DIY高准确度电压基准

本系列经典的文章由BG2VO多年前所著,目前未被超越,帖到这里供大家参考。在本站发表时略有修改。

第一部分,概述
电子电路的电压基准最早是用稳压二极管,利用了二极管反向击穿后的非常陡的雪崩电压特性来进行电压稳定,比如国产的2cw14。这类稳压管小电压的具有比较大的负温度特性,高电压的具有较大的正温度特性,稳定度和噪音也比较差。但由于结构简单、非常便宜,目前还广泛用于要求不高的场合。
后来国内高精度的场合大量使用补偿的稳压二极管,用正偏二极管的负向温度系数抵消稳压二极管的正温度系数,2dw7c(后来改型为2dw232)是最典型的高精度的,温度系数小到0.005%/c,即50ppm/c。总体精度为0.1%级别的。
再后来,能带隙(bandgap)集成电路大量出现,比如最常用的lm385-1.2(温漂30ppm/c,电流范围大)、tl431(并联稳压),广泛用于各种电源和电子电路中。另外,伴随着方便且价廉的三端稳压器的大量使用(比如7805,温飘不到1mv/c,噪音大约80uv),使得电源供电水平大大提高。

图1、2,一些常见的稳压管和基准(图上自左向右与表中从上到下对应)
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图3,hp3456a 六位半万用表内基准板,用的就是lm399类型的基准(lt1826-1249-5)。据说hp3457a(6 3/4位万用表并可扩充到7又3/4位)内部基准与这个完全一样。
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图4,从我的hp 34401a(6位半万用表)的维修手册中可以看到,电路图明确标明基准u403是lm399,而元件列表中的生产部件号正是1826-1249。
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第二部分,高精度电压基准器件
但是,作为电压基准,是需要精确保存并复现电压值的,因此要求更高一些,比如:
1、温度漂移要很低,比如10ppm/c以下,甚至1ppm/c
温度是电压变化的大敌,为了对付温飘一般采用两种方法:
a、补偿。有的用电路来补偿,高端的用数字方法,把器件的温度特性记录下来,然后烧到rom里用d/a输出相反的信号来补偿,可以做到1ppm/c
b、恒温。这是比较彻底的解决办法,大部分用片内恒温,也有的是片内提供加热和感温器件需要外部电路配合。也有的干脆做恒温器。

2、长时间漂移(老化)要小,比如每年不变化不超过100ppm,甚至20ppm以下。而对于普通的稳压器件往往不规定老化指标
解决老化的方法,主要是器件的制作工艺,比如深埋。另外,还要进行老化、筛选和选择适当的电路。

3、噪音要低。高准确的电压设备(比如高精度万用表)分辨力高,如果噪音大,那么后几位将总在变动。这就象测量河水的水位,但水位一会儿高、一会儿低,就很难测准。

目前用的比较多的高精密的基准大多都是深埋型恒温的,比如:
a、lm399,这个是恒温和稳压一体的,4脚to46小金属封装,但外边套上一个白色塑料保温罩,比3dg12还要大一些。
lm399广泛用于要求比较高的校准器、电压源和高档万用表里做基准,温度系数不大于2ppm/c(典型0.3ppm/c),稳定度大约每年20ppm(厂家指标每1000小时20ppm),噪音7uvp-p。hp广泛使用的6位半万用表,里面用的就是lm399。
lm399的问题就是工作温度太高而且不可改变。由于外界温度接近恒温温度后恒温将失去作用,而为了抗恶劣环境,因此lm399把恒温温度设置到85c-90c。这样不仅功耗大,更重要的是老化严重,噪音也高。温度高带来的热电动势也高。
当然,lm399也是不同的,有不同的厂家在生产,也有lm299、lm199,还有经过老化或筛选的lm299-20(表示1000小时老化不超过20ppm)等,特性也不太一样。

b、ltz1000,这个是目前最好的器件,是线性公司开发的高准确度基准,采用深埋技术达到高稳定度,同时片内集成了温度传感器和加热器,温度系数达到0.05ppm/c,而且由于控制部分在片外,因此恒温温度可以随意调节。稳定度每年3ppm(3σ),噪音1.2uvp-p,这个指标可以认为比lm399高了一个数量级,因此主要用于高准确度的标准发生器、电压基准和8位半万用表中。但是,好的器件还要求好的电路和好的使用环境。在hp/agilent 3458a万用表中,由于出于工作环境的考虑,把工作温度设置为90度,因此特性受到影响,比如老化、噪音、开机重复性等指标都不是太好,以至于本来3ppm/年的基准器件,在万用表的电压稳定度指标上却是8ppm/年!
数据手册:
http://www.linear.com/pc/downloaddocument.do?navid=h0,c1,c1154,c1002,c1223,p1205,d3044

c、其它基准
—我的fluke 335d(10ppm准确度),里面用了德州仪器(taxas)的一个黑色的体积比较大的恒温基准,没找到资料。
—datron公司生产的zn21,电压9.8v,稳定度5ppm/年,国内有人在用。

图1、lm399,早期用4个lm399(其实有两只lm299)组装的电压基准。这个是1997年年初做的,一直是我最好的标准,当时独出心裁想弄4个搞并联,增进稳定并减少噪音。后来在2000年到2003年,国内杂志上发现有用lm399和类似基准4只进行并联的报道。
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图2、早期做的“冷”基准。分别用lm329ah、lh0070-1和lm369dn,为了减少温度漂移,采用微功耗设计。电源变压器的空载电流只有5ma。这个基准的最大优势就是不用预热,开机就可以用,并且由于发热非常小,使用很长时间也不漂移,并可以互相参照。
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图3、fluke 335d内部基准
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图4、ltz1000,等待使用。
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图5、hp/agilent 3458a八位半万用表内部基准板,也是采用ltz1000
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第三部分,计量部门用的最高级的固态电压基准
电压基准最早用硫化镉(饱和)标准电池,标称电压1.018v,稳定度普通好一些的10ppm/年,更好的1ppm/年,而最好的控温标准(10只组)可以达到0.1ppm/年。标准电池的弱点是对温度变化敏感,不仅温度系数大(40ppm/c),而且一旦温度变化后,电压的变化有滞后且很难恢复,因此需要长期的高稳定度、高准确度的恒温。另外,标准电池不可倒置,怕晃动,因此不便于携带运输。1v左右的电压也有些低,使得接触热电动势的误差不容易克服。

国际上80年代、国内90年代开始大量采用固体(半导体)标准,具有体积小,电压高(10v),携带运输方便等特点,准确度达到1ppm之内,好的(久经考验的、多组的)可以达到0.1ppm之内,短期特性更好,因此广泛做为地区标准和传递标准使用。之所以采用10v电压为基准,是因为10v附近的电压的质量最好,也容易测量,同时也是10的整数次幂,与常见的校准器、万用表的基本量程接近。

90年代后国际上电压基准采用了约色夫森结(jvs),这是一种低温量子效应的自然基准,只要有条件就可以独立复现,电压开始是10mv,然后很快增加到1v,最后固定在10v。准确度达到0.01ppm甚至更高。由于价格昂贵、运行费用高,因此一个国家也没有几套,主要做原始基准来校验各种次级标准。正因为jvs的出现,标准电池作为保持电压的基准的作用大大削弱,而固态基准的短期稳定性好,便于运输传递,因此标准电池日见淘汰。

目前计量单位广泛采用的固态基准有:
(这些基准都是10v为主,尽管有1v或1.018v,但为分压输出,指标差)
a、英国datron公司的4910/4911/4912,1-2ppm/年。4910是4个独立的基准放到一个机壳内,内部基准采用了linear的ltz1000ch,7v到10v升压采用了先进但复杂的pwm方式,生产于80年代到90年代,二手市场偶见。我目前(2007年9月)进了一台。

b、美国fluke公司从1983年开始生产的第一代老基准,732a,稳定性6ppm/年,后来新的732a有所改进指标提高到3ppm/年。(其实,fluke还有更老的比如730a、731a,但性能一般,很少见)。我国曾进口很多,作为国家、各大区级别的电压基准,目前很多单位仍然在用。国际上用的也很多,但现在逐步被更好的基准淘汰,因此二手市场常见。fluke公司自己的电压标准就从1984年从几十只饱和电池切换到4只732a保存(后来有更新)。我自己一直想进个二手的,毕竟这个是最流行的最经典固态基准,但一直头痛其巨大的体积(深度650mm!重量12.3kg),直到后来添置了仪器柜子后才买了一个。732a内部基准用的是motorola的参考放大器sza 263。

c、fluke公司的第二代基准,723b,1992年发表,稳定性为2ppm/年,现在仍然在生产,报价7万多,体积比732a小了不少(深度406mm,重量5.9kg),而且可以4只成组,年稳定性可达1.2ppm,国内也进口了不少组。
无论是732a还是732b,其基准元件都是采用了深埋补偿型稳压管,通过内部的恒温槽来保证所需要的运行条件。并把其它关键器件(参考放大器、分压器)也密封在恒温槽里,这样的系统对温度变化尽管不敏感,但需要长时间通电保持(否则,断电恢复差异可达到0.5ppm之多),因为其基准器件也工作于高温,经受不起冷热的变化,使用条件比较严格。早期的732b仍然沿用sza 263,但后期的改成了linear公司的ltflu-1作为基准。

d、fluke的第三代基准7000系列,最早是wavetek公司收购datron后利用其491x系列的技术于1998年开发7000系统,根据所配的数量(单:7000m,四个:7004n,十个:7010n)指标为1ppm-1.8ppm/年不等。这系统采用的核心基准器件就是ltz1000,而且工作在相对低的温度:45度,所以对掉电不太敏感,而且采用所谓“退磁”技术,能够大部分恢复掉电前的状态。
2000年wavetek被fluke收购,这个基准就带了过来成为fluke的了,而且基本没有改动。这个系统体积比较小(深度290mm、重量2.1kg)。同时带过来的还有其8位半的1281万用表,这个本来我看好了深圳一家二手的,但找人去买的时候发现是坏的!fluke在英国把1281改造成了目前世界顶级的8位半:8508a。以前fluke还真的没有自己的8位半万用表。

图1、datron 4910,被认为是最稳定的固态基准(之一)。
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图2、fluke早期的732a,在其基准实验室,估计是在做基准、做测试、做老化、做样子。
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图3、二手市场上的732a。价格一般700usd左右
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图4、fluke后期的732b,4个松散组合成734a,报价27万到35万。
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图5、6,fluke最新的7000系统,单个价格5万多,最多可以10个组成一套系统(紧密组合)
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图6、fluke近期的电压基准实验室。前景稍微模糊的大罐子是约色夫森结基准,架子上还有10多个732a,而右下角部分已经被更小的732b替代了不少。架子上边有一套7000系统,右上角是低热电动势多路开关。
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图7,10v固态电压标准比较表。
(后面给出ltz1000的典型/理想值,以及我自己的目标)
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第四部分,我自己的计划

a、以ltz1000为核心,至少做10块相同的独立的电路(板),每块实现ltz1000的最佳表现,组合起来达到更高的要求。按照统计原理,4个组合可以把稳定度和噪音指标提高1倍,9个组合可以成3倍。

b、采用低温恒温,35度到40度之间,因此老化更小、噪音比指标还要好、掉电特性良好。
(甚至可以采取常温恒温,即恒温在25度c,用半导体制冷/加热一体,以便取得更好的性能)
温度漂移:0.05ppm/c(厂家指标)
老化2μv/sqrt(kh)(厂家指标)(折算后为1.0ppm/年以下,9个组合后0.5ppm/年左右)
噪音1.2μvp-p(厂家指标)(组合后0.4μvp-p,如果再加上降噪电路可进一步减少)。

c、用photomos做一组开关,利用计算机 + usb-gpib接口 + 3458a + 自编软件,进行自动参数测试
photomos是一种性能优良的光电器件,类似光偶,有人叫光继电器。一边输入一个很小的直流电后,点亮了内部的led,另一边有串联成组的光电池,把光转变成电压,驱动双向vmos管,则电路导通。vmos管具有开路漏电低(典型不到10pa)、开启后成阻性而无残压、导通电阻比较低的特点。有一款aqy212比较适合,导通电阻0.83欧。

图解过程。
鼻祖文章片段,1990年出自剑桥大学,ltz1000出来不久后的测试结论。可以看到,温度越低则稳定性越好。更主要的是,这个器件在相对低的温度下不怕频繁启停,而且老化也非常低,大多在1ppm/年之内。这篇文章还包含了比较系统的测试方法。

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原始电路图(关键元件要求)

这个电路来自ltz1000的数据表,电路并不太复杂,很多元件都是ltz1000内部的,关键元件为r1到r5,其中r1和r4/r5最关键,每100ppm的变化会导致输出1ppm的变化,而r2和r3就不那么严重。实际上,通过我的测试(附图补充中文部分),r1变化对系统影响不大(只有原说明的1/7),r3的变化也非常小(1/7),但r2的变化影响就超出原来的说明。因此,3458a万用表的基准,r2采用了普通电阻属于失策。没想到厂家的数据不仅没有任何余量,而且实际情况还要糟糕很多!
而我在实际应用中,很关键元件选用rj711,关键与比较关键的选线绕,不关键的r3我也选了线绕(实际完全可以选0.1%金属膜的)。

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步骤1,面包实验板电路,验证用,已经完成使命。

通过实际装配和测试,得到了核心器件的随各种外界条件(环境温度、恒温温度、电源电压、绝热情况)稳定性等关键指标,也通过改变外围器件,确定了这些器件到底在什么程度上影响总稳定度。

这个电路由于受接触电阻、接触电动势、元件选择的影响,一个月来稳定度大约是10ppm。

补充表格:输出电压最大和最小的差别为0.11mv,为15ppm,但那是发生在初期,大概是测试条件不是很理想(比如3458a的预热时间不够),到后来也很稳定了,每日变化大约1ppm,10天的变化3ppm。
再补充表格:各电参数变化后对输出的影响。有些如厂家所言,但还有一些与厂家数据出入较大。
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步骤2,万能板焊接,指标测试用。
面包板的接触并不可靠,而且具有接触电动势,也不能模拟最终焊接时的实际情况,因此,这一步是必需的。通过测试,发现热噪音还是稍大,主要还是绝热不好,同时焊锡的热电动势大。因此,改造了布局,同时找到了低热电动势的焊锡的配方并制作完毕。通过对元器件的进一不测试,发现与手册上给的有较大出入,这个通过在面包板上的电路的复试也得到了确认,以次指导关键元件的定做,而不关键的地方则可以采取普通元件。

这个电路由于受到焊接电动势、个别元件选择以及没有绝热的影响,半个月来稳定度大约是3ppm。

补充表格,看电压变化。第一部分为稍微高温的,因此总电流20ma左右,10天变化正负2.5ppm。第二部分是降低了温度,因此电流也减半,5天稳定度正负2ppm。
应该注意,这个2ppm是基准与万用表的相对差异,因此也包含了3458a的变动或不确定度,而且大部分测量时,万用表并没有进行自动校准(acal,做一次需要18分钟)。
再补充三张图,增加了10v输出(电路板、读数、电路图)。
运放采用op27ez,其中e是最高等级的,失调电压典型10uv,最大25uv,变化不超过每月0.2uv,温飘典型为0.2uv/c(即0.03ppm/c,相对于7v而言)。
分压电阻串,上面采用10k两只(0.01%)并联成5k,下面为10k(0.01%)、2k(0.01%)、15欧+15欧(0.1%)串联,其中一个15欧并联了可调部分(200欧并500欧后,串联500欧可调)。其中4只0.01%电阻的温度系数是筛选匹配的(到0.1ppm/c)。
假设对10k要求是1ppm,那么对2k要求就降低为5ppm,对15欧的要求仅为700ppm,对可调电阻的要求就是7000ppm=0.7%了。
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步骤3,制板并定做。

用protel se99画的电路板,一共做了30块板,花了140元(其中开板费60元,加工费80元),比我想象的便宜,10天后到货。想想看,这板子的制作工艺还是很复杂的,钻不同位置、各种尺寸的孔,腐蚀,做金属化的透孔,上漆,印刷字母,等等。即便是数控床子,这些过程总要有的。可以看出,电路还是让我改了不少。比如电源电压从15v降低到9v(实际测试,9v时表现完全一样,因为只有运放和三极管直接用电,由于采用低温,则加热器也不需要那么高的电压了),增加了c6滤波,增加了一个补偿输出,r2和r3也采用定制的高稳定线绕电阻(75k),电路板打圈孔以便均温等。
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元件的老化和筛选。

元器件都是在生产出来开始使用时老化最厉害,越用老化就越小。因此,有意的提前老化就可以解决以后漂移大的问题。加温和冷冻循环是最常用的老化方法,实效法(就是长时间放置)也很有效但太费时了。以前参观过慈喜的陵墓,说是所用木料都是xxx木,而且都要存放数年以上,这样的建筑才不会变形。老化前先做记号,通过老化后改变很大的可以剔除掉,老化后特性还是不太好的也进行剔除。但核心器件ltz1000就只能先老化,其特性的变化太小了,只能先装上电路,再慢慢测量了。
以下是定做的部分电阻。其中最贵的是黑色的方型的0.5w的rj711,26元/只,温度系数<5ppm/c。而那两只白字的稍小的是vishay的样品,大约150元/只。
其它都是线绕电阻,温度系数都要求是<10ppm的,有好几个类型温漂不满足都退了货。
最下面的一管就是photomos继电器,开路漏电实测<5pa,导通电阻<1欧(驱动电流1.2ma时)。

第2张图为xxx书中对rj711的描述,第3张为rj711实物,第4张为两只vishay的10k和两只rj711的10k的对比(l=0.01%)。
最后一张为vishay的电阻结构图,前半部分电阻体是白色的隔离空间是黑色的,可见右边的调整区(从最大的19%到最小的0.0005%)。后半部分电阻体是黑色的隔离空间是白色的。这种调整方法干脆(要么通要么断),不会像砂轮割槽那样会产生变化。
rj711的定购厂家为济宁正和:http://www.zhengheele.com/cp_1.htm

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参考,3458a内部基准另一个方向,可以看到采用了三个高稳定度、低温飘(<2ppm/c)的vishay电阻。可惜的是,70k的r2和r3是普通电阻,而且这里其中一个可以采用普通电阻。vishay这类电阻非常厉害,最好的达到0.05ppm/c,最差的也是保证2ppm/c。我曾经想买一些,寻过价,最少定50只,每只41美金。

2006-11-30补充图3、图4,拆了一个rj711,在显微镜下看看内部。
可以看到光刻排列,黑色的是电阻体,棕色的是露出的基体(不导电部分)。
可以看出,下面一个大环实际上与上面对应部分并联,把这个大环刻掉,就只有单个电阻了因此增大了总电阻。大图中可以看到8个环,其中三个被刻掉。
表面特性不好,是因为上面有一层防水胶。其实再上面还有一层软硅胶已经剥离(左下还留有部分)。

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2006-11-17进度。
今天板子到了,下班后取了回来,晚间做装了10块板,全部一次通电合格。
1、30块板,是鞍山一家做的,一共140元
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2、元件准备。其中高精度的几只电阻需要测试温度系数并配对。
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3、成品板
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4、成品板
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5、成品板放大图。其中一个电阻需要精细调整后确定(自己用线绕),不想焊接再拆,因此用线暂时短路。
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国内某计量部门的电压部门,选自《计量》pp89,老了一些,肯定是上个世纪的。
其中:
fluke 752a是参考分压器,自校准,提供准确的1:10和1:100(0.2ppm和0.5ppm)。
datron 1071是英国的7位半万用表
fluke 845ar是null detector
solartron 7081是英国的8位半万用表。南京有一家有卖二手的,是坏的。
fluke 5440b是多功能校准器。
http://www.hellocq.net/forum/att … 4/4/206126.attach?0[/img]

下图是203所的电压基准(国家副基准)
右边就是1v/10v jvs(约色夫森结电压基准,需要用液氦才能工作)
中间的柜子从上到下是:
hp/agilent 3458a八位半万用表
fluke (?)
fluke 7000系列电压基准
tek2225示波器
guildline(加拿大高联)低热电动势多路扫描开关(32路)
fluke 734a电压基准(四个732b)
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在高准确度的电源中,噪音是不可忽略的一项指标。

噪音有的用某频段(常用0.1hz–10hz)的峰峰值来表示,单位是uvp-p。也有用噪音功率密度来表示的,单位是nv/sqrt(hz) 或者nv/(hz)^(1/2)。
噪音大的,在高准确度的万用表上,可以看到末尾几位数总是不稳定。
下面是一组测量结果,可以看到,几个电源基本上是10倍、10倍的差别。

ss-330w,daiwa开关电源,4-15v、30a,10000ppm级别(1%)
vc3050dw,胜利实验电源,0-30v、0-5a,1000ppm级别(0.1%)
zzdm,东明电子邮购稳压电路板,15v输入二次稳压,100ppm级别(0.01%)
it6122,itech 高稳定度电源,0-32v、0-3a,10ppm级别
ltz1000,自装电压基准,0.5ppm级别

不稳定的原因可能多种,比如电源电压变动、电路、干扰和噪音、基准不稳定、负载变化、热+温度变化等。这里的不稳定估计主要是电源电压的变动。到了最厉害的ltz1000级别,因素就是基准和噪音了。

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我的一些高准确度电阻。

图1、左边的是vishay的rck02系列,具有0.6ppm/c典型温度系数,0.01%容差,稳定度25ppm最大每年。
右上是拆板电阻,0.005%,实测温度系数均在1ppm/c以下。
右上也是从fluke仪器里面拆的,0.005%,实测温度系数均在2ppm/c以下。其中n1.0就是-1ppm/c的意思,而p1.0是+1ppm/c的意思。这是fluke的标准(这个在fluke 335d和fluke 720a里面都是类似的),用于配对。比如这两只电阻要是并联(再串联一个小ww可调),就可以得到非常稳定的10k电阻(<0.25ppm/c)
这些电阻将用于以后的10v产生电路中。
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图2、3458a里面唯一用到的vishay vhp101电阻,年老化达到惊人的2ppm!要知道,国内能买到的实验室电阻基准还是20ppm每年呢。说明:
http://www.vishay.com/docs/63003/vhp100.pdf
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图3、正因为有了这个电阻,其1ua电流档的温度系数是其它档的1/5。
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昨天板子到了,焊了10块(见第一页12楼的图片),初步通电测试效果感觉不错。就是离散比以前估计的大了些,最高的有7140mv,最小的为7056mv,相差84mv。制作中采用了一个很顺手的工具,大约6年前在日本买的(附图)。

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电路各关键电阻变化对输出影响测量与分析。

由于本器件设计的选择非常合理,因此,对电阻的依赖性大大减少。也可以从另外一个方面说明,利用普通的电阻就可以达到非常高的稳定程度。
根据原厂家的说明,这种对外围器件的依赖至少降低到1/100,也就是说,任何一个电阻100ppm的变化,对输出的影响都在1ppm之内。
厂家对r1、r4、r5做了这样的说明,因此agilent采纳了lt的建议,把这三个电阻选择成vishay合金箔,使得温度系数和稳定性非常高。
但是,厂家对r2的影响估计不足,其实0.3ppm的变化不算太小被agilent所忽略,但根据我的实际测量,影响在0.4ppm,因此r2我选择了线绕电阻。
尽管r1的影响不是很大,但我还是选择了线绕电阻。这些线绕电阻都是特别定做并要求温度系数<10ppm/c的,实际测量在5ppm/c左右。
另外,r3的变化对输出电压的影响非常小,因此采用了0.1%的金属膜电阻。
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进度情况

后来又做了6片,一共16片。
对这些电路进行测量和微调,发现还是有一些离散。
然后做好双平均值电路。由于为了简单起见,还是采用单电源供电,这样的话就没有公共的测量地了,因此必须对各板进行双输出、双平均。
高电位平均电阻采用100欧0.1%线绕,低电位平均采用3.92欧0.5%金属膜电阻。

图1、器件离散情况。其中8片蓝黑的电压相近,因此为此处平均用。低电位的3只要做另外一小组。
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图2、插装在平均板上。
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图3、平均输出变动情况。可见短期稳定度在0.2ppm范围内(包含了3458a的不稳定度)。

补充释疑:基准(ltz1000)的优势

1、本身指标特别高,而且根本没发现有相近的竞争者。温度系数0.05ppm/c,年老化典型值0.83ppm。
2、对外围元件依赖程度特别低,即:关键电阻变化了100ppm,才影响输出1ppm。还是比较容易就可以做到电阻<10ppm的变化,因此影响就在0.1ppm之内。

另外,平均电路是利用了多个相近元件的统计特性,不仅平均后稳定程度提高、噪音变小,而且对平均电阻的要求很低。事实上,只要误差不超过0.1%就可以达到1ppm以下的影响,我实际上采用了经过老化、筛选、匹配的0.1%的线绕电阻。这样的做法是很经典的,网上有很多文章都有介绍,比如这个“新型固态电压标准的研制”(但他用的是4只lm399,最好做到10ppm/年):

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令人失望的运放!

今天定的10只lt1012c高精度运放到了,这个是用来做7.1v缓冲放大和10v产生用的。
本来定lt1012a,后缀不一样,因此只拿了5片回来测试,结果发现只有1片指标符合、1片指标超标1倍,另外三片是坏的!
赶快把我前几天买的拆机的op27/op37拿出来测试,发现op37全都是假的!offset居然都是很多毫伏(应该是最多几十微伏)。

上次10v产生用了ib很小的op27,还算走运。但op27的偏流比较大,难于保证<10na,因此在2k电阻上的压降可能会超过20uv,变化10%就是2uv=0.3ppm了。

经过测试看,前几天买的op177其指标很不错,是目前首选了。

fluke在732a里面用的居然是lm308a,偏流1.5na应合适,offset=2mv偏大,温飘6uv/c也不小但人家用恒温没问题,但没有长期漂移指标。
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补充释疑:温度对作品稳定度的影响

首先,这个影响一定有,但非常小,我目前还没测量出来,或者说还没有测量条件。
根据前几天的一些测量数据做成图表见后,横轴是电压(mv,总长为8uv为1.14ppm),纵轴是温度c,经过回归,系数是0.6ppm/c。但这个温度系数大部分应该是3458a万用表的(指标0.5ppm/c),而且更重要的是,这样的整体测量误差也比较大(24小时不确定度为0.5ppm),因此此结果还不能做定量用。

根据指标,ltz1000的温度系数是0.05ppm,外围关键器件的温度系数是<5ppm/c,但影响程度是1%,因此也是0.05ppm/c级别,总体温度系数是0.1ppm/c级别的。我现在还没给这套东西穿任何衣服,将来装到盒子里可以大大减少外界的影响。

要想测量温度系数,需要有两个基准阵列,一个阵列放到恒温箱里面进行温度变化,而另一个阵列与3458a一起保持恒温,然后只测量两个阵列的电压差,这样对万用表的要求就大大降低,6位半的就完全胜任。

第二张图中,由于发现平均电路电阻选择偏小,可能有0.2ppm的影响,因此昨天新做了平均电路背板,把平均电阻加大为5倍(上平均100–>500,下平均4–>20),这样平均电路的影响就减小到0.05ppm之内(当然平均后的内阻也从10.4欧上升到了52欧,但对于200pa的负载影响<0.02ppm可忽略)。改后在12小时内测量了5次(第2图左上角,t1为环境温度,t2为万用表内部温度),看不出来多少规律,最多在0.2ppm/c,而且大于万用表的系数。

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补充文献: 可能的降噪方法
国内的这文章就是edn翻译的,是我10-1期间在一个付费网站下的(10-1期间花了600元下了百十来篇文章),两次上全。
图2中uf的u没印出来,差100万倍!要是真用上法拉级的电容也真能解决1hz附近的噪音,因为这个与1mhz比也正好是100万倍。
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在这之前做了开关扫描板,布线很丑没有办法,用了两个cd4017管脚输出没规律。
扫描板高密度的装到平均板的下面,并找到了正合适的盒子(还没有屏蔽和固定)。这样,试验起来就从外边按按钮就可以测试所有的,包括平均值、内部温度。目前缺10v板了,要装在下面。
有关电源,目前我就用这个单电源9v了,需要再增加一个独立的12v,我想用dc-dc解决。原来是打算用11路独立,那样必须自己做。现在看太麻烦了。具体打算是:
1、买成品220v–>15v、5w变压器
2、整流滤波稳压限流(250ma)成16.8v给li电池充电(在线ups类型)同时供电。
3、一路经7809作为主电源(150ma),
4、另一路经dc-dc生成15v,再用78l12转换成独立的12v、10ma。

尽管大的变压器隔离度不太好,但里面有电池可以用12小时,因此可以做到城市之间携带不断电,而且在校准的时候不用220v电源,这样就没有交流电隔离的问题了。
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最近几天又并联了一个,成为真正的9只,噪音和稳定度成为单个器件的1/3。
同时测量了好多项目,比如长断电、短断电、空调加温。曲线如下,纵轴单位是ppm,可见还是非常稳定的。

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上述基准经过4个月的运行以后:

目前仍然在测试,10个组基准稳定性良好,一直看不出大于1ppm的漂移。

本贴正文部分(顶楼所定目标)发到这里以后,原作者没有继续更新。由于此时还没到一年,加之没有更高级的自然基准作为判定依据,因此还不能断言这个作品达到了原定的设计目标,不过从4个多月的表现来看,应该不会有多大悬念。

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