可調LM399參考電壓源製作

ciko.ciko

1.選用LM399當標準電壓源,是因為其CP值夠高,再加上適當的選用等值分壓電阻及精密型OPA,便可達到一定程度的電表用校正器或實驗用電壓信號源.
2.此電路是參考Scott版大的電阻盒而來,感謝Scott的提攜.(下圖7.1及7.2是先前的製作,可能應用於未來的應用,本電壓源分壓器只是取其中一節來製作)
3.材料準備: LM399*1,1k電阻*10(0.1%),LT1007*2,10段撥盤開關*1(選11個接點型),其他少許元件(詳見電路板)
4:可調輸出電壓:10V,9V,8V,......1V.(差異量=最大值-最小值<50PPM),使用DATRON1281電表測量各檔輸出讀值.
5.電阻盒參考圖片:請搜尋站內Scott大的電阻盒
6. LM399參考電路(10V輸出),請搜尋廠商網站資料
成品展示如下:
7.1 電阻箱內部:

7.2 電阻箱外觀:

8.1 撥盤開關內部結構:

8.2 撥盤開關內部結構: (數字變動:將數字標示0改為10)

9.1 設定10V輸出:

9.2 設定9V輸出:

9.3 設定8V輸出:

9.4 設定7V輸出:

9.5 設定6V輸出:

9.6 設定5V輸出:

9.7 設定4V輸出:

9.8 設定3V輸出:

9.9 設定2V輸出:

9.10 設定1V輸出:

10. LM399電路板外觀:

11.圖片中最下方的電表讀值來源:選用pengchi介紹的LTZ1000當最高等級電壓源(7.08110V).
討論:如何改善偏差值(最大誤差為1V檔)?有獎徵答....,
有興趣研究降低分壓器誤差的朋友,請參考Kelvin varley divider(7段分壓器誤差<1PPM)

ciko.ciko

使用電路軟體模擬各分壓點電壓值如下:
1.未改善前,最大誤差約50PPM(參考1#的實測值,與模擬值近似)


1.改善後,最大誤差約20PPM,(將R1與R10對調位置即可明顯改善,明日再來實測),由歐姆定理得知,最後面的電阻(R10)的誤差,將會是最嚴重影響誤差的因子.
各電壓檔位誤差已明顯變小.

scottwang

很不錯,精度很高,不知你有沒有把開關的內阻考慮進去?
大約5年前,我就在想用Op Amp配合開關分段去取得1mV~1V的電壓源,因為還要考慮到電壓輸入端電源的穩定性,當時也沒有特別的找IC,想想就把它丟著,這也是眾多想法中,想一想就擱著的其中一個 ...

jojoling

有關降低誤差，是不是就是提升 R1 - R10 的電阻值並對其獨立效正~
如上篇 ciko 大在微量電阻的測試中(Zener)有提到的，改變測試電流之類的，這裏可以把每一個端點元件1K 放大，如放大到100K 並對這100k (可以由多節組成)效正到小數點第4位，這樣的誤差應該就降低100倍了~

ciko.ciko

scottwang 發表於 2014-12-30 01:19 AM
很不錯,精度很高,不知你有沒有把開關的內阻考慮進去?
大約5年前,我就在想用Op Amp配合開關分段去取得1mV~1V ...

1.我的想法是直接在10V的後面接一級10:1的分壓器(如9K+1K),再接入此10段分壓器來達成,這樣就可簡易型成1V-100mV的選擇.
2.至於更低的電壓輸出,先直接作1000:1的降壓,再加10段分壓器來達成.
當然以上只是計算的方便,實際在小電壓的處理要考慮的因素,只有在實作後,才能一一排除問題.我會將他列入下一階段的實作測試.
3.至於開關的內阻問題,我是使用Precision OPA作緩衝級,這可消除接觸電阻的問題.
4.最精密的分段分壓器,需採用雙接點的波段切換開關來達成,其整體誤差可<1PPM,此特殊分壓器即為著名的kelvin Varley Divider(簡稱KVD)

ciko.ciko

jojoling 發表於 2014-12-30 03:31 AM
有關降低誤差，是不是就是提升 R1 - R10 的電阻值並對其獨立效正~
如上篇 ciko 大在微量電阻的測試中(Zener ...

提高阻值也是一種考慮的好方法,或再細分更多段數併加入微調,的確可改善誤差.

jojoling

附上原理圖~這個比較容易理解~


ciko大那張是真實儀器的設計圖~

ciko.ciko

jojoling 發表於 2014-12-30 01:36 PM
附上原理圖~這個比較容易理解~

1.那張電路圖是KVD-700分壓器的內部線路.
2.嗯,J大提供的是後級電阻除5的參考電路,屬同門師兄弟.
3.這是使用純電阻兜出來的電路,以J大的功力,也可使用高位元的DAC來完成.如24bits的DAC,其spec.可達2PPM.

jojoling

有點看懂了 KVD-700的差異了~
那些 25k, 40k, 2.5k 的額外設計，反而另電路上的電阻單一化，只需選用 10k , 4k 與 1k來分壓。

ciko.ciko

將電路中的R1與R10對調位置後,實測的各檔位由高至低數據如下:
10.00002V, 9.00011V, 7.99995V, 6.99988V, 5.99981V,4 .99981V, 3.99995V, 2.99995V, 2.00008V, 1.000067V,此數據的變化也接近2#的模擬.1V檔的誤差偏大,其他檔位偏差已縮小.以使用0.1%的電阻(精選過後)做成的分壓器,此誤差已足以讓我接受.

jojoling

報告~

改善偏差值問題，是不是從選擇10顆一樣特性的電阻來下手比較好？
就是選擇10顆值非常接近的電阻~

ciko.ciko

jojoling 發表於 2014-12-30 03:47 PM
報告~

改善偏差值問題，是不是從選擇10顆一樣特性的電阻來下手比較好？

沒錯,我已經精選到0.01%,但此也代表變動量為100PPM.但還是要實作後,才知道這些誤差的衍生問題.