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DIY 1GΩ 标准电阻

时间:2012-10-09  来源:38hot  作者:lymex

为什么要1G电阻?
1G电阻可以说是正式的高阻了,在校准高阻计、兆欧表等高速设备时为必需。
另外,1G电阻配合电压基准,能生成标准的小电流,可以校准微电流计。
当然,如果1G电阻做得好,可以成为校准工作高阻的更高一级别的电阻。

1G电阻的困难
我们知道,小阻值的电阻用线绕或者金属来做是最好的:没有电压系数,老化和温漂都不错。但比较现实的金属箔最大为100k,通过串联也就是1M。线绕最大的也就是10M,经过串联可以达到100M,但要做1G,就不太可能用这样的材料了。

传统1G电阻用真空电阻比较多。真空电阻由于不仅是密封,电阻材料周围什么也没有,因此其老化不受外界影响而仅仅取决于自己。但由于电阻率非常高,因此材料很难选择,不可能用金属了,一般是氧化膜、半导体,甚至有可能是有机物质。这样的材料很难做好,温漂、老化和电压系数都比较大。
参考一个我的1G的国产标准电阻,BZ17:




    

内部是多个电阻串联的,主要用于调整。最主要的电阻是1G真空电阻,但实际阻值不到1G,因此找了很多电阻来串联凑成1G,不过起主导作用的还是这个1G电阻。

这个电阻性能如何呢?暂且不去测试,看看说明书是怎么说的



原来才是1%的!这个电阻的实际值为1.004G,温度系数是-0.08%/C,也就是-800ppm/C,看来是碳膜级别的了,比较失望。


再看看国外的商品的电阻。Fluke 742A系列,最大才到19M,不行。
与742A系列性能类似的IET SRL,有1G的,标价2200美金,性能如下:




裁减表的时候,有意的保留了几个作为比较。
其中,几个参数的意义是
Adjustment Accuracy---调整偏差,也就是与标称值最大可能的差别
Calibration Uncertainty---校准误差,就是校准证书上的值和真值的最大偏差
Stability 12 months---每年的稳定度
Max Resistance Change from 23C---即当温度变化正负5度时,电阻可能的最大变化

可以看出,10k的最好,年稳<4ppm,温度窗口不大于1.5ppm
到了100M就差一些了,年稳<20ppm,温度窗口实际上是5*10=50ppm。因此,这个电阻应该仍然是线绕的。
到了1G就更差了,校准不确定度、稳定性、温度特性都为100M的10倍关系。显然是非线饶的,也说明1G电阻是个坎,制作困难。


看一下也许是目前最好的高阻:高联/Guildline的9336



其中1G的温度系数才不到6ppm/C,老化也是35ppm/年,这个很不错了,甚至有人怀疑只有线绕电阻才能做出这个水平。
显然,这里的DIY 1G是无能力赶上了,温度系数能做到10ppm之内作为高阻抗不容易了,而年稳定性达到100ppm也不容易,作为DIY的终极目标吧。


DIY 1G的目标
达到或超过SRL-1G
例如调整到0.1%是很轻易的,换电阻就行,而且是焊接的、无可调器件;
标定到100ppm是很轻易的,用自身转移法;
1年的稳定性100ppm,很有信心,老化、循环+统计;
温度系数20ppm/C,没有问题,目标是10ppm;
耐压5000V,也没问题。100个串联,分配给每个电阻才50V。
至于电压系数,由于是多个串联,每个承受电压很小,因此不用任何担心。期待能早日看到您的DIY作品1G电阻的实际制作

要把100个电阻串联起来,也不是一个很轻松的工作。曾经在某天睡觉前想到一个方法,这里的制作就是。

首先裁出两块特氟龙/Teflon/F4板(以下简称F4),标称厚度1.0,但由于是模压的,实际厚度有1.2mm。



用洞洞板做钻孔模板,孔距是2.54mm,这个比电阻的直径要小。这个电阻就是适合这样密排安装的。把两片F4板放到一起,一面用洞洞板对齐、另一面用普通电路板夹紧

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