多功能多步電阻負載庫簡單模塊化

2020-07-16

工程師使用負載電阻器庫尋找的一些功能包括：

串聯電感應盡可能低。

步驟數應盡可能大。

隨著負載電阻的減小，額定功率應上升。

它的組件數應該少。

使用四個開關和五個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.具有四個開關和五個電阻器的負載電阻器組拓撲結構很簡單

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

表1：不同開關設置和相應方程式的電阻器組合

通過四個開關，可以進行16種開關設置組合。使用12個開關設置，R eq有12個不同的值。（剩余的四個開關設置會產生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個開關設置的除法/乘法因子在“因子”列中。當所有五個電阻的阻值相同且等于RΩ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?。╇娮钑r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顯示了開關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。

4.兩個負載組的并聯連接使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：

與串聯的交換機互連

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

SS為OFF時，使用BANK1生成的步數= 12。

當SS為ON時，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，通過增加一個額外的開關，我們可以獲得12個額外步驟的好處。

互連，無需串聯開關

在這種情況下，不存在開關SS，并且兩個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?？紤]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910Ω。表2中顯示了兩個組的等效電阻值。

表2：12個開關設置的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：

如果不使用開關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降低。

對于兩個并聯的組，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：

當包括開關SS時R eq（最大）= 2000Ω

不包括開關SS時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）的關系圖。步序已被排序以單調降低電阻值。如果不使用開關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，四個開關的使用導致16個開關組合。但是，表1顯示了四個替代開關組合，它們產生相同的電阻值。這樣可以將步驟數減少到12。通過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，如果我們為R2和R3使用不同的電阻值，則可能需要執行兩個附加步驟。

對于BANK1 ： 對于R1 = R2 = R4 = R5 = 1000Ω，和R3 = 953Ω，對于1100的第一組合 à 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，每個負載箱可產生14個臺階。對BANK1和BANK2使用以上值，在沒有SS的情況下產生196步，在SS情況下產生210步。因此，無需任何額外成本，R eq的步驟數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，則由于負載組設計是模塊化的，因此可以并聯連接兩個組。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。