多功能多步电阻负载库简单模块化

2020-07-16

工程师使用负载电阻器库寻找的一些功能包括：

串联电感应尽可能低。

步骤数应尽可能大。

随着负载电阻的减小，额定功率应上升。

它的组件数应该少。

使用四个开关和五个电阻器的这种模块化电阻器负载组拓扑结构也充当构建块（图1）。它分十二步改变电阻值；如果需要12个以上的步骤，则可以并行连接另一个这样的模块，从而将步骤数增加到144个。  通过这种方式，可以在不增加复杂性的情况下获得大量步骤。

1.具有四个开关和五个电阻器的负载电阻器组拓扑结构很简单

基本电阻负载库由电阻R1至R5和开关SW1，J1，J2和SW2组成。开关SW1用于控制R1和R2，而开关SW2用于控制R4和R5。R2和R5的一端直接接地，而R2和R3通过跨接开关J1和J2接地。表1 列出了各种开关设置组合的等效电阻R eq。

表1：不同开关设置和相应方程式的电阻器组合

通过四个开关，可以进行16种开关设置组合。使用12个开关设置，R eq有12个不同的值。（剩余的四个开关设置会产生R eq的重复值；这些替代设置在标有“ Alt”的列中捕获。）在“ Equations”列中给出了计算12种不同组合的R eq值的方程式，而“ Alt公式”列列出了替代组合的公式。

计算R eq所需的12个开关设置的除法/乘法因子在“因子”列中。当所有五个电阻的阻值相同且等于RΩ时，便得出了这些因素。对于R1 = R2 = R3 = R4 = R5 = 1000Ω的情况，已计算出“ R eq ” 列中显示的值。

所有电阻均为 1000Ω / 2 W时，得出的规格为：

R eq（最大值）= 2000Ω

可以施加的最大电压= V max = √（2 × 1000）= 44.72 V

R eq （最大）电阻时的额定功率= 1 W

R eq（最小值）= 250Ω

R eq （最小）电阻时的额定功率= 8 W

在任何其他电阻设置下的额定功率= V max 2 / R eq =（44.72 × 44.72）/ R eq

图2显示了负载箱的前面板，而图3显示了开关和电阻器的安装布置。

2.前面板的此视图显示了R = 1000Ω时的12个唯一电阻值

这种简单的电阻器负载组非常紧凑且具有成本效益。它使用的组件很少，可以产生12个不同的负载电阻值。但是，某些情况下需要大量步骤。

3.开关和电阻在印刷线路板上的安装并不重要

使用多个负载库进行更多步骤

使用上面描述的基本负载组模块，其中两个模块简单地并联连接，可以生成更多的步骤（图4）。对于BANK1的每种电阻设置，我们有12种不同的BANK2设置。

4.两个负载组的并联连接使Req的步数增加

负载组的等效电阻由下式给出：

其中，R eq1是BANK1的等效电阻，R eq2是BANK2的等效电阻。

负载库的互连方式有两种：

与串联的交换机互连

如图4所示，两个负载组通过开关SS连接。当SS打开时，两个存储体并联连接。当SS处于OFF位置时，只有BANK1处于活动状态。在这种情况下生成的步骤总数确定如下：

SS为OFF时，使用BANK1生成的步数= 12。

当SS为ON时，使用BANK1和BANK2生成的步数= 12×12 = 144。

因此，步骤的总数= 12 + 144 =156。因此，通过增加一个额外的开关，我们可以获得12个额外步骤的好处。

互连，无需串联开关

在这种情况下，不存在开关SS，并且两个存储体都已永久连接。因此，步骤总数为144。

电阻值的选择

电阻值的选择很重要。如果两个负载电阻器组具有相同的电阻器值，则将生成大量重复的值。因此，两个银行使用略有不同的值是有意义的。考虑一下情况，BANK1的所有五个电阻均为1000Ω，而BANK2的所有五个电阻均为910Ω。表2中显示了两个组的等效电阻值。

表2：12个开关设置的BANK1和BANK2的要求值

表3：图4负载组的要求值（以欧姆为单位）

对于此表，请注意：

如果不使用开关SS，则“ SS OFF”列中的值将不可用。

所有电阻值均已四舍五入至1Ω。

选择BANK1和BANK2的相邻值；如果电阻值之间的距离较宽，则电阻的额定功率会降低。

对于两个并联的组，BANK1的所有电阻均为1000Ω/ 2 W，BANK2的所有电阻均为910Ω/ 2 W，得出的负载组规格为：

当包括开关SS时R eq（最大）= 2000Ω

不包括开关SS时R eq（最大值）= 953Ω

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

R eq的额定功率 （最大）= 0.9 W（带SS）

R eq的额定功率 （最大）= 1.9 W（无SS）

R eq（最小值）= 119Ω

R eq的额定功率 （最小）= 15.3 W

在任何其他电阻设置下的额定功率=（42.66 × 42.66）/ R eq

电阻图： 图5显示了负载组电阻R eq与步数（带SS）的关系图。步序已被排序以单调降低电阻值。如果不使用开关SS，则不会绘制“ SS OFF”列中显示的12个值，并且只有144步。

5. BANK1（R = 1000Ω）和BANK2（R = 910Ω）电阻器（带SS）的Req变化，步长按顺序排列以获得单调递减的电阻值

如何增加基本拓扑中的步骤数

如图1所示，四个开关的使用导致16个开关组合。但是，表1显示了四个替代开关组合，它们产生相同的电阻值。这样可以将步骤数减少到12。通过增加此基本拓扑本身的步骤数，总步骤数将增加—而不增加组件数。考虑表1中1001的替代组合：R3仅存在于替代方程中。类似地，对于1011的替代组合，R3仅存在于替代方程中。

因此，如果我们为R2和R3使用不同的电阻值，则可能需要执行两个附加步骤。

对于BANK1 ： 对于R1 = R2 = R4 = R5 = 1000Ω，和R3 = 953Ω，对于1100的第一组合 à 400Ω和1001交替组合 à 398.1Ω。这种情况是为1101的第一组合相似 à 333.3Ω和1011交替组合 à   327.9Ω。

对于BANK2 ： 对于R1 = R2 = R4 = R5 = 910Ω，且R 3 = 1100Ω，对于1100的第一组合 à 364Ω  和1001交替组合 à 371Ω; 为1101的第一组合 à   303.3Ω和1011交替组合 à   321.9Ω。

因此，每个负载箱可产生14个台阶。对BANK1和BANK2使用以上值，在没有SS的情况下产生196步，在SS情况下产生210步。因此，无需任何额外成本，R eq的步骤数便有了进一步的改善。

基本的负载电阻器组拓扑不太复杂，使用的组件也更少。但是，如果需要更多的步骤，则由于负载组设计是模块化的，因此可以并联连接两个组。使用简单的算法，可以对负载库进行编程，以增加或减少步进方式生成电阻值。由于它的简单性和模块化方法，这种负载组拓扑应该得到广泛的应用，甚至可以作为IC内部的电阻“合成器”找到应用。