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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(dāng)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(fù)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R1至R5和開關(guān)SW1，J1，J2和SW2組成。開關(guān)SW1用于控制R1和R2，而開關(guān)SW2用于控制R4和R5。R2和R5的一端直接接地，而R2和R3通過跨接開關(guān)J1和J2接地。表1 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，R eq有12個不同的值。（剩余的四個開關(guān)設(shè)置會產(chǎn)生R eq的重復(fù)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(guān)設(shè)置的除法/乘法因子在“因子”列中。當(dāng)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(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
圖2顯示了負載箱的前面板，而圖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 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，兩個負載組通過開關(guān)SS連接。當(dāng)SS打開時，兩個存儲體并聯(lián)連接。當(dāng)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：
SS為OFF時，使用BANK1生成的步數(shù)= 12。
當(dāng)SS為ON時，使用BANK1和BANK2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(fù)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910Ω。表2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(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(guī)格為：
當(dāng)包括開關(guān)SS時R eq（最大）= 2000Ω
不包括開關(guān)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： 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(dǎo)致16個開關(guān)組合。但是，表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?yōu)?/span>R2和R3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 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(chǎn)生14個臺階。對BANK1和BANK2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，R 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(fù)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。