員必須了解哪些因素會(huì)影響精密電阻的阻值,以及這些因素如何共同影響來進(jìn)行評價(jià)。


基本上有三種類型的錯(cuò)誤來源需要理解。


首先是測量誤差,這些因素限制了精度與該實(shí)際電阻值。其次,短期變化的因素,反映了不確定性的電阻值在客戶最近組裝電路板。第三,長期變化的因素,反映了電阻值在整個(gè)產(chǎn)品使用壽命期間的漂移。

這種組合所有這些因素被稱為總覽(totalexcursion)。


測量誤差

注意是必須的,當(dāng)測量精密電阻時(shí),除了電阻誤差外,須將儀器的不確定度保持在一個(gè)可忽略水平。除了控制測量儀器的溫度和電壓外,連接可能需要4個(gè)端口(Kelvin)和使用有屏蔽的電纜。如果遇到很大的誤差時(shí),使用保安技術(shù)(guardingtechniques)可能可以消除表面泄漏路徑。


使用儀器必須有足夠的分辨率和溯源校準(zhǔn),使測量不確定性是可以量化的。如果不能測量不確定度不能被忽略,則應(yīng)當(dāng)記入。例如,當(dāng)檢測值為0.01%精度誤差的電阻,用0.001%(10ppm)不確定性的測量儀器,則可接受的精度誤差為0.009%。


短期變化的因素

最基本的因素是電阻的精度誤差和溫度系數(shù)(TCR)。精度誤差就是實(shí)際阻值與標(biāo)稱阻值的最高百分比偏差,測量特定的溫度(一般是25°C)。在某些情況下,測量電壓也需指定。


溫度系數(shù)TCR是指電阻值溫度變化的變化量。溫度系數(shù)TCR定義是最大的平均電阻值的變化量,于兩定義溫度間的每攝氏度溫度,并表示為ppm/°C。除非另有說明,精度誤差和TCR數(shù)字是有正負(fù)的,表示"0.1%"為"±0.1%"。


當(dāng)界定電阻的溫度范圍,有必要考慮內(nèi)部環(huán)境溫度,如元件附近產(chǎn)生的熱效應(yīng)和溫度上升,及電阻本身的散熱。


在某些情況下,還有其他因素會(huì)影響電阻值的測量。如高阻值和高電壓部分,測量電壓會(huì)影響所得到的阻值。最大誤差源可以從電阻的電壓系數(shù)(VCR)計(jì)算得知,表示為ppm/V。VCR始終是負(fù)值的??蛻艨梢栽O(shè)定測量儀器的電壓,來映對實(shí)際運(yùn)作的條件,以消除此錯(cuò)誤。


另一個(gè)極端狀況,用于電流感測的非常低的電阻值,當(dāng)溫差產(chǎn)生通過自我加熱,或其他原因,可能會(huì)產(chǎn)生熱電磁場在不同金屬的接口。這比電阻電壓下降要明顯,因此產(chǎn)生錯(cuò)誤。設(shè)計(jì)對稱的熱源通過電阻,通常可以消除此錯(cuò)誤的來源。


TCR和VCR都可產(chǎn)生可逆性變化的電阻值;阻值會(huì)恢復(fù)到其原始值,如果在室溫下測量和標(biāo)準(zhǔn)的測量電壓。其他的變化是永久性的,并首先要考慮的是阻值飄移,產(chǎn)生于電路板組裝加工的印刷。這可以通過電阻焊接熱數(shù)據(jù)表解決。


長期變化的因素

數(shù)據(jù)表往往舉出圖表的性能數(shù)據(jù),使設(shè)計(jì)師評估電阻值改變的最高壽命。一般來說,只有這些圖表中,只有一個(gè)圖表最能反映實(shí)際的狀況。


保存限期適用于良性的環(huán)境。負(fù)載圖表中功耗是主要因素,長期濕熱圖表說明在潮濕的環(huán)境中可能遇到的狀況。


在所有這些測試中,最主要的阻值變化是發(fā)生在這段時(shí)間內(nèi)的測試,之后阻值將趨于穩(wěn)定。例如,1000小時(shí)的負(fù)載圖表是一個(gè)很好的預(yù)測阻值變化指南,在較長時(shí)間的電阻使用。為了更加精確,用數(shù)學(xué)模型來推斷應(yīng)用條件下及長期穩(wěn)定性水平。


顯然,初始的校準(zhǔn)可用于消除精度誤差和焊接過程引起的誤差。


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