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最近一位入職不到一年的開發(fā)工程師讓我?guī)退扑]一款電阻。他給我的技術(shù)要求是：阻值為250歐姆，精度0.1%，溫漂 1PPM。看到這樣的需求我就很吃驚，為什么要用這樣另類的電阻？ 可以說，接到電子工程師【開發(fā)】的需求，我們往往并不要著急給他選器件。而是要深入了解他的需求，看看是否合理，是否有必要。這個250歐姆的電阻是用于一種年產(chǎn)量不大的產(chǎn)品中的。開發(fā)人員把它作為4~20mA檢測電路的采樣電阻用。這樣4~20mA的電流信號就可以變?yōu)?V的信號直接送給后面的5V輸入的A[size=+0]DC 中。系統(tǒng)要求的精度要求為0.1%，工作溫度范圍為0~50°C。 只有認(rèn)真分析了系統(tǒng)的需求后才能正確的為開發(fā)人員選型，電子元件技術(shù)網(wǎng)跟大家一起來看這個需求有哪些問題： （1）250歐姆的電阻合適選的對么？ 我們到商店無論是買衣服還是買鞋子，從來都是只能買廠家能提供的尺碼。比如你只能買個180的衣服，卻買不到181的衣服。除非你是定制。對于電阻等元器件而言，它們的標(biāo)稱值也不是連續(xù)的，而是服從一定的系列。常用的標(biāo)準(zhǔn)值系列有：E6、E12、E24、E48、E96、E192。各個系列的精度也依次提高。 E6系列的標(biāo)稱值只能是：1.0、2. 2、3.3、4.7、6.8。它表示元器件的有效數(shù)字必須從這個系列中選取，具體值可以放大或縮小10的整數(shù)倍。比如有效數(shù)字2.2，放大可以得到220 歐姆的電阻標(biāo)稱值，縮小可以得到22毫歐的標(biāo)稱值。其他系列的取值如下： E12系列：1.0、1.5、 2.2、2.7、3.3、3.9、4.7、5.6、8.2。 E24系列：1.0、1.1、1.2、1.3、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.4、2.7、3.0、3.3、3.6、3.9、4.3、 4.7、5.1、5.6、6.2、6.8、7.5、8.2、9.1。 E48系列：1.00、1.05、1.10、1.15、1.21、1.27、1.33、1.40、1.47、1.54、1.62、1.69、1.78、 1.87、1.91、1.96、2.05、2.15、2.26、2.37、2.49、2.61、2.74、2.80、2.87、3.01、3.16、 3.32、3.48、3.57、3.65、3.83、4.02、4.22、4.42、4.64、4.87、5.11、5.36、5.62、5.90、 6.19、6.34、6.49、6.81、7.15、7.50、7.87、8.25、8.66、9.09、9.53。 E96系列：1.00、1.02、1.05、1.07、1.10、1.13、1.15、1.18、1.21、1.24、1.27、1.30、1.33、 1.37、1.40、1.43、1.47、1.50、1.54、1.58、1.62、1.65、1.69、1.74、1.78、1.82、1.87、 1.91、1.96、2.00、2.05、2.10、2.15、2.21、2.26、2.32、2.37、2.43、2.49、2.55、2.61、 2.67、2.74、2.80、2.87、2.94、3.01、3.09、3.16、3.24、3.32、3.40、3.48、3.57、3.65、 3.74、3.83、3.92、4.02、4.12、4.22、4.32、4.42、4.53、4.64、4.75、4.87、4.99、5.11、 5.23、5.36、5.49、5.62、5.76、5.90、6.04、6.19、6.34、6.49、6.65、6.81、6.98、7.15、 7.32、7.50、7.68、7.87、8.06、8.25、8.45、8.66、8.87、9.09、9.31、9.53、9.76。 E196系列：1.00、1.01、1.02、1.03、1.04、1.05、1.06、1.07、1.09、1.10、1.11、1.13、1.14、 1.15、1.17、1.18、1.20、1.21、1.23、1.24、1.26、1.27、1.29、1.30、1.32、1.33、1.35、 1.37、1.38、1.40、1.42、1.43、1.45、1.47、1.49、1.50、1.52、1.54、1.56、1.58、1.60、 1.62、1.64、1.65、1.67、1.69、1.72、1.74、1.76、1.78、1.80、1.82、1.84、1.87、1.89、 1.91、1.93、1.96、1.98、2.00、2.03、2.05、2.08、2.10、2.13、2.15、2.18、2.21、2.23、 2.26、2.29、2.32、2.34、2.37、2.40、2.43、2.46、2.49、2.52、2.55、2.58、2.61、2.64、 2.67、2.71、2.74、2.77、2.80、2.84、2.87、2.91、2.94、2.98、3.01、3.05、3.09、3.12、 3.16、3.20、3.24、3.28、3.32、3.36、3.40、3.44、3.48、3.52、3.57、3.61、3.65、3.70、 3.74、3.79、3.83、3.88、3.97、4.02、4.07、4.12、4.17、4.22、4.27、4.32、4.37、4.42、 4.48、4.53、4.59、4.64、4.70、4.75、4.81、4.87、4.93、4.99、5.05、5.11、5.17、5.23、 5.30、5.36、5.42、5.49、5.56、5.62、5.69、5.76、5.83、5.90、5.97、6.04、6.12、6.19、 6.26、6.34、6.42、6.49、6.57、6.65、6.73、6.81、6.90、6.98、7.06、7.15、7.23、7.32、 7.41、7.50、7.59、7.68、7.77、7.87、7.96、8.06、8.16、8.25、8.35、8.45、8.56、8.66、 8.76、8.87、8.98、9.09、9.20、9.31、9.42、9.53、9.65、9.76、9.88。 從上述標(biāo)稱值系列中我們可以看到是找不到250歐姆這個規(guī)格的。所以要用250歐姆的電阻就意味著需要定制。這顯然不是研發(fā)人員及公司所希望看到的。這就提示我們研發(fā)人員在選擇電阻的標(biāo)稱值是一定要上述系列中選取，而不是憑借著理想的計算來確定一個電阻值。同樣電容、電感的標(biāo)稱值也是要符合一定的標(biāo)稱值系列的。一般電阻采用E24、E96、E192系列。電容一般采用E6、E12系列。電感一般采用E6系列。 從新從標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)稱值系列中選電阻前，我們再來看看250歐姆電阻的阻值是否合理。因為這個電阻要用來檢測4~20mA電流，后面的ADC可以接受的信號電壓為5V。對于4~20mA這樣的標(biāo)準(zhǔn)信號類型而言，工業(yè)現(xiàn)場有時會出現(xiàn)超過20mA的情況，此時要求系統(tǒng)不能損壞，甚至要能反映出這種超量程的情況。因此實際設(shè)計時ADC的輸入信號范圍要有余量。一般應(yīng)使得ADC輸入信號在ADC所能接受的電壓范圍的7 0%~90%使用。考慮到現(xiàn)場最大可能出現(xiàn)的電流信號最大為25mA。這樣ADC輸入信號按70%降額后，采樣電阻可以選為140歐姆。（5Vx70%/25mA=140歐姆）。功率考慮到降額可以選1/8W及其以上的即可。 （2）0.1%的要求合適么 從項目應(yīng)用可知，這個電阻用于一個數(shù)字模擬混合系統(tǒng)，因此采樣的精度可以通過數(shù)字標(biāo)定的方法來進(jìn)行。因此，這個電阻對精度的要求并不十分嚴(yán)格。相對而言 1%的電阻要比0.1%的電阻要好訂貨。所以可以考慮將電阻換成1%的。 （3）1PPM是怎么確定的 看到1PPM的溫漂要求，很讓人震驚。從行業(yè)網(wǎng)站電子元件技術(shù)網(wǎng)上可以查看到低溫漂電阻溫漂等級為：50PPM、25PPM、20PPM、15PPM、10PPM、5PPM。而且溫漂越小，價格越高。1PPM的電阻基本上很不容易找。低于5PPM的電阻基本上都是軍品用的。Vishay到是有，但是這種1PPM的需求實際上是沒有必要的。還是從應(yīng)用入手，系統(tǒng)要求的精度為0.1%，工作溫度范圍為0~50°C。那么假設(shè)溫漂為T，則有Tx50<0.1%,因此只要 T<20PPM就可以滿足要求了。考慮到實際出廠標(biāo)定時的溫度在25°C左右，所以實際溫度變化范圍只有上下25°C左右，因此T可以進(jìn)一步修正為 T<40PPM即可。因此電阻根本沒有必要選1PPM的。可以選個25PPM的。當(dāng)然這樣選電阻還沒有考慮到A[size=+0]DC上的溫漂。若要補(bǔ)償A[size=+0]DC的溫漂，還可以采用動態(tài)校準(zhǔn)的方法或者單片機(jī)內(nèi)置溫度補(bǔ)償曲線的方法實現(xiàn)。如果這樣做了，那么電阻的溫漂還可以進(jìn)一步的放寬要求。 當(dāng)然有了這些還沒有涉及到選什么封裝和制造方式的電阻問題。比如，如果現(xiàn)場沒有大的浪涌，那么可以選普通片式薄膜電阻。如果現(xiàn)場有比較大的浪涌可以考慮選用抗浪涌型片式電阻或者M(jìn)ELF封裝的表貼電阻，或者干脆換成通孔安裝的金屬膜電阻或線繞電阻。 歡迎同行交流。從新兵選電阻的故事上，一方面告訴我們作為開發(fā)人員，不能只是根據(jù)計算的理論值去選電子元器件，必須要在理論值的基礎(chǔ)上參考實際的標(biāo)稱值序列。另一方面，不論是研發(fā)人員還是元器件工程師，都應(yīng)該認(rèn)真的了解項目的實際應(yīng)用。研發(fā)人員可以用軟件或硬件上的其他手段降低對元器件的要求，元器件工程也可以通過了解項目應(yīng)用情況，真正把握項目需求，引導(dǎo)研發(fā)合理選型。 |
