熱電動勢(也稱為熱偏移)的這一參數指標的重要性在許多電阻仿真模塊可能常常被忽略。這里我們帶大家認識一下熱電動勢以及其重要意義。
熱電動勢可以在任何有不同金屬或者不同溫度的地方產生。這個包括但不局限于繼電器。在有源模塊中,冷卻系統會導致PCB有一個溫度剖面,因此產生的熱電動勢是不可避免的。強制性空氣冷卻液容易造成繼電器頂部和底部(PCB旁)之間的溫差,從而產生更復雜的溫度分布,如果溫度分布和金屬變化有關,則會出現熱電動勢電壓。
根據設計的不同,在任何地方測量的電壓從幾μV到幾百個μV不等,尤其是在多個電阻需要被設計的時候。
通過DMM測量電阻時,DMM的工作原理是向電阻注入一定的電流,然后測量它的電壓降。因為電流是已知的,所以可以計算出電阻值。然后,如果存在熱電動勢,它的測量電壓將會被改變,導致電阻測量中的誤差。
舉例:
一個10Ω的電阻通過一個1mA的電流源進行測試,通常情況下將會產生10mV的電壓。如果電阻仿真模塊產生一個100μV的熱電動勢,那么測量誤差為1%。
為了將誤差降低到最低,電阻仿真模塊應當有一個小的熱電動勢,并且使用誤差較低的電流進行測量,以10mA的電流重復上述測量時可將誤差降低到0.1%。使用四線制測量系統沒有幫助,盡管它消除了引線電阻的影響。
或者,如果熱電動勢的數據沒有明顯的時變時,你可以通過翻轉DMM的極性并取兩個讀數的平均值來測量它們的影響。這樣可以確認真正的阻值是多少,在應用電路中可能不會這樣做,但是用戶應該了解。一些DMM在測量電阻時具有測量電壓偏移的功能,這個可以用來補償電阻測量,而不必逆轉電流極性。
在實際應用中測量的電阻電壓越低,熱電效應就越顯著。所以這個電壓的影響取決于具體的應用。用戶的硬件系統很少有能力能消除熱電動勢電壓,因為在用繼電器系統模擬電阻時就應該考慮到這一點。
基于繼電器的高精度程控電阻模塊具有最低熱電動勢的是40-260,40-261,40-262,40-263和40-265。40-297系列具有第二低的熱電動勢,因為它使用的設計方法可以盡量的減少熱電效應,但是有更多的繼電器串聯。舌簧繼電器的模塊如40-295系列的熱電動勢最高,不適合用于高精度要求的應用場景。反映在這些模塊的精度上,40-260系列產品具有最高的精度,因為它的熱電動勢最低并且具有非常高的穩定性。
在對基于舌簧繼電器的電阻模擬模塊進行驗證時,我們建議在測量DMM時使用熱電補償模式,DMM要么使用電流反向測量技術,要么測量電壓是進行適當的補救。
對PXI機箱的依賴性
熱電效應依賴于機箱,如果相同的模塊被放置在不同的機箱中,很可能相同的電阻鏈也會產生不同的熱電效應。這是因為機箱之間的冷卻系統對整個PCB板的溫度分布有不同的影響。在PXI模塊下方放置冷卻風扇和在機箱后面板上放置冷卻風扇也有明顯的區別,因為前者的氣流更加大。
在PXI機箱中放置電阻模塊
由于熱電效應反映了板卡上面的溫度分布,因此應該始終記住,在PXI機箱中,將電阻模塊放置在高功率低負載模塊的旁邊可能會影響所看到的熱電效應。如果需要更高的性能,應該避免這種安排,尤其在簧片繼電器的設計上。