在大多數(shù)運(yùn)算放大器電路中,電阻公差和電阻溫度系數(shù)決定了增益的精度和增益的溫度漂移(圖1顯示了一個(gè)典型的電路)。本文將比較和對(duì)比離散電阻和網(wǎng)絡(luò)電阻。

電阻網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)單包,包含多個(gè)電阻連接到插銷。制造電阻網(wǎng)的方法有很多,但是對(duì)于精密網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō),通常的方法是在硅襯底上放置薄膜電阻材料。例如,鈦公司的雷氏11號(hào)電阻器網(wǎng)絡(luò)使用硅鉻(SICR)。

這里重要的一點(diǎn)是,網(wǎng)絡(luò)中每一個(gè)電阻器上使用的材料都是用完全相同的材料在同一個(gè)制造廠制造的。這意味著給定網(wǎng)絡(luò)上每個(gè)電阻的材料特性將與網(wǎng)絡(luò)上的其他電阻密切匹配。

更重要的是,這意味著電阻溫度系數(shù)和內(nèi)片材電阻等特性將非常匹配。片材電阻是薄膜電阻器的電阻單位面積;如果片材電阻匹配良好,兩個(gè)電阻器的幾何形狀在整個(gè)過(guò)程中是一致的,它們將具有一致的電阻比率。

與離散電阻相比,該一致率導(dǎo)致電阻網(wǎng)固有的增益精度和增益溫度漂移。相反地,你應(yīng)該假設(shè)離散電阻器的溫度漂移和公差是隨機(jī)的,彼此之間是不相關(guān)的。

例如,如果使用的電阻器 圖1 如果是離散的,每一個(gè)電阻的公差和溫度漂移都在規(guī)范中,但在設(shè)計(jì)中與其他電阻無(wú)關(guān)。這意味著在離散電阻器上,電阻比的增益精度和增益溫度漂移要比在可比電阻器網(wǎng)絡(luò)上差得多。

圖1 在典型的電路上顯示了常見(jiàn)的版本放大增益和衰減配置。

圖1所示的操作放大器的增益是以兩個(gè)電阻器的比率計(jì)算的(見(jiàn)方程1)。每個(gè)電阻的公差將決定增益誤差.對(duì)于公差為0.1%的離散電阻器,當(dāng)兩個(gè)電阻器的誤差最大且具有相反的極性時(shí),最壞情況下的誤差就會(huì)發(fā)生(見(jiàn)關(guān)于tol的方程2和方程3)。 皇家空軍 = +0.1% and TOL Rg = –0.1%).

相反,如果電阻的誤差相等且極性相同,則電阻的誤差將取消,整體增益誤差為零。

由于電阻網(wǎng)絡(luò)中的所有電阻都是同時(shí)制造的,一個(gè)電阻中引入的錯(cuò)誤將按比例追蹤其他電阻中的錯(cuò)誤。例如,對(duì)每一個(gè)電阻器來(lái)說(shuō),雷西A電阻網(wǎng)的絕對(duì)公差是12%,但電阻器上的電阻比公差是0.05%。

對(duì)于雷斯達(dá)電阻網(wǎng),公式4計(jì)算了網(wǎng)絡(luò)的增益誤差。方程5說(shuō)明了電阻的絕對(duì)誤差是如何大的(T 廣播電臺(tái) =12%,但比率誤差很小(T D1 = 0.05%).

將方程5包括在內(nèi)僅供說(shuō)明之用;方程4是計(jì)算由公差引起的增益變化的正確方法。方程6給出了增益誤差的計(jì)算,它明顯低于離散的0.1%電阻器選項(xiàng)。

離散和離散溫度的飄率。電阻網(wǎng)

電阻器的溫度系數(shù)(TC)通常以每攝氏度百萬(wàn)分之一的部分規(guī)定。對(duì)于離散電阻器,TC規(guī)范的一般范圍從10百萬(wàn)/攝氏度到100百萬(wàn)/攝氏度。正常情況下,絕對(duì)公差好的電阻也會(huì)有一個(gè)好的TC。

例如,公差為1-1%的電阻器通常為100℃/攝氏度,公差為0.1%的電阻器通常為20℃/攝氏度。對(duì)于離散電阻,每個(gè)電阻將有一個(gè)不與其他離散電阻相關(guān)的TC。

相反地,網(wǎng)絡(luò)中的電阻器可能有一個(gè)相對(duì)較大的絕對(duì)TC,但是在電阻器之間對(duì)TC的跟蹤很好。例如,Res-11A的絕對(duì)TC值為百萬(wàn)分之18/攝氏度,但相對(duì)跟蹤時(shí)為百萬(wàn)分之2/攝氏度。

7-11方程比較了離散電阻器100℃溫度變化和雷斯特-11電阻器網(wǎng)絡(luò)的入錯(cuò)漂移。用于離散電阻器的TC值為百萬(wàn)分之20/℃,而電阻器網(wǎng)絡(luò)的絕對(duì)TC值為百萬(wàn)分之18/℃,比為百萬(wàn)分之2/℃。請(qǐng)注意,網(wǎng)絡(luò)電阻上的溫度漂移誤差實(shí)際上抵消了,因?yàn)榘忻總€(gè)電阻的TC密切跟蹤(100℃的誤差為0.02%)。

相反,離散電阻器的TC不跟蹤,因此漂移誤差很大(100℃的誤差為0.40%)。與方程5一樣,加入方程10是為了說(shuō)明電阻器TC跟蹤的取消。方程9是確定網(wǎng)絡(luò)溫度漂移引起的Res11A增益變化的實(shí)際方法.

電阻網(wǎng)的其他應(yīng)用

除了作為一個(gè)精密的論壇放大網(wǎng)絡(luò)工作良好,你可以使用電阻網(wǎng)絡(luò)作為一個(gè)精密衰減器。當(dāng)把0-10V信號(hào)轉(zhuǎn)換成0-3V信號(hào)時(shí),這是一個(gè)很有用的通用應(yīng)用程序。甚至有可能對(duì)極高電壓信號(hào)進(jìn)行這種轉(zhuǎn)換。例如,Res60A電阻網(wǎng)絡(luò)可以將1400伏信號(hào)轉(zhuǎn)換為2.75V信號(hào)(參見(jiàn) 圖2 ).

圖2 高電壓衰減器用電阻網(wǎng)顯示。

電阻網(wǎng)絡(luò)也是常見(jiàn)的建筑差和儀表放大器與操作安培。差動(dòng)放大器的共模排斥依賴于兩個(gè)分壓器的匹配,因此使用匹配的電阻能顯著提高共模排斥比。

最后的想法

電阻網(wǎng)的增益精度和增益溫度漂移明顯優(yōu)于離散電阻網(wǎng)。使用電阻器網(wǎng)絡(luò)與一個(gè)低偏移點(diǎn)的操作放大器結(jié)合,通過(guò)最小化偏移和增益錯(cuò)誤來(lái)消除校準(zhǔn)的需要。

用離散電阻器開(kāi)發(fā)一個(gè)具有等效精度和溫度漂移的解決方案既具有挑戰(zhàn)性又昂貴。另外,本文中的分析使用了離散電阻器和網(wǎng)絡(luò)的最壞情況值。