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主题:【转帖】高阻电阻介绍

浏览0 回复10 电梯直达
祥子
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这是在38度发烧论坛看到的。
由于在一些分析仪器上比如气相色谱的FID检测电路,就有这种高阻。所以转了一下。


高阻电阻

1、高阻的意义

弱电流的产生离不开高阻做采样,弱电流的测试也需要高阻作为反馈电阻。同样,测试高阻的时候,也同样需要微电流计。高阻与微弱电流就是这样紧密联系在一起的。

常见的电阻阻值范围是1欧到10M,达到几十M、100M,就可以认为是高阻了。
更高的电阻,用M来表示已经不够,就需要用G来表示,1G=1000M,这个与硬盘的容量的表示方法是一样的
有的时候用G表示也不够了,我们就用T来表示,1T=1000G=1E12。

2、高阻的特点
最简单的弱电流测试,就是让弱电流流过一个高阻电阻,然后测试这个高阻上的压降。
例如我们如果有个10G(也就是10,000M)的电阻,那么1pA的电流流过,就能产生10mV的电压,就很有可能测量出来。
同样,假设我们要产生一个1pA的电流,也可以先得到10mV的电压,再加上一个10G的电阻就可以了。
当要求的测试的电流越小,或者想产生更小的电流,就要求电阻的阻值越高,100G、1T的电阻也是经常能见到的。
显然,电流的测试精度和产生精度直接取决于电阻的精度,所以这就对这些高阻提出了更高的要求。

我们知道,最好的电阻材料是金属,也就是金属箔电阻、线绕电阻所用的材料。但是,金属的电导率比较好,一旦电阻超过一定数值,就需要很细(比头发丝细得多)、很长(至少几公里)的线,这就不现实了。所以,高阻电阻都是采用电阻率超高的材料,例如金属氧化膜、有机材料。这些材料的温度系数很难找到好的,而且稳定性也很难做好,成为高阻电阻的一个挑战。

上面说了,要想得到精确的电流,或者能精确的测试微小电流,就需要高精度的高阻。而恰恰是高阻电阻很难做到精确,所以微小电流的发生和测试,都不那么精确。
高阻除了温度系数比较大、老化比较大以外,还有几个难于克服的弱点:
a、湿度系数大。这主要原因在于很多电阻材料容易吸湿,而少许的吸湿就将大比例的改变高阻。另外,尽管很多高阻采取了密封措施,但表面泄露经常是更危险的,表面的脏污加上潮是,将彻底毁掉一个高阻。
b、电压系数大。所谓电压系数,就是在不同电压下电阻是不同的。也就是说,在高阻的场合下,电流-电压曲线出现了非线性,不太遵从欧姆定律了。每变化1V,电阻可能改变几ppm、几十ppm甚至更多。越高的阻值这种现象越明显。
c、响应时间很慢。这主要是分布电容造成的。如果有个10T的电阻,在10pF的分布电容下,时间常数就是不可思议的τ=100秒!而一般的测试都要等待3τ时间。因此,除非采取特殊措施,否则在T级别的电阻下,就必须忍耐超常的测试时间。

3、高阻的使用
鉴于此类原因,我们还在可能的情况下,尽量避免高阻的采用。能降低一个级别,就能提高一级性能。比如能采用1G的场合,就不用10G。aRKG)
要达到这一点,在电流发生的场合,就要减少电压。例如本来10pA的电流可以采用1V和100G来产生,要是降低标准电压到0.1V,那么只要10G就可以同样产生10pA电流。要是降低到10mV,那么只需要1G电阻了。
同样,在电流的检测和反馈电路,本来10pA在100G上可以产生1V的电压。假设我们把这个满度电压降低到0.1V,就可以把电阻降低到1/10为10G
当然,降低电压就需要放大器的Vos更小,也对调零电路、补偿电路提出更高的要求。

值得注意的是,高阻往往与高压联系在一起的。原因是高压的发生、测试,都要求高阻;而高阻的测试,往往要用到高压。
但是,一旦到了弱小电流领域,对高压、耐压就没什么要求,只要求体积小、性能好。只不过很多高阻为了照顾在高压下的表现,要兼顾两个方面的需求。一旦涉及高压,电阻的体积就比较大。即便不涉及高压的高阻,体积大点也容易做出。

4、虚拟高阻:模拟大电阻
高精度实物高阻很难做,因此可以采用有源技术模拟出大电阻来。

5、常见的实物高阻

这个是国产的100M氧化膜电阻,特点是廉价,但温度系数非常之大,根本不能用于精密场合
 

这个是日本的100M电阻,随手在日本买的(每只100日元),温度系数很小,30ppm级别


国产RHZ合成膜电阻。阻值范围很宽,特性一般,体积较大


这是常见的国产真空电阻。内部也是合成膜的,温度系数一般,但由于彻底隔绝外界,因此稳定性不错的,也不受湿度变化的影响。


Dale的真空电阻,30G的


HSK瓷管高阻。10T非常大了,所以能做到5%也很不容易。与玻璃比,瓷管密封的也是相当不错的

 

日本的RHnHVS,指标还不错,都是1%。阻值是1-3.33-10步进的,从1M一直到1T,是某模拟高阻表上拆下来的
最大的1T的,温度系数指标是<0.1%/C,即<1000ppm/C。


这是617内部的330G电阻,蓝色的涂层估计是防潮的
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图片打不开啊。


现在好了。
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呵,又长见识了。

常用的环氧铜箔版,其绝缘材料每米的电阻率是多少?好像也就是在10的15次方(1000TΩ)左右,如果两个焊点相距1厘米(电路板上铜箔的应该是导电的,它的距离刨去不算),两点间就是10TΩ,如果板面有些不清洁,电阻还要大大下降。那焊接着这样大的电阻,阻值是不是并不太可靠了?
祥子
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原文由 tutm(tutm) 发表:
呵,又长见识了。

常用的环氧铜箔版,其绝缘材料每米的电阻率是多少?好像也就是在10的15次方(1000TΩ)左右,如果两个焊点相距1厘米(电路板上铜箔的应该是导电的,它的距离刨去不算),两点间就是10TΩ,如果板面有些不清洁,电阻还要大大下降。那焊接着这样大的电阻,阻值是不是并不太可靠了?


tutm老师想的比我多。

下面链接,也许能解决一些疑惑。

http://bbs.instrument.com.cn/shtml/20110326/3208413/
mengzhaocheng
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谢谢楼主分享,把好资料顶到前面让大家分享得到。
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夕阳
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jack510070
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开眼界了,上百兆的电阻我都很少看见过,上G的甚至上T的电阻真实难以想象。
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