一種精密合成電阻設計

韓玉強 徐 錦 胡 超

（中國工程物理研究院計量測試中心，綿陽 621000）

一種精密合成電阻設計

韓玉強 徐 錦 胡 超

（中國工程物理研究院計量測試中心，綿陽 621000）

從硬件設計和軟件設計兩方面分析恒流模式的精密合成電阻的設計，并用福祿克8508A數字多用表計量合成電阻模塊，得出實際電阻值和目標電阻值最大誤差優于1.5‰Fs，提高輸入電流測量準確度是改進合成電阻準確性的一個重要因素。

精密合成 電阻 硬件設計 軟件設計

引言

目前，數字多用表電阻測量功能的測試和檢定中均需要精密的可調電阻箱。精密可調電阻箱主要通過旋動開關合成所需要的阻值，采用這種方式進行電阻測量功能測試，存在其標準設備體積大，測試自動化程度低的缺點。

運用D/A、運放、控制器等電子器件搭建直流單端口網絡，使端口輸入電壓和輸入電流比值為定值K，即可實現合成電阻的目的。通過改變K值，實現合成電阻變化的功能。

通過查閱資料，合成電阻可分為恒壓、恒流兩種模式。恒壓模式輸入端電壓恒定，通過調節半導體導通程度等手段改變輸入電流，從而改變合成電阻值。此模式較多出現于負載類型的可變電阻；恒流模式輸入端電流恒定，通過改變端口電壓改變合成電阻值。此模式主要出現在電阻測量能力的測試和計量中。

1 硬件設計

本文設計的精密可變電阻屬于恒流模式，用于小電阻測試功能的計量。其原理如圖1所示。

圖1 可變電阻模塊原理圖

恒定的電流流入輸入端，經過正壓產生電阻、電流檢測電阻、導流三極管流向-15V電源。通過兩個DAC和U3組成的加法負反饋網絡產生一個穩定的負電壓值。U2為電壓緩沖器，U1、電流檢測電阻導流三極管組成射極跟隨器。

通過改變DAC的輸出，使a點的電壓值變化，進而改變b點電位。由于輸入電流為定值，因此，電阻兩端的電壓為定值，輸入端電壓變動與b點電壓變化等幅同相。通過線性網絡改變a點的電位值，以達到改變輸入網絡電阻的目的。

U3、R1、R2、Rf組成的反向加法電路，可以降低b點電壓調節的最小步進。兩路DAC輸出為反向加法電路輸入端。R1和R2的阻值不同，構成兩路負壓調節電路，分為粗調和細條。B點電壓調節的最小步進由細條電路決定。

2 軟件設計

裝置嵌入式軟件操作流程見圖2。首先，測量端口輸入電流，通過電流和目標電阻計算端頭電壓，根據DAC及參考電壓設置兩個DAC的輸出電壓值。然后，測量端頭電壓，計算是否滿足誤差要求。若滿足則完成調節，實現目標電阻。若不滿足，則需根據當前的端頭電壓和目標電壓重新設定DAC的輸出。此過程循環進行，直到端頭電壓滿足誤差要求。

圖2 裝置軟件流程

3 實驗結果及分析

用福祿克8508A數字多用表計量合成電阻模塊。合成電阻阻值范圍為0.02～2Ω。采用四線制電阻測量模式，其激勵電流為0.01A，實驗結果見表1。