精密电阻器设计指南

介绍

即使在这个数字时代，数字测量和仪器仪表应用依靠一个或多个电阻准确性的阻值。为了保证系统的性能，设计人员必须了解哪些因素会影响精密电阻的阻值，以及这些因素如何共同影响来进行评价。

基本上有三种类型的错误来源需要理解。

• 首先是测量误差，这些因素限制了精度与该实际电阻值。
• 其次，短期变化的因素，反映了不确定性的电阻值在客户最近组装电路板。
• 第三，长期变化的因素，反映了电阻值在整个产品使用寿命期间的漂移。

这种组合所有这些因素被称为总览 (total excursion)。

测量误差

注意是必须的，当测量精密电阻时，除了电阻误差外，须将仪器的不确定度保持在一个可忽略水平。 除了控制测量仪器的温度和电压外，连接可能需要 4 个端口（Kelvin）和使用有屏蔽的电缆。 如果遇到很大的误差时，使用保安技术 (guarding techniques) 可能可以消除表面泄漏路径。

使用仪器必须有足够的分辨率和溯源校准，使测量不确定性是可以量化的。如果不能测量不确定度不能被忽略，则应当记入。例如，当检测值为 0.01% 精度误差的电阻，用 0.001% (10ppm) 不确定性的测量仪器，则可接受的精度误差为 0.009％。

短期变化的因素

最基本的因素是电阻的精度误差和温度系数 (TCR)。精度误差就是实际阻值与标称阻值的最高百分比偏差，测量特定的温度（一般是 25°C）。在某些情况下，测量电压也需指定。

温度系数 TCR 是指电阻值温度变化的变化量。温度系数 TCR 定义是最大的平均电阻值的变化量，于两定义温度间的每摄氏度温度，并表示为 ppm/°C。除非另有说明，精度误差和 TCR 数字是有正负的，表示 "0.1%" 为 "±0.1%"。

当界定电阻的温度范围，有必要考虑内部环境温度，如元件附近产生的热效应和温度上升，及电阻本身的散热。

在某些情况下，还有其他因素会影响电阻值的测量。如高阻值和高电压部分，测量电压会影响所得到的阻值。最大误差源可以从电阻的电压系数 (VCR) 计算得知，表示为 ppm/V。VCR 始终是负值的。客户可以设定测量仪器的电压，来映对实际运作的条件，以消除此错误。

另一个极端状况，用于电流感测的非常低的电阻值，当温差产生通过自我加热，或其他原因，可能会产生热电磁场在不同金属的接口。这比电阻电压下降要明显，因此产生错误。设计对称的热源通过电阻，通常可以消除此错误的来源。

TCR 和 VCR 都可产生可逆性变化的电阻值;阻值会恢复到其原始值，如果在室温下测量和标准的测量电压。其他的变化是永久性的，并首先要考虑的是阻值飘移，产生于电路板组装加工的印刷。这可以通过电阻焊接热数据表解决。

长期变化的因素

数据表往往举出图表的性能数据，使设计师评估电阻值改变的最高寿命。一般来说，只有这些图表中，只有一个图表最能反映实际的状况。

保存限期适用于良性的环境。负载图表中功耗是主要因素，长期湿热图表说明在潮湿的环境中可能遇到的状况。

在所有这些测试中，最主要的阻值变化是发生在这段时间内的测试，之后阻值将趋于稳定。例如，1000 小时的负载图表是一个很好的预测阻值变化指南，在较长时间的电阻使用。为了更加精确，用数学模型来推断应用条件下及长期稳定性水平。

显然，初始的校准可用于消除精度误差和焊接过程引起的误差。