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說明了一種降低這種雙倍容差誤差的方式。通過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)容差無關(guān)。通過購(gòu)買比值容差±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)與分壓器的精度無關(guān)。通過購(gòu)買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。