如何選擇合適的電阻型分壓器

圖3 分壓器輸出誤差隨著比值的增加而增加

均衡容差
圖4說(shuō)明了一種降低這種雙倍容差誤差的方式。通過(guò)在單片襯底上沉積和生成高精度薄膜電阻，使得電阻元件具有非常相似的電氣特性。因?yàn)槲覀兯P(guān)心的“分得的”輸出電壓取決于R1對(duì)R2的比值，與每個(gè)電阻元件的絕對(duì)容差無(wú)關(guān)。通過(guò)購(gòu)買(mǎi)比值容差±0.1%的薄膜電阻分壓器，我們可以確定由固有容差引入的最大輸出誤差是±0.1%，而不管每個(gè)單獨(dú)電阻的容差是多少――效果改善為分立解決方案的兩倍。

圖4 使用單片襯底上的薄膜構(gòu)成的分壓器

使用單片薄膜分壓器這一想法不僅能夠用于降低由容差效應(yīng)引入的輸出誤差，而且在降低由溫度引入的誤差方面也有同樣的好處。常見(jiàn)的高精度芯片具有±25×10-6/℃的溫度系數(shù)（TCR）。這意味著，當(dāng)電阻溫度達(dá)到125℃時(shí)(比室溫高100℃)，每個(gè)電阻的阻值變化可能會(huì)高達(dá)±0.25%。如果R1和R2的溫度系數(shù)的變化方向相反，那么輸出電壓的誤差可高達(dá)兩倍（或±0.5%）。

傳統(tǒng)薄膜分壓器的兩個(gè)電阻元件之間具有±5×10-6/℃的TCR跟蹤。同樣，因?yàn)楸∧る娮柙趩纹r底上是以完全相同的方式沉積和處理的，所以它們的變化與溫度的變化趨勢(shì)相同。此外，同樣，因?yàn)閮蓚€(gè)電阻元件的比值對(duì)輸出電壓很重要，所以每個(gè)電阻元件的絕對(duì)溫度系數(shù)與分壓器的精度無(wú)關(guān)。通過(guò)購(gòu)買(mǎi)TCR跟蹤規(guī)格為±5×10-6/℃的薄膜分壓器，由溫度效應(yīng)在100℃變化范圍內(nèi)引入的輸出電壓誤差可以從±0.5%降低到±0.05%；改善10倍。

表1匯總了這兩種方法。使用0.1%的分立電阻設(shè)計(jì)分壓器時(shí)，由容差和TCR引入的最大輸出誤差是0.7%。使用高精度薄膜電阻時(shí)的最大輸出誤差是±0.15%――性能方面超過(guò)4倍的改善。

進(jìn)一步的研究表明，預(yù)期的輸出電壓會(huì)受到分壓器中的電阻的比值及其固有容差和溫度系數(shù)的影響。

通過(guò)選擇單片襯底上的高精度薄膜分壓器，設(shè)計(jì)人員可以確保分壓器中的電阻元件具有非常相似的電氣特性，并在溫度和時(shí)間變化時(shí)實(shí)現(xiàn)很好的跟蹤。在公用襯底上的材料和處理過(guò)程的相似性確保了分壓器能夠在所有比值和環(huán)境下更為穩(wěn)定，且性能更好。