超低噪声基准2DW232实验、筛选、测试器 Ultra-Low Noise 2DW232 Tester



  • 众所周知,钻石牌温补稳压管2DW232(以及2DW233、2DW234等)具有超低噪声的特性,比超级基准LTZ1000和LTFLU的1.1uVpp左右的噪声还低得多,很多达到0.3uVpp之内,而且由于价格便宜,很多玩家都大量存货。

    但是,经过初步测试,2DW232的噪声有比较大的离散性,即有的管子噪声超低、也有些管子噪声不是非常低,这就需要筛选。

    还有,2DW232的温漂比较大,有很多管子没有0温漂点,即便恒温也需要温漂特性,这就需要进行温漂测试。

    最后,2DW232的长期稳定性为未知,而要考核长期稳定性的话必须恒温,否则输出变了不知道是谁的原因。

    综合上述,需要一个测试器,提供2DW232以稳定的电源和偏置电流,还要能够恒温,达到长期测试目的。

    由于被测试的2DW232很多,也希望测试器一次能够测试多个,才能有望在测试者有生之年,测试完库存。



  • 电路设计
    更新
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    上面是超低噪声10V电源,噪声主要由Vref确定,使用LT1021-10这种很常见的基准的的话噪声不超过2uVrms,比所谓超低噪声LDO的那种10uVrms级别的还要低。

    中间就是2DW232部分,一共7个,这也是100mm长度的板子能够单排放下的最多数量,每个232由两个1.8k的塑料块并联通过10V供电,电流大约3.9mA。

    中间右边为热沉恒温电路,一个运放接成典型的PI控制器,加热用超高Beta管和电阻都是TO220的,装在铝块的上面中间。热敏电阻用芝浦的51F,标称50k,恒温温度30度左右,可以通过改小R54来提高温度。
    PCB恒温器部分已经割槽进行热隔离,同时整个铝块应该使用绝热材料包封,包括电路板下面。

    最下面是双路8掷扫描器,双路中不仅包含了正电压还包括地电压。I/O插座的3、5脚可以接高位表进行测量、记录。扫描器的步进输入1脚来自万用表的MC/VMC,几乎所有的高位表都有这个输出,平常为正,ADC转换完毕后输出一个短暂的负脉冲,由此实现扫描功能。

    ===========以下为老内容=====================
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    供电15V直流,由插座V15供给。

    稳压Uref实际要用金封的LM369BH,由于ms14里面没有用LT1021替代,这个369可以说是最好的10V基准IC,没有之一。
    B是最高等级,H是(8脚)金封,1ppm/K温漂,6ppm/kh老化,0.4ppm p-p低频噪声,二手很多。

    U1和Q11组成扩流电路,输出仍然是基准的10V但电流可以很大,R11泄流用主要是不装2DW232的时候不失控,实际可以不装。

    U1下面的R31给热敏电阻NTC提供偏置,NTC是用来测量散热片温度用的,以便取得稳压管的温度特性。

    2SD1273和R8是给散热片加热用的,这样变温会取得温漂曲线,加热电压由外部控制。

    主角就是5个2DW232并联,每个由1k金属箔电阻提供偏置,Out1-Out5直接采集电压,同时双重并联得到Out6。
    由于MS14里面找不到管脚相同的稳压管,所以用一个三极管替代。

    U2及其右下 是一个典型的7转10升压+缓冲电路,输入来自并联输出,主分压电阻为VHD200-263特制,最佳适合6.45V电压,但分压电阻的上下加了很多调整电阻,还加了个电位器,以便输出可以精确的调节到10V,便于用指零仪直观观察。



  • 电路板和结构设计

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    左边为扫描、恒温、电源部分

    中间为铝块恒温器,内嵌2DW232,顶部装加热器QHT和RHT,下面装NTC,底部两个螺丝固定,周围留有绝热材料固定孔。

    右边为实验性的超低电压供电10V基准,带有稳压管电流抵消电路。

    ==================以下为老内容===================
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    左边为电源输入、10V电压及扩流,还有加热。尽管单点接地等方式不是很关键,但还是用了。

    上边为LED显示、NTC测温。

    中间就是5个2DW232区域,包括一个公用的热沉,散热片用两个螺丝与PCB固定,2DW232从侧面插入,由于管子不绝缘,因此与热沉之间要加装绝缘片和套管。

    右边是并联、平均电路。

    下边为7转10及缓冲。

    尽管R1-R5用了1k,但这种塑料块数量不多,有限的几个还要用于LTZ1000,偏巧找到一些大体积的953欧的塑料块,用在此处正合适,位置也足够,因此多画了一些穿孔可以焊接这些电阻
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    散热片的图纸如下,NTC安装孔和两个底板固定孔都没画,本以为这样能够省点加工费,没想到找到一家钻5个孔就要加工费58元,一气之下只买了10个光板,省去加工费580元,回来自己钻。
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    另外,散热片上还需安装加热三极管和电阻,这个要试验着来,因此也没画图纸更不能加工。

    布线的时候有一点要注意:铝块下面不宜有copper top走线,那样万一阻焊层破损就短路了。同样,Q11可能要加装散热片,而散热片下面也不能在表层布线。



  • 组装和调整

    新PCB组装了部分零件后,功能测试正常
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    其中,电源部分原来使用的2并BS149不好用,改用单NPN管8050,电路板无需改动。

    2DW232部分没啥好说的,串联两个1.8k的蓝色塑料块就可以工作。

    7转10V部分,用了第一个2DW232的输出,这部分也没有悬念,焊上去就好用,因为所用的电路之前用面包板试验过。只是要注意短接几处跳线,电路板上丝印有说明。

    扫描部分也很简单,5V电源额外供给,CD4024接收万用表的MC(测量完毕)信号进行扫描,驱动两个8-1扫描IC,焊好就能用。

    首先,10个铝块到了货,同时到货的还有8.5mm的钻头和8.5mm的四刃铣刀。这种8.5mm的属于非标只能另买。为啥要求8.5mm是因为2DW232本身就有8.2mm,加上绝缘正好塞入孔中。

    其次就钻孔,试验了一下很容易,先钻个深度为6.0mm的孔,然后用铣刀铣去倾斜部分,这样2DW232的端面也能与热沉之间保持良好接触。
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    由于加工条件简陋,使用了先钻孔、再铣端面的方法,这样减少铣刀的磨损,毕竟铣刀比钻头贵很多。

    PCB到货

    组装焊接

    初步测试电源、10V基准、扩流

    在别处测量筛选出5个2DW232,并焊接、安装入孔
    初筛的目标是电压一致(便于并联)、噪声低。

    初步测试并联平均和7转10V电路。

    调整,主要是指输出10V的调节。



  • 测试过程

    第一步,初步测试、分类
    分类电压基本一样的,排除噪声大的,挑出电压噪声极品,如果有的话。

    这部分测试速度比较快,或者说此处只测试能很快得到结果的项目。

    电压比较一致便于并联,而且可能相同电压者会具备类似的性能(温漂)
    这个可以用第一版的板子如下,第一位置焊了个固定的,第二位置焊了测试插座:
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    2、测量温漂
    温漂是基准的重要指标,这些232的温漂到底如何,0温漂点在什么地方,0温漂点随电流的改变有多大变化,这些都需要测试。

    测试的时候所有元件需要焊接,同时测量多个。

    方法采用加热变温法,测试温度范围大致在25度到45度之间,因为已经了解到232的温漂比较大,真正使用必须在恒温的环境下。

    测试多个采用扫描、对比的方法。

    可以使用老板子,已经具备热沉和加热即控制端口。

    3、测量长期稳定性
    测量长期稳定性必须恒温,否则因为温漂大、温度少许变化就会漂的比较大,得不到所需结果。

    必须用新板子,具备恒温控制。



  • 部分测试结果



  • 保留一帖



  • 参考资料



  • 别急,现在生活好,医疗条件好,社会和谐,人民稳定,还有我的氧气机,慢慢来,有生之年起码还有500年!



  • 新版PCB
    1、10V 100mA低噪声辅助电源(噪声<1uVrms)
    2、双路扫描器
    3、超低压供电10V输出(最低供电10.2V)
    4、有源限流,额定12mA输出,14mA限流,17mA短路电流
    5、有源地电流抵消电路
    6、散热器恒温
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  • @lymex 楼主辛苦,大家有福了!
    可以提供设计图吗?



  • @redtony 当然可以,不过要等我元件到达、焊接测试完毕后,以便改正可能发现的错误。

    另外,这只是个2DW232 测试筛选用的,10V也是试验用的,不是成品板。



  • 受益匪浅



  • 又改了一版。
    其实改的不多,算是一个分支,以前的也不作废。
    有两处改动:
    一个是10V电源也改成超低压供电,10.1V就行,基准5V(5V基准供电电压只需7.5V,但需要一对塑料块进行分压/升压到10V),输出管为耗尽型MOS。

    另一个是10V输出也从LDO方式改成了耗尽型MOS方式。LDO有可能不太稳定的问题需要消振措施,而耗尽型MOS就轻易不会振荡。两种方式都需要有源运放限流,除了极性改动其它基本不变。耗尽型管子保留了两个位置,SOT89和TO252,可供内阻最小的两个管子选用(CPC3701和DN2625)
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  • @lymex 2DW232或者234实际筛选下来性能都如何?



  • @skywind超低噪声基准2DW232实验、筛选、测试器 Ultra-Low Noise 2DW232 Tester 中说:

    @lymex 2DW232或者234实际筛选下来性能都如何?

    还没实施筛选呢。