多功能多步電阻負載庫簡(jiǎn)單模塊化

2020-07-16

工程師使用負載電阻器庫尋找的一些功能包括：

串聯(lián)電感應盡可能低。

步驟數應盡可能大。

隨著(zhù)負載電阻的減小，額定功率應上升。

它的組件數應該少。

使用四個(gè)開(kāi)關(guān)和五個(gè)電阻器的這種模塊化電阻器負載組拓撲結構也充當構建塊（圖1）。它分十二步改變電阻值；如果需要12個(gè)以上的步驟，則可以并行連接另一個(gè)這樣的模塊，從而將步驟數增加到144個(gè)。  通過(guò)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(gè)開(kāi)關(guān)和五個(gè)電阻器的負載電阻器組拓撲結構很簡(jiǎn)單

基本電阻負載庫由電阻R1至R5和開(kāi)關(guān)SW1，J1，J2和SW2組成。開(kāi)關(guān)SW1用于控制R1和R2，而開(kāi)關(guān)SW2用于控制R4和R5。R2和R5的一端直接接地，而R2和R3通過(guò)跨接開(kāi)關(guān)J1和J2接地。表1 列出了各種開(kāi)關(guān)設置組合的等效電阻R eq。

表1：不同開(kāi)關(guān)設置和相應方程式的電阻器組合

通過(guò)四個(gè)開(kāi)關(guān)，可以進(jìn)行16種開(kāi)關(guān)設置組合。使用12個(gè)開(kāi)關(guān)設置，R eq有12個(gè)不同的值。（剩余的四個(gè)開(kāi)關(guān)設置會(huì )產(chǎn)生R eq的重復值；這些替代設置在標有“ Alt”的列中捕獲。）在“ Equations”列中給出了計算12種不同組合的R 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(gè)開(kāi)關(guān)設置的除法/乘法因子在“因子”列中。當所有五個(gè)電阻的阻值相同且等于RΩ時(shí)，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(shí)，得出的規格為：

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(shí)的額定功率= 1 W

R eq（最小值）= 250Ω

R eq （最?。╇娮钑r(shí)的額定功率= 8 W

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

圖2顯示了負載箱的前面板，而圖3顯示了開(kāi)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(shí)的12個(gè)唯一電阻值

這種簡(jiǎn)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(gè)不同的負載電阻值。但是，某些情況下需要大量步驟。

3.開(kāi)關(guān)和電阻在印刷線(xiàn)路板上的安裝并不重要

使用多個(gè)負載庫進(jìn)行更多步驟

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

4.兩個(gè)負載組的并聯(lián)連接使Req的步數增加

負載組的等效電阻由下式給出：

其中，R eq1是BANK1的等效電阻，R eq2是BANK2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(gè)負載組通過(guò)開(kāi)關(guān)SS連接。當SS打開(kāi)時(shí)，兩個(gè)存儲體并聯(lián)連接。當SS處于OFF位置時(shí)，只有BANK1處于活動(dòng)狀態(tài)。在這種情況下生成的步驟總數確定如下：

SS為OFF時(shí)，使用BANK1生成的步數= 12。

當SS為ON時(shí)，使用BANK1和BANK2生成的步數= 12×12 = 144。

因此，步驟的總數= 12 + 144 =156。因此，通過(guò)增加一個(gè)額外的開(kāi)關(guān)，我們可以獲得12個(gè)額外步驟的好處。

互連，無(wú)需串聯(lián)開(kāi)關(guān)

在這種情況下，不存在開(kāi)關(guān)SS，并且兩個(gè)存儲體都已永久連接。因此，步驟總數為144。

電阻值的選擇

電阻值的選擇很重要。如果兩個(gè)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(gè)銀行使用略有不同的值是有意義的?？紤]一下情況，BANK1的所有五個(gè)電阻均為1000Ω，而BANK2的所有五個(gè)電阻均為910Ω。表2中顯示了兩個(gè)組的等效電阻值。

表2：12個(gè)開(kāi)關(guān)設置的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(kāi)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1Ω。

選擇BANK1和BANK2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(huì )降低。

對于兩個(gè)并聯(lián)的組，BANK1的所有電阻均為1000Ω/ 2 W，BANK2的所有電阻均為910Ω/ 2 W，得出的負載組規格為：

當包括開(kāi)關(guān)SS時(shí)R eq（最大）= 2000Ω

不包括開(kāi)關(guān)SS時(shí)R eq（最大值）= 953Ω

可以施加的最大電壓= V max = √（2 × 910）= 42.66 V

R eq的額定功率 （最大）= 0.9 W（帶SS）

R eq的額定功率 （最大）= 1.9 W（無(wú)SS）

R eq（最小值）= 119Ω

R eq的額定功率 （最?。?/span>= 15.3 W

在任何其他電阻設置下的額定功率=（42.66 × 42.66）/ R eq

電阻圖： 圖5顯示了負載組電阻R eq與步數（帶SS）的關(guān)系圖。步序已被排序以單調降低電阻值。如果不使用開(kāi)關(guān)SS，則不會(huì )繪制“ SS OFF”列中顯示的12個(gè)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(cháng)按順序排列以獲得單調遞減的電阻值

如何增加基本拓撲中的步驟數

如圖1所示，四個(gè)開(kāi)關(guān)的使用導致16個(gè)開(kāi)關(guān)組合。但是，表1顯示了四個(gè)替代開(kāi)關(guān)組合，它們產(chǎn)生相同的電阻值。這樣可以將步驟數減少到12。通過(guò)增加此基本拓撲本身的步驟數，總步驟數將增加—而不增加組件數?？紤]表1中1001的替代組合：R3僅存在于替代方程中。類(lèi)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>R2和R3使用不同的電阻值，則可能需要執行兩個(gè)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 400Ω和1001交替組合 à 398.1Ω。這種情況是為1101的第一組合相似 à 333.3Ω和1011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  和1001交替組合 à 371Ω; 為1101的第一組合 à   303.3Ω和1011交替組合 à   321.9Ω。

因此，每個(gè)負載箱可產(chǎn)生14個(gè)臺階。對BANK1和BANK2使用以上值，在沒(méi)有SS的情況下產(chǎn)生196步，在SS情況下產(chǎn)生210步。因此，無(wú)需任何額外成本，R eq的步驟數便有了進(jìn)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，則由于負載組設計是模塊化的，因此可以并聯(lián)連接兩個(gè)組。使用簡(jiǎn)單的算法，可以對負載庫進(jìn)行編程，以增加或減少步進(jìn)方式生成電阻值。由于它的簡(jiǎn)單性和模塊化方法，這種負載組拓撲應該得到廣泛的應用，甚至可以作為IC內部的電阻“合成器”找到應用。