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技術(shù)專題

多功能多步電阻負載庫簡單模塊化


工程師使用負載電阻器庫尋找的一些功能包括:

串聯(lián)電感應(yīng)盡可能低。

步驟數(shù)應(yīng)盡可能大。

隨著負載電阻的減小,額定功率應(yīng)上升。

它的組件數(shù)應(yīng)該少。

使用四個開關(guān)和五個電阻器的這種模塊化電阻器負載組拓撲結(jié)構(gòu)也充當構(gòu)建塊(圖1。它分十二步改變電阻值;如果需要12個以上的步驟,則可以并行連接另一個這樣的模塊,從而將步驟數(shù)增加到144個。  通過這種方式,可以在不增加復雜性的情況下獲得大量步驟。


1.具有四個開關(guān)和五個電阻器的負載電阻器組拓撲結(jié)構(gòu)很簡單

基本電阻負載庫由電阻R1R5和開關(guān)SW1J1J2SW2組成。開關(guān)SW1用于控制R1R2,而開關(guān)SW2用于控制R4R5R2R5的一端直接接地,而R2R3通過跨接開關(guān)J1J2接地。列出了各種開關(guān)設(shè)置組合的等效電阻R eq


表1:不同開關(guān)設(shè)置和相應(yīng)方程式的電阻器組合

通過四個開關(guān),可以進行16種開關(guān)設(shè)置組合。使用12個開關(guān)設(shè)置,eq12個不同的值。(剩余的四個開關(guān)設(shè)置會產(chǎn)生eq重復值;這些替代設(shè)置在標有“ Alt”的列中捕獲。)在“ Equations”列中給出了計算12種不同組合的eq值的方程式,而“ Alt公式列列出了替代組合的公式。

計算R eq所需的12個開關(guān)設(shè)置的除法/乘法因子在因子列中。當所有五個電阻的阻值相同且等于時,便得出了這些因素。對于R1 = R2 = R3 = R4 = R5 = 1000Ω的情況,已計算出“ R eq ” 列中顯示的值。

所有電阻均為 1000Ω / 2 W時,得出的規(guī)格為:

R eq(最大值)= 2000Ω

可以施加的最大電壓= V max = √2 × 1000= 44.72 V

R eq (最大)電阻時的額定功率= 1 W

R eq(最小值)= 250Ω

R eq (最小)電阻時的額定功率= 8 W

在任何其他電阻設(shè)置下的額定功率= V max 2 / R eq =44.72 × 44.72/ R eq

2顯示了負載箱的前面板,而3顯示了開關(guān)和電阻器的安裝布置。


2.前面板的此視圖顯示了R = 1000Ω時的12個唯一電阻值

這種簡單的電阻器負載組非常緊湊且具有成本效益。它使用的組件很少,可以產(chǎn)生12個不同的負載電阻值。但是,某些情況下需要大量步驟。


3.開關(guān)和電阻在印刷線路板上的安裝并不重要

使用多個負載庫進行更多步驟

使用上面描述的基本負載組模塊,其中兩個模塊簡單地并聯(lián)連接,可以生成更多的步驟(圖4。對于BANK1的每種電阻設(shè)置,我們有12種不同的BANK2設(shè)置。


4.兩個負載組的并聯(lián)連接使Req的步數(shù)增加

負載組的等效電阻由下式給出:


其中,R eq1BANK1的等效電阻,eq2BANK2的等效電阻。

負載庫的互連方式有兩種:

與串聯(lián)的交換機互連

如圖4所示,兩個負載組通過開關(guān)SS連接。當SS打開時,兩個存儲體并聯(lián)連接。當SS處于OFF位置時,只有BANK1處于活動狀態(tài)。在這種情況下生成的步驟總數(shù)確定如下:

SSOFF時,使用BANK1生成的步數(shù)= 12

SSON時,使用BANK1BANK2生成的步數(shù)= 12×12 = 144

因此,步驟的總數(shù)= 12 + 144 =156。因此,通過增加一個額外的開關(guān),我們可以獲得12個額外步驟的好處。

互連,無需串聯(lián)開關(guān)

在這種情況下,不存在開關(guān)SS,并且兩個存儲體都已永久連接。因此,步驟總數(shù)為144

電阻值的選擇

電阻值的選擇很重要。如果兩個負載電阻器組具有相同的電阻器值,則將生成大量重復的值。因此,兩個銀行使用略有不同的值是有意義的。考慮一下情況,BANK1的所有五個電阻均為1000Ω,而BANK2的所有五個電阻均為910Ω2中顯示了兩個組的等效電阻值。


表2:12個開關(guān)設(shè)置的BANK1和BANK2的要求值


表3:圖4負載組的要求值(以歐姆為單位)

對于此表,請注意:

如果不使用開關(guān)SS,則“ SS OFF”列中的值將不可用。

所有電阻值均已四舍五入至

選擇BANK1BANK2的相鄰值;如果電阻值之間的距離較寬,則電阻的額定功率會降低。

對于兩個并聯(lián)的組,BANK1的所有電阻均為1000Ω/ 2 WBANK2的所有電阻均為910Ω/ 2 W,得出的負載組規(guī)格為:

當包括開關(guān)SSeq(最大)= 2000Ω

不包括開關(guān)SSeq(最大值)= 953Ω

可以施加的最大電壓= V max = √2 × 910= 42.66 V

R eq額定功率 (最大)= 0.9 W(帶SS

R eq額定功率 (最大)= 1.9 W(無SS

R eq(最小值)= 119Ω

R eq額定功率 (最小)= 15.3 W

在任何其他電阻設(shè)置下的額定功率=42.66 × 42.66/ R eq

電阻圖: 5顯示了負載組電阻R eq與步數(shù)(帶SS)的關(guān)系圖。步序已被排序以單調(diào)降低電阻值。如果不使用開關(guān)SS,則不會繪制“ SS OFF”列中顯示的12個值,并且只有144步。


5. BANK1(R = 1000Ω)和BANK2(R = 910Ω)電阻器(帶SS)的Req變化,步長按順序排列以獲得單調(diào)遞減的電阻值

如何增加基本拓撲中的步驟數(shù)

如圖1所示,四個開關(guān)的使用導致16個開關(guān)組合。但是,1顯示了四個替代開關(guān)組合,它們產(chǎn)生相同的電阻值。這樣可以將步驟數(shù)減少到12。通過增加此基本拓撲本身的步驟數(shù),總步驟數(shù)將增加而不增加組件數(shù)。考慮表11001的替代組合:R3僅存在于替代方程中。類似地,對于1011的替代組合,R3僅存在于替代方程中。

因此,如果我們?yōu)?/span>R2R3使用不同的電阻值,則可能需要執(zhí)行兩個附加步驟。

對于BANK1  對于R1 = R2 = R4 = R5 = 1000Ω,和R3 = 953Ω,對于1100的第一組合 à 400Ω1001交替組合 à 398.1Ω。這種情況是為1101的第一組合相似 à 333.3Ω1011交替組合 à   327.9Ω

對于BANK2  對于R1 = R2 = R4 = R5 = 910Ω,且R 3 = 1100Ω,對于1100的第一組合 à 364Ω  1001交替組合 à 371Ω; 1101的第一組合 à   303.3Ω1011交替組合 à   321.9Ω

因此,每個負載箱可產(chǎn)生14個臺階。對BANK1BANK2使用以上值,在沒有SS的情況下產(chǎn)生196步,在SS情況下產(chǎn)生210步。因此,無需任何額外成本,eq的步驟數(shù)便有了進一步的改善。

基本的負載電阻器組拓撲不太復雜,使用的組件也更少。但是,如果需要更多的步驟,則由于負載組設(shè)計是模塊化的,因此可以并聯(lián)連接兩個組。使用簡單的算法,可以對負載庫進行編程,以增加或減少步進方式生成電阻值。由于它的簡單性和模塊化方法,這種負載組拓撲應(yīng)該得到廣泛的應(yīng)用,甚至可以作為IC內(nèi)部的電阻合成器找到應(yīng)用。

 

 

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