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校準(zhǔn)儀中精密合成電阻的設(shè)計
摘要：介紹了校準(zhǔn)儀中精密合成電阻的設(shè)計。該設(shè)計利用精密運算放大器緩沖輸入電壓，并通過數(shù)/模轉(zhuǎn)換器調(diào)整施加于標(biāo)準(zhǔn)電阻上電壓與電流的比例，從而改變電阻值。通過內(nèi)置的精密電阻測量電路測算了運放的失調(diào)電壓，并用數(shù)/模轉(zhuǎn)換器自動補償失調(diào)電壓，可取得高精度的可編程合成電阻，以滿足校準(zhǔn)儀中電阻輸出的要求。關(guān)鍵詞：合成電阻 自校正 非線性 D/A轉(zhuǎn)換器
在校準(zhǔn)儀中經(jīng)常需要自動輸出人們所需的精密電阻值，以取代精密電阻箱、電位器。把電阻箱改成了由繼電阻切換可輸出所需阻值[1]，但其體積大且串接了繼電器接觸電阻。用數(shù)字電位器通過切換半導(dǎo)體電阻來得到可變的阻址，由于串入較大開關(guān)導(dǎo)通電阻且溫度穩(wěn)定性差，無法獲得精密電阻值及高分辨率。用運放等構(gòu)成單口網(wǎng)絡(luò)，通過編程得到輸入電壓及電流的比值，即可獲得可編程的線性電阻。這種阻抗合成技術(shù)可獲得很高精度的輸出電阻，如WAVETEK公司的9100型多功校準(zhǔn)源[2]就采用了合成電阻。
1 電阻設(shè)計
合成電阻的電路原理圖如圖1所示，由輸入運放、D/A輪換器、模擬開關(guān)、輸出運放及失調(diào)調(diào)零電路構(gòu)成。施加于標(biāo)準(zhǔn)電阻一端的輸入電壓值經(jīng)過緩沖放大、比例調(diào)節(jié)后，反饋到標(biāo)準(zhǔn)電阻的另一端，以此來控制輸入電流，從而確定輸入電阻值。
運算放在器A1接成電阻跟隨器形式，輸出電壓為U10=Ui，作為D/A轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓。D/A轉(zhuǎn)換器由U1及U2復(fù)合而成，均采用電壓輸出型乘法轉(zhuǎn)換器，使基準(zhǔn)電壓即使減小到接近零也可得到較好的比例輸出。數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的傳輸系數(shù)K由輸入數(shù)/模轉(zhuǎn)換器U1、U2的數(shù)字信號決定。因此D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電壓為UD/A=Kui。由于A2工作于線性放大狀態(tài)時兩輸入端嗯位相等，因此A2的反相端電壓為KUi。模擬開關(guān)S1上電流為零，因此連接于通開關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)電阻下端電壓也為KUi，合成電阻的輸入電流通過標(biāo)準(zhǔn)電阻及模擬開關(guān)S2全部流向運放A2的輸出端。這樣，施加于標(biāo)準(zhǔn)電阻上的電壓為Ui-KUi，電流為Ii=(Ui-KUi)/Rs。由于運放A1的同樣輸入電流為零，則對輸入端來講，可得合成電阻R=Ui/Ii為：
R=Rs/1-K (1)
即標(biāo)準(zhǔn)電阻倍增了1/（1-K）倍，而與模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻無關(guān)。當(dāng)K=0時，電阻不變；當(dāng)K=0.9時，電阻放大10倍�？梢�，可以通過改變D/A轉(zhuǎn)換器的輸入值以調(diào)整K值來改變合成電阻值。標(biāo)準(zhǔn)電阻Rs通過模擬開關(guān)S1、S2選擇為10Ω、100Ω、1kΩ、10KΩ，從而可得到輸出100Ω、1kΩ、10kΩ、100kΩ等連續(xù)電阻量程。電路中，運算放大器A1連接成電壓跟隨器的形式，A2接近單位增益，并接入校正電容，因此呆得到穩(wěn)定的合成電阻。
在電路中，用兩個D/A轉(zhuǎn)換器復(fù)合可以合成更高的分辨率。如兩片低溫漂高穩(wěn)定性的16位乘法D/A轉(zhuǎn)換器的合成，可以得到20倍以上的分辨率。運放A2構(gòu)成了同相加法器，同相端的電壓為：
UDA=R10/(
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