DIY 752分压箱



  • 1.理论储备:
    关于分压箱老大的帖子已经有了详细的介绍。
    这里想主要讨论一下玩基准比较常用的1:10和1:100整数比分压箱。对应的几个指标突出的商品分压箱有 福禄克752 高联7520 迪特朗4902 MI8000。其中比较容易DIY的是福禄克752(哈蒙式)分压箱。
    哈蒙式分压箱的主要优点是可以通过自校准来达到稳定的分压比从而实现高性能。如果每次使用前都做一下自校准的话,对电阻的长稳甚至可以降低要求。(用便宜的电阻也能达到高性能。)
    简单看一下752的原理:
    752.gif
    1:10分压的时候上电阻是40K(这个是固定不动的),下电阻是360k(等同于3个120k串联)
    1:100分压的时候上电阻是40K(这个是固定不动的),下电阻是3.96M(等同于3个1.2M+之前的360k串联)
    那么他的自校准又是怎么回事呢?这个是利用了哈蒙的特点来实现的。(同质电阻串联后的误差和他们并联后的误差是一样的)7524.gif 7523.gif 7522.gif
    自校准的时候把下电阻的3个120k用波段开关并联变成40k,和上电阻的40k组成等臂电桥,微调下电阻使得桥臂相等。用的时候再把下电阻恢复到串联状态。这样1:10的比例就咬住了。
    1:100的自校准也是类似这么干的。

    福禄克752分压箱的技术指标是:
    1:10分压时,输出误差0.2ppm ,200v耐压(3只金封组成上电阻,12只组成下电阻)
    1:100分压时,输出误差0.5ppm 其中功率系数0.3ppm,1100v耐压。(3只组成上电阻,42只组成下电阻)
    在查看752技术指标的时候发现了功率系数这么个东西竟然占据了1:100分压误差的大头。
    以前在diy标准电阻的时候因为都是低功率测量(小于10毫瓦)所有只关注温漂,功率系数这个指标都是忽略掉的。如今想diy分压箱,功率系数在1000v下就显得非常巨大了。
    那么什么是功率系数呢?百度搜了一下。
    电阻温度系数(Temperature Coefficient of Resistance,TCR)
    电阻功率系数(Power Coefficient of Resistance,PCR)
    从本质上来说,TCR与PCR都反应温度对电阻的影响。不同的环境温度通过热传导,试图建立与电阻表面相一致的温度;与此同时,电阻自热产生热量,通过电阻表面散去;这种两种因素的叠加,最终在电阻表面建立热平衡,达到某一稳定温度。电阻阻值的漂移量与此热平衡温度有关。实际应用时候,环境温度会有波动,电阻功率也会有所调节,所以建立温度系数和功率系数来近似描述阻值的最终相对漂移量。

    说白了功率系数也就是电阻自发热导致的温漂。所以说福禄克752在1:100档有0.3ppm的功率系数是不是因为福禄克电阻用少了呢?(福禄克一共用了45只120k金封电阻。)



  • 2材料准备
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    主电阻选用AE flc系列金属箔电阻。阻值80k,单只额定功率0.25瓦,温漂实测多数小于-1.5ppm而且成批的一致性都非常好,货架老化5ppm每万小时。选这个而不选金封主要是因为。。穷
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    波段开关主要是用于自校准的串并联切换。1:10档要求接触电阻尽量的小。1:100档则要求尽量的高绝缘。
    福禄克752设计上侧重于操作的简便化(或省钱),只用了两个波段开关。自校准切换全集成在了一个开关上。误差的主要贡献就来自于波段开关了。所以选材马虎不得。幸好以前屯了一些日本kojima的十层波段开关,并联后接触电阻小于1毫欧
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  • diy
    能自校准的分压箱对于电阻的要求主要就是低温漂了,在自校准后能保持住一段使用时间的稳定就行。还有就是功率要足够大(电阻总数尽量搞得多一点),毕竟需要接1000v直流电压的。1:100分压对功率非常敏感,所以提高性能最直接的方法就是多串并一些电阻。
    低温漂(准确来说是分压电阻的互漂要低)在这里有两种办法可以实现,一种是用铜阻对电阻做温漂补偿,另一种是做一个恒温槽把所有电阻都装进去做整体恒温。
    对于1:100档总电阻达到了4兆欧,所有需要做好等电位屏蔽工作。
    对于电阻的选值,其实有很大的自由度,没必要照搬福禄克752的方案。根据设计输入电压选择合适的输入电阻即可。
    752a.jpg
    上电阻使用了18只80k串并成40k,1:10下电阻同样用18只分成三组串并成360k。1:10档分压电阻功率对称,这样温漂更容易做好。1:100下电阻用了45只分成三组串并成3.6M。总共有81只电阻参与分压,对功率系数有较好的稀释作用。
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    中高祖段pcb采用电阻倒装设计。pcb表面做等电位屏蔽,分压电阻布线采用空中搭棚焊接。
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  • 自沙,未完待续



  • 大作,终于等到了,坐等填坑!



  • 悄悄告诉夏老板,曾经有过1块一个的10K塑料块卖:)



  • 期待后续装配和测试结果。。。。。

    @skywind 说不定夏老板的80k就是1快买的。搞活动的时候很多AE小蓝都是1块,包括5k、10k、20k、40k、80k这些二进阻值。



  • 牛逼!仰慕玩家



  • 看后续测试以及温漂



  • 夏,下不得地!