lymex/bg2vo - 标准电阻和精密电阻的精细调节（转载）

天使的魔翼

标准电阻和精密电阻的精细调节

lymex 于 2016-3-20发表于38HOT论坛

     很多场合下比如标准电阻、精密分压、7V转10V电路，参与的电阻需要非常精确的阻值，例如10.0000k。然而，手边的精密电阻尽管其它特性不错（稳定性、温漂），但阻值并非很精确（有容差），这就需要调节/调整。不过，主电阻是不能动的，人家都是密封的，一动就会严重影响性能。所以，调整/调节需要外加电路。

    外加调节，其实可以用可调电阻，也可以不用可调电阻。我们分别来看：

第一部分，可调电阻调节电路

    用可调电阻当然非常方便，但有触点，会发生接触问题，而且可调电阻的性能一般说也不如固定电阻，因此主要用在非关键地点或老式设备上。

1、可调电阻直接串联

   这种最简单，主电阻直接串联一个微调即可。我最早有些19999欧的Fluke绿皮电阻，就是需要再串联一个2欧可调，调节范围就是19999欧到20001欧，或者说可以适合主电阻在正负1欧内变化，都可以调整到正好20000欧。

   例子：Fluke 887A，主电阻为4999.1欧，微调2欧，可以精确的调节到5000欧。这样小阻值的微调Fluke是用线绕微调来实现的，体积较大，价格较高，可靠性也很一般。

2、常规可调调节

   再增加两个电阻，就可以取得非常好的调节性能，同时对外围器件尤其对可调电阻的要求会大大降低。增加的串联电阻使得对微调的依赖性大大降低，降低调节范围的同时也增加了调节的精细程度。可调电阻上的串联电阻有助于减少调节的非线性，否则调节到0附近会让电阻变化太快。

    例子：eis RS925D，这是一个超精密4线电阻箱，用在eis 242D电阻桥上

    例子：Fluke 720A，0.1ppm的KVD，主电阻是10k的

    例子：IET SRX-10k标准电阻

我最喜欢的10k调节：

    主电阻Rm是串联电阻R1的大约2000倍，因此R1的影响也弱化了2000倍，用普通线绕电阻就行，可以DIY，用0.2mm的锰铜线35cm长就可以。

    可调及其串联电阻都是100欧的，其影响更是弱化了80000倍，也就是只有12.5ppm，调节范围也是12.5ppm。

    主电阻需要比标称值小0.05%，即9995欧。这个在定做或购买时就应提出。其偏差应在0.02%或更好。其实偏差大一些也没关系，可以通过R1的来一次性调整，反正R1也要现做或找其它电阻进行串并联。

3、并联可调调节

    主要用在主电阻是小阻值的情况下，可调先串联一个电阻后直接与主电阻并联。主电阻在制作的过程中要稍微偏大一点给调节留出余量：

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标准电阻和精密电阻的精细调节（续）

第二部分：无可调电阻的调整电路

    可调电阻由于存在接触变化，因此在计量上应尽量避免。无可调电阻的调整电路一般有下面几个方法：


1、量体裁衣的小电阻
   主电阻在设计制作时要尽量接近标称值，但不要达到标称值，留个小空间用于串联调整。
   例如，主电阻做成后经测量为9999.81欧，这就需要一个0.19欧的附加电阻与之串联，才能达到正好1k。这个附加电阻尽管弱化了很多，但一般也要用线绕的，由于阻值小因此电阻线也可以相对较粗，性能也会很好，弱化倍数大意味着温漂、年老化之类都不会对最终电阻引起可观查到的影响。

例子：esi SR104，这是有史以来最好的10k标准电阻了（没有之一）

2、配对
   配对就是找两个标称阻值一样但偏差相反的电阻，进行串联或并联，就可以互相抵消偏差而达到标称值。
   例如，一个4999.3欧，另一个5000.7欧，串联起来就是正好10k。再比如19998欧与20002欧并联，阻值就是9999.9999欧，其实这就是10k了，误差仅0.01ppm可以忽略。此种方法需要有大量的电阻可供选择，才能配出很多对来。
   当然，配对的另一个原因是抵消温漂。

例子：Fluke 5450A标准多值电阻，里面大部分电阻都是成对的。

3、统计法
   统计法的意思就是采用大量同值电阻，进行串联、并联或混连，权重要相同（即每个电阻电压相同）。统计电阻显然的意义，是通过并联法联降低阻值（因为小阻值电阻不好做好）、通过串联法提升阻值（因为高值电阻也不容易做好），同时也提升整体功率和有效电阻体质量。其实，统计法也同时提升了调整的可操作性。

   例子：Fluke 742A-1欧标准电阻。用了20只20.01欧的金封做并联取得1.005欧，然后再并联一个大约2k的小金封来取得正好1欧，这个2k电阻当然也要进行选择甚至定做，但由于阻值适中、弱化系数2000倍因此做起来比较容易。

再如，Fluke 742A-10k：用了4只39.992k金封并联，但其中一个并联之前串联了个约32欧的调整线绕电阻。

再一个例子，Fluke 752A分压器。里面有一块板用了9只120k和1只119.8k金封串联，然后再串联一个大约200欧的小值线绕电阻，达到调节目的。由于弱化了6000倍（1200/0.2），因此这个电阻都用了非密封的，也不会影响性能。

4、二进制
   二进制数例如0.110100110101...，可能比较长，但可以表示任何小数到很高的精度。在二进制调节的时候，有一些事先做好的阻值相差2倍关系的一系列电阻，已经被焊接在电路板上等待切断跳线，或者手工的根据测量值逐个焊（或不焊）上去。
    比如偏差28.2ppm，你可以焊上去一个20ppm使得偏差8.2ppm，不焊10ppm、焊5ppm这样误差就是3.2ppm，再焊2.5ppm误差就减少到0.7ppm，以此类推就可以达到所需调整量。

例子，Fluke 732A电压基准

再举例Fluke 732B电压基准

这里用了二进制开关，而不是切断-焊接的方法，来实现可以反复调节的目的。当然，开关的接触电阻会变化，甚至可能产生故障，Fluke用增大调节电阻的方法来减少这种影响。其实，金属箔电阻在生产的时候，也是预留了这种调节位，通过切断部分回路的办法来以二进制的方式进行调节。

不过有一点要注意，二进制调节电阻也会有误差，如果死板的按照阻值加倍的方法可能造成调节死点。解决的办法是不是加倍而是每次增大90%（即相邻电阻为1.9倍关系），这样完全可以允许5%的误差。具体说就是：调节电阻不是10k、20k、40k、80k、160k、320k这样，而是10k、19k、36k、68k、129k、245k这种。

5、用砂轮磨
以下照片是esi SR1010-1k电阻转移标准上拆下来的1k非密封线绕电阻，这么细的线也来磨，我无语。

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标准电阻和精密电阻的精细调节（号外）

匹配的10%法则

一、匹配的10%法则

    所谓匹配的10%法则，是说匹配时，能取得的指标，最好能达到匹配前的10%，或者说能好10倍。

二、匹配

    所谓匹配，就是挑选电路元件时，测试并寻找参数一致的，这样会取得更好的综合性能。在元件只有两个的情况，也就是配对。

    例如我们做晶体管推挽放大，就要选择放大倍数一样的两个管子，这样放大器的正负半周才能对称、失真小。

    再如我们常见的电压放大器，要想放大倍数稳定，也需要一对匹配良好的电阻。下图为选自HP 34401A万用表的一个10倍放大器，4.5k电阻和500欧组成了10:1分压，这个比例的精度直接确定了放大器的增益，因此这两个电阻是封在一起的fineline。

二、电阻的匹配

    1、首先是匹配阻值。例如上例中，4.5k和500欧应该严格有9:1，这样才能有准确的10倍放大。

    2、其次是匹配温度系数。否则由于外界温度的变化，或者由于通电后的自热，会让两个电阻有不同的变化，引起其比例的变化

    3、再就是匹配功率。否则因为功率不一致产生不一样的温度，就会产生温度差别，以便温度系数已经匹配。

    4、匹配老化。否则时间一长，老化方向不一样，比例也会改变。

三、如何进行匹配？

    1、选择相同的材料、相同的工艺，做出相同的元件。这个方法曾经在早期的基准上广为使用，有一定效果。但综合起来，还是逃不脱10%法则。
    究其原因，相同是相对的，不同才是绝对的。即便铜一轴电阻丝，前后也有差别，尤其是绕制的时候，粗细不同，力矩大小自然不同，因此松紧也就不一样，引起老化和温度系数的不匹配。

    2、同上，但做完后对温度系数进行测试，然后再匹配。Fluke就大量采用这种方法，把测试的温度系数标在电阻上，甚至能标到0.01ppm，这样，只要选择温度系数相同的电阻进行分压，那么分压比就不随温度而变化。然而，由于温度系数会随时间而变化，更主要的是老化系数更是离散比较大，因此会出现老化不均的现象。

    3、利用集成工艺，在一个基片上做出相同的元件。这是比较现代的方法，HP的高位表上广泛使用那种外表镀金的类似大片集成块的电阻网络。同样，Fluke 5700/5700、Keithley 2002等众多仪器内，也都采用了磁基透明封装的电阻分压网络。甚至那种很常见的稳压基准例如AD587/588、MAX6350其内部都是用匹配的电阻分压的。

三、电阻匹配的举例

    多圈线绕电位器，是用一根电阻丝缠绕在细的绝缘棒上，然后弯曲嵌入凹槽，作为分压主体。如果理想，那么分压的上下两部分电阻的特性是一致的，所以分压比应该稳定。
   但是实际上，由于电阻丝的材料不均匀性、拉制的力度不同温度不同、绕制的松紧不同、上下温度也不同，因此分压比是随温度也随时间而变化的。由于这样的电阻丝是0.05%级别的，所以，多圈电位器这样的分压匹配，可以做到0.005%，也就是50ppm。


   1、加当分压电阻，用于万用表电压分压。绝对精度是0.1%，但比例精度也才0.05%。绝对温度系数是30ppm/C，匹配后是5ppm/C。






2、Vishay VHD200/144电阻。单个电阻0.6ppm/C，匹配后0.1ppm/C

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Excel辅助-标准电阻测量计算

    当进行标准电阻相关的测试测量的时候，需要进行很多精密的计算。用计算器尽管可以达到目的，但没有中间过程，算错了还要重新来，而且不能做记录。附件的EXCEL文件就是涉及这种电阻运算的，而且可以作为文档保存起来。如果你喜欢公式，你可以看看表格黄色单元里面的内容，进行检查验证。

    注意：当你用万用表来测量一个标准电阻的时候，你实际上是用表来对比内部电阻标准，而表的内部标准一般都比较差，所以会出现读数不准、读数跳动这种不理想的情况，这往往不是标准电阻的问题。


     精确测量标定未知电阻，要有一个好的外部标准电阻进行对比测试，这其实就是替换/转移/传递测量。传递测量也可以是认为你用标准电阻来校准你的未知电阻。这种传递测量中，不确定度包含了标准的不确定度和传递过程的不确定度，未知不确定度等于标准的不确定度“加”上传递的不确定度，因此测量值的不确定度肯定是高于你的标准的不确定度的。

    当然，标准电阻也不是理想的，会有长期老化，也会有温漂。我们控制不了时间，因此也不能让电阻不变老，只能接受其老化但进行考察和记录。同样，业余计量爱好者也难于拥有自己的恒温室，甚至恒温槽都成问题，所以我们的标准电阻只能是任凭室内温度摆布，这样温漂的问题就会出现，影响测量结果。



    如果你的标准电阻是很不错，测试设备也很好，但就是测量结果没有保存，甚至不会计算或计算错误，那就太遗憾了。本附件的表格会帮助你缓解或克服这个问题，要点如下：
    1、标准电阻必须有出生证，上面标有alpha和beta温度系数，尤其是要有校准值。SR104在盖子的内部有一张纸证，写明了所有出厂时的电阻特性和测量值。
    2、标准电阻最好有一个新近的校准，这样不仅阻值更可靠，而且你可以根据阻值的变化计算出平均年老化率是多少。
    3、对此标准电阻和未知电阻进行测量。其实，任何测量都是对比，即便你直接用3458A测量10k，也是把这个10k与3458A的内部基准进行对比。3458A的电阻档不算很好，其它的高位表比如Fluke 8508A的也好不到那里去，因此测量电阻要把对比这个概念显性化。
假设你用3458A测量你的未知电阻，得到Rxm=10000.155欧，这个并非直接就是结果，因为3458A不够好，要通过测量标准电阻来排除误差。
然后替换成标准电阻再次进行测量，得到Rsm=10000.123欧，这个当然也不是标准电阻的测量结果，但两次测量的差值更为重要。
假设你的标准电阻的校准值是1000.002欧，由于差值为0.032欧（即未知电阻多了0.032欧），那么未知电阻就是1000.002欧+0.032欧=10000.034欧，这样就对了吧？

    如果你的标准电阻没有老化，同时你的标准电阻和未知电阻没有温漂，那是对的。
    但是，你的标准电阻自从上次校准以来老化了多少？由于现在的温度与校准温度的不同，标准电阻有变化了多少？你的未知电阻转换到标准温度后，又应该修正多少？
这些问题的答案都在表格里。


    4、绿色背景的单元是原始数据或测量数据，需要你的输入。一旦输入完毕，黄色背景的单元就是结果，就这么简单！除了老化和温漂相关的计算外，还有一个根据SR104的温度传感器的数值求得精确的内部温度的表格。





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我是不会修

这都是高端玩家的操作，既烧钱又烧脑，我们屌丝直接搞个普通金属箔甚至线绕电阻就够用了。

lsstudy

接续保护一次：保护贴，

天使的魔翼

我是不会修 发表于 2025-2-21 10:35
这都是高端玩家的操作，既烧钱又烧脑，我们屌丝直接搞个普通金属箔甚至线绕电阻就够用了。 ...

普通金属箔也可用同样原理进行匹配，然后再补偿，完全可以做得比塑料块都要好。

例如，国巨YAGEO低温贴片才0.3元/个，加上补偿的几个金属膜色环，最多也就不到20块钱，效果绝对比塑料块好；甚至可以直接选择品牌的0.1%色环电阻来做，效果也不错。

我是不会修

天使的魔翼 发表于 2025-2-21 10:51
普通金属箔也可用同样原理进行匹配，然后再补偿，完全可以做得比塑料块都要好。

例如，国巨YAGEO低温贴 ...

怎么弄都是直接塑料块省事省钱，几块钱，十块二十块的，也不用补，基本都够用了，大多数温飘都在2PPM以内。

wjqok

人体靠近（热辐射，电场，磁场），气温变化。不是计量部门还是别折腾了

天使的魔翼

我是不会修 发表于 2025-2-21 11:00
怎么弄都是直接塑料块省事省钱，几块钱，十块二十块的，也不用补，基本都够用了，大多数温飘都在2PPM以内 ...

怎么说呢，拆机精品S102C、105K等塑料块，基本上是别人挑剩下的，超标严重；例如华杨JS那儿，基本上是先谈好价格，再以20个起步量购买，然后再筛选完了，剩下可以退回，基本上运费都高达20多。

再说，国产RJ711，很多假货，夹开可能是金属膜套的塑料壳；那怕是正品，标5ppm都不可信，实测可能就>25ppm，而且呈非线性变化

上次团购的天耕电阻，也是问题多多，至今只能当哈蒙电阻用。

我是不会修

天使的魔翼 发表于 2025-2-21 11:07
怎么说呢，拆机精品S102C、105K等塑料块，基本上是别人挑剩下的，超标严重；例如华杨JS那儿，基本上是先 ...

没买到过假货，这么多年各种渠道也买了小一百个了。711都说假货，我也买了一些拆机，一点都不假，做的不咋地而已，指标还是牛逼的很，而且很便宜，几块钱一个就能打包一堆。对于普通用户绝对够用了。

linksys123

天使的魔翼 发表于 2025-2-21 10:51
普通金属箔也可用同样原理进行匹配，然后再补偿，完全可以做得比塑料块都要好。

例如，国巨YAGEO低温贴 ...

目前看，还是塑封金属箔做基准性价比高。稳定，也不算太贵，二手的十元上下

新的0.1%插件色环电阻，很难买到好的，老化率不行
新的电阻，手上的25ppm温漂精密贴片电阻，总体比25ppm精密插件色环电阻表现好很多
不过，一些贴片或圆柱插件金属膜电阻，虽然温漂可以做到很小，2-5ppm以内，但受湿度影响大，波动几十ppm

大猫8627

感谢大佬分享，学习的是技术，原理，至于说用，非仪表类电路，普通电阻就能用