精密電阻器設計指南

介紹

即使在這個數字時代，數字測量和儀器儀表利用依附一個或多個電阻正確性的阻值。為了保證系統的性能，設計人員必須懂得哪些因素會影響精密電阻的阻值，以及這些因素如何共同影響來進行評價。

基礎上有三種類型的弊病起源需要懂得。

• 首先是測量誤差，這些因素限制了精度與該實際電阻值。
• 其次，短期變更的因素，反響了不斷定性的電阻值在客戶 近組裝電路板。
• 第三，長期變更的因素，反響了電阻值在全部產品利用壽命期間的漂移。

這種組合所有這些因素被稱為總覽 (total excursion)。

測量誤差

注意是必須的，當測量精密電阻時，除了電阻誤差外，須將儀器的不斷定度保持在一個可疏忽程度。 除了把持測量儀器的溫度和電壓外，連接可能需要 4 個端口（Kelvin）和利用有屏蔽的電纜。 如果遇到很大的誤差時，利用保安技術 (guarding techniques) 可能可以打消表面泄漏路徑。

利用儀器必須有足夠的分辨率和溯源校準，使測量不斷定性是可以量化的。如果不能測量不斷定度不能被疏忽，則應當記入。例如，當檢測值為 0.01% 精度誤差的電阻，用 0.001% (10ppm) 不斷定性的測量儀器，則可吸收的精度誤差為 0.009％。

短期變更的因素

基礎的因素是電阻的精度誤差和溫度系數 (TCR)。精度誤差就是實際阻值與標稱阻值的 高百分比偏差，測量特定的溫度（一般是 25°C）。在某些情況下，測量電壓也需指定。

溫度系數 TCR 是指電阻值溫度變更的變更量。溫度系數 TCR 定義是 大的平均電阻值的變更量，于兩定義溫度間的每攝氏度溫度，并表現為 ppm/°C。除非另有闡明，精度誤差和 TCR 數字是有正負的，表現 "0.1%" 為 "±0.1%"。

當界定電阻的溫度領域，有必要考慮內部環境溫度，如元件附近產生的熱效應和溫度上升，及電阻本身的散熱。

在某些情況下，還有其他因素會影響電阻值的測量。如高阻值和高電壓部分，測量電壓會影響所得到的阻值。 大誤差源可以從電阻的電壓系數 (VCR) 計算得知，表現為 ppm/V。VCR 始終是負值的。客戶可以設定測量儀器的電壓，來映對實際運作的條件，以打消此弊病。

另一個極端狀態，用于電流感測的非常低的電阻值，當溫差產生通過自我加熱，或其他原因，可能會產生熱電磁場在不同金屬的接口。這比電阻電壓降落要明顯，因此產生弊病。設計對稱的熱源通過電阻，通常可以打消此弊病的起源。

TCR 和 VCR 都可產生可逆性變更的電阻值;阻值會恢復到其原始值，如果在室溫下測量和標準的測量電壓。其他的變更是永久性的，并首先要考慮的是阻值飄移，產生于電路板組裝加工的印刷。這可以通過電阻焊接熱數據表解決。

長期變更的因素

數據表往往舉出圖表的性能數據，使設計師評估電阻值轉變的 高壽命。一般來說，只有這些圖表中，只有一個圖表 能反響實際的狀態。

保存限期實用于良性的環境。負載圖表中功耗是重要因素，長期濕熱圖表闡明在潮濕的環境中可能遇到的狀態。

在所有這些測試中， 重要的阻值變更是產生在這段時間內的測試，之后阻值將趨于牢固。例如，1000 小時的負載圖表是一個很好的預測阻值變更指南，在較長時間的電阻利用。為了更加正確，用數學模型來推斷利用條件下及長期牢固性程度。

顯然，初始的校準可用于打消精度誤差和焊接過程引起的誤差。