選錯(cuò)無源元件再好的運(yùn)算放大器或數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器也可能會(huì)表現(xiàn)不佳——避開無源元件的陷阱

1、選錯(cuò)無源元件，再好的運(yùn)算放大器或數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器也可能會(huì)表現(xiàn)不佳避開無源元件的陷阱假設(shè)您花費(fèi) 25 美元或更多錢購買了一個(gè)精密運(yùn)算或數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，插入板后，您卻發(fā)覺，器件與其技術(shù)規(guī)格不符。可能是電路受漂移影響，頻率響應(yīng)不佳，發(fā)生振蕩，或者根本無法實(shí)現(xiàn)您期望的精度。不過，先不要埋怨器件本身，而應(yīng)該先檢查您的無源元件，包括、電位器，固然還有印刷電路板本身。容差、溫度、寄生效應(yīng)、老化以及用戶組裝過程的微妙影響，可能會(huì)在不經(jīng)意間搞垮您的電路。而且，創(chuàng)造商經(jīng)常對(duì)全部這些影響不加解釋或語焉不詳。普通而言，假如用法 12 位或更高辨別率的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，或者價(jià)格在5美元以上的，則無源元件的挑選尤其應(yīng)該慎重。為了更好地解

2、釋這一問題，請(qǐng)考慮一個(gè) 12 位數(shù)模轉(zhuǎn)換器()。半個(gè)lsb（最低有效位）對(duì)應(yīng)于滿量程的 0.012%，或百萬分之 122 (ppm)！在各種無源元件的影響下，誤差可能會(huì)迅速累積，從而遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過 122。購買昂貴的無源元件并不一定能解決問題。無數(shù)狀況下，假如挑選得當(dāng)，則利用 25 美分電容所實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)，可能比利用 8 美元的電容的設(shè)計(jì)性能更好、性價(jià)比更高。了解和分析無源元件的影響雖然并非易事，不過卻是十分值得的；下面將介紹一些基本學(xué)問。電容大多數(shù)設(shè)計(jì)人員普通都很認(rèn)識(shí)現(xiàn)有的各種電容。但是，電容種類繁多，包括玻璃電容、鋁箔電容、固態(tài)鉭和鉭箔電容、銀云母電容、陶瓷電容、特氟龍電容，以及聚酯、聚碳酸酯、聚

3、苯乙烯和聚丙烯類型的薄膜電容等，因此精密電路設(shè)計(jì)中發(fā)生靜態(tài)和動(dòng)態(tài)誤差的機(jī)制很簡(jiǎn)單被遺忘。圖 1 顯示了一個(gè)非抱負(fù)電容的等效模型。電阻 rp 代表絕緣電阻或泄漏，與標(biāo)稱電容 c 并聯(lián)。其次個(gè)電阻 rs（等效串聯(lián)電阻或esr）與該電容串聯(lián)，代表引腳和極板的電阻*。l（等效串聯(lián)電感或 esl）代表引腳和電容板的電感。最后，電阻rda 和電容 cda 一起構(gòu)成電介質(zhì)汲取現(xiàn)象的簡(jiǎn)化模型。無論是迅速電路還是慢速電路，電介質(zhì)汲取現(xiàn)象均可能會(huì)破壞其動(dòng)態(tài)性能。圖 1. 電容等效電路電介質(zhì)汲取我們首先研究電介質(zhì)汲取，也稱為“浸潤(rùn)”，有時(shí)也稱為“電介質(zhì)遲滯”，這可能是我們了解最少而潛在破壞性最高的一種電容效應(yīng)。放電

4、時(shí)，多數(shù)電容都不肯意放棄之前所擁有的所有電荷。圖2 顯示了這一效應(yīng)。電容在時(shí)光 t 0 充電至 v 伏后，開關(guān)在時(shí)光 t1將電容短路。在時(shí)光 t 2，電容開路；殘余在其引腳上緩慢堆積，達(dá)到近乎恒定的值。此電壓就是由“電介質(zhì)汲取”引起的。圖 2. 殘余電壓反映電容的電介質(zhì)汲取現(xiàn)象界定或測(cè)量電介質(zhì)汲取的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)極為稀有。測(cè)量結(jié)果通常用電容上重復(fù)浮現(xiàn)的原始充電電壓的百分比表示。典型辦法是：讓電容充電 1 分鐘以上，然后短路 1 至 10 秒的建立時(shí)光，最后讓電容復(fù)原約 1 分鐘時(shí)光，再測(cè)量殘余電壓。實(shí)際操作中，電介質(zhì)汲取有多種表現(xiàn)形式，例如：積分器否決復(fù)位至 0，電壓頻率轉(zhuǎn)換器表現(xiàn)出異樣非線性，采樣

5、保持器表現(xiàn)出變幻不定的誤差。最后一種表現(xiàn)形式對(duì)于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)特殊不利，由于相鄰?fù)ǖ赖碾妷翰羁赡苓_(dá)到幾乎滿量程。圖 3 顯示了一個(gè)容易采樣保持器所發(fā)生的狀況。圖 3. 電介質(zhì)汲取在采樣保持應(yīng)用中引起誤差電介質(zhì)汲取是電介質(zhì)材料本身的特性，但低劣的創(chuàng)造工藝或電極材料也會(huì)影響此特性。電介質(zhì)汲取特性用充電電壓的百分比表示，對(duì)于特氟龍、聚苯乙烯和聚丙烯電容，該值低至 0.02%；對(duì)于一些鋁電解電容，該值則高達(dá) 10% 或更大。在一定時(shí)光期限內(nèi)，聚苯乙烯電容的電介質(zhì)汲取率可以低至 0.002%。普通陶瓷和聚碳酸酯電容的典型電介質(zhì)汲取率為 0.2%，這相當(dāng)于8 位辨別率時(shí)的半個(gè) lsb！銀云母、玻璃和鉭電容的

6、電介質(zhì)汲取率通常較大，介于 1.0% 至 5.0% 之間；聚酯電容的電介質(zhì)汲取率為 0.5% 左右。普通而言，假如電容技術(shù)規(guī)格表沒有解釋所需時(shí)光期限和電壓范圍內(nèi)的電介質(zhì)汲取率，則應(yīng)分外謹(jǐn)慎。電介質(zhì)汲取可以在迅速建立電路的瞬態(tài)響應(yīng)中產(chǎn)生長(zhǎng)尾現(xiàn)象，例如高通有源或溝通放大器。在此類應(yīng)用所用的一些器件中，圖 1 的 rda-cda 電介質(zhì)汲取模型可能具有數(shù)毫秒的時(shí)光常數(shù)*。在快充快放應(yīng)用中，電介質(zhì)汲取與“模擬存儲(chǔ)器”相像，電容試圖記住以前的電壓。一些設(shè)計(jì)中，假如電介質(zhì)汲取效應(yīng)比較容易，易于確定，并且您情愿做一些微調(diào)，則可以對(duì)其舉行補(bǔ)償。例如在積分器中，可以通過合適的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)反饋輸出信號(hào)，通過并聯(lián)一個(gè)負(fù)

7、阻抗來抵消電介質(zhì)汲取等效電路。已經(jīng)證實(shí)，這種補(bǔ)償辦法可以將采樣保持電路的性能提高 10 倍或更多。寄生效應(yīng)和損耗因數(shù)圖1中，電容的泄漏電阻 rp、有效串聯(lián)電阻 rs 和有效串聯(lián)電感 l是寄生元件，可能會(huì)降低外部電路的性能。普通將這些元件的效應(yīng)合并考慮，定義為損耗因素或 df。電容的泄漏是指施加電壓時(shí)流過電介質(zhì)的極小。雖然模型中表現(xiàn)為與電容并聯(lián)的容易絕緣電阻 (rp)，但事實(shí)上泄漏與電壓并非線性關(guān)系。創(chuàng)造商經(jīng)常將泄漏規(guī)定為 m-f 積，用來描述電介質(zhì)的自放電時(shí)光常數(shù)，單位為秒。其范圍介于 1 秒或更短與數(shù)百秒之間，前者如鋁和鉭電容，后者如陶瓷電容。玻璃電容的自放電時(shí)光常數(shù)為 1,000 或更大；

8、特氟龍和薄膜電容（聚苯乙烯、聚丙烯）的泄漏性能最佳，時(shí)光常數(shù)超過 1,000,000 m-f。對(duì)于這種器件，器件外殼的表面污染或相關(guān)配線、物理裝配會(huì)產(chǎn)生泄漏路徑，其影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電介質(zhì)泄漏。有效串聯(lián)電感 esl（圖 1）產(chǎn)生自電容引腳和電容板的電感，它能將普通的容抗變成感抗，尤其是在較高頻率時(shí)；其幅值取決于電容內(nèi)部的詳細(xì)構(gòu)造。管式箔卷電容的引腳電感顯著大于模制輻射式引腳配置的引腳電感。多層陶瓷和薄膜電容的串聯(lián)阻抗通常最低，而鋁電解電容的串聯(lián)阻抗通常最高。因此，電解電容普通不適合高頻旁路應(yīng)用。電容創(chuàng)造商經(jīng)常通過阻抗與頻率的關(guān)系圖來解釋有效串聯(lián)電感。不出意料的話，這些圖會(huì)顯示：在低頻時(shí)，器件主要表現(xiàn)

9、出容性電抗；頻率較高時(shí)，因?yàn)榇?lián)電感的存在，阻抗會(huì)上升。有效串聯(lián)電阻 esr（圖 1 的電阻 rs）由引腳和電容板的電阻組成。如上文所述，許多創(chuàng)造商將 esr、esl 和泄漏的影響合并為一個(gè)參數(shù)，稱為“損耗因數(shù)”或 df。損耗因數(shù)衡量電容的基本無效性。創(chuàng)造商將它定義為每個(gè)周期電容所損失的能量與所存儲(chǔ)的能量之比。特定頻率的等效串聯(lián)電阻與總?cè)菪噪娍怪冉朴趽p耗因數(shù)，而前者等于品質(zhì)因數(shù) q 的倒數(shù)。損耗因數(shù)經(jīng)常隨著溫度和頻率而轉(zhuǎn)變。采納云母和玻璃電介質(zhì)的電容，其 df 值普通在 0.03% 至 1.0% 之間。室溫時(shí)，陶瓷電容的 df 范圍是 0.1% 至 2.5%。電解電容的 df 值通常會(huì)超出

10、上述范圍。薄膜電容通常是最佳的，其 df 值小于 0.1%。容差、溫度和其它影響普通而言，精密電容比較昂貴，甚至不易購買。實(shí)際上，電容挑選會(huì)受到可獵取性和容差的范圍限制。一些陶瓷電容和多數(shù)薄膜型電容通常具有±1% 的容差，但其交貨時(shí)光可能令人無法接受。大多數(shù)薄膜電容都可以提供±1% 以下的容差，但必需特殊訂購。大多數(shù)電容都對(duì)溫度變幻敏感。損耗因數(shù)、電介質(zhì)汲取和電容值本身都與溫度有關(guān)。對(duì)于一些電容，這些參數(shù)與溫度的關(guān)系近似線性；而對(duì)于另一些電容，這些參數(shù)隨溫度的變幻極不規(guī)章。過大的溫度系數(shù) (ppm/°c) 對(duì)于采樣保持應(yīng)用普通不會(huì)有很大影響，但可能會(huì)傷害精密積分器

11、、電壓頻率轉(zhuǎn)換器和的性能。npo 陶瓷電容的溫度漂移低至 30 ppm/°c，普通是最佳挑選。鋁電解電容的溫度系數(shù)則可能超過 10,000 ppm/°c。還應(yīng)該考慮電容的最大工作溫度。例如，聚苯乙烯電容在臨近85°c 時(shí)就會(huì)熔化，而特氟龍電容則能承受 200°c 的高溫。電容和電介質(zhì)汲取對(duì)所施加電壓的敏感度也可能會(huì)傷害電路應(yīng)用中的電容性能。電容創(chuàng)造商可能并未清晰地給出電壓系數(shù)，但用戶始終應(yīng)該考慮這些因素的可能影響。例如，當(dāng)施加最大電壓時(shí)，一些高密度陶瓷電容的電容值可能會(huì)下降 50% 或更多！此外，許多類型電容的電容值和損耗因數(shù)會(huì)因頻率不同而發(fā)生較大變幻，

12、主要緣由是電介質(zhì)常數(shù)發(fā)生變幻。就此而言，聚苯乙烯、聚丙烯和特氟龍電介質(zhì)較佳。關(guān)鍵元件最后裝配設(shè)計(jì)過程結(jié)束并不意味著設(shè)計(jì)人員就可以高枕。常用的印刷電路板裝配技術(shù)可能會(huì)使最好的設(shè)計(jì)毀于一旦。例如，一些常用的印刷電路板清潔劑可能會(huì)滲入某些電解電容中，尤其是采納橡膠端蓋的電解電容。更糟糕的是，一些薄膜電容，特殊是聚苯乙烯型，接觸某些溶劑時(shí)會(huì)發(fā)生溶解。野蠻地對(duì)待引腳也可能會(huì)傷害電容，造成隨機(jī)的或間歇性電路問題。蝕箔型電容極易受損，應(yīng)該特殊注重。為了避開這些問題，建議將最為重要的元件支配在電路板裝配過程的最后一步安裝。設(shè)計(jì)人員還應(yīng)該考慮電容的自然失效機(jī)制。例如，金屬薄膜電容常常發(fā)生“自愈”現(xiàn)象。這些電容最

13、初是因?yàn)殡娊橘|(zhì)薄膜中的細(xì)小穿孔所產(chǎn)生的導(dǎo)電電橋而失效。但是，由此造成的故障電流可能會(huì)產(chǎn)生足夠的熱量而破壞電橋，使電容復(fù)原正常工作（電容值變得稍低）。固然，高阻抗電路應(yīng)用可能無法產(chǎn)生足以破壞電橋的電流。鉭電容也會(huì)表現(xiàn)出一定程度的“自愈”現(xiàn)象，但與薄膜電容不同的是，前者取決于故障處緩慢升高的溫度。因此，鉭電容在高阻抗電路中的自愈效果最佳，由于它會(huì)限制流過電容缺陷的電流浪涌。因此，高電流應(yīng)用挑選鉭電容時(shí)要分外當(dāng)心。電解電容的壽命經(jīng)常取決于電解液從端蓋滲出的滲透率。環(huán)氧樹脂密封的性能優(yōu)于橡膠密封，但在嚴(yán)峻的反向電壓或過壓狀況下，環(huán)氧樹脂密封電容可能會(huì)爆炸。電阻和電位計(jì)設(shè)計(jì)人員可以挑選各式各樣的電阻，包

14、括碳素電阻、碳膜電阻、體金屬電阻、金屬膜電阻、感性和非感性繞線電阻。電阻也是高性能電路的潛在誤差源，不過它可能是最基本且問題最少的元件，因此常被忽視。假如挑選不當(dāng)，電阻可能會(huì)產(chǎn)生遠(yuǎn)超過 122ppm (1/2 lsb) 的誤差，從而破壞12位設(shè)計(jì)的精度。您上一次仔細(xì)閱讀一份電阻數(shù)據(jù)手冊(cè)是什么時(shí)候？假如您認(rèn)真閱讀數(shù)據(jù)手冊(cè)，信任您會(huì)大吃一驚：本來可以了解到如此實(shí)用的信息！考慮圖4所示電路，它將 0-100 mv 輸入信號(hào)放大 100 倍，以供輸入范圍為 0-10 v 的 12 位 轉(zhuǎn)換。增益設(shè)置電阻可以是初始容差低至±0.001% (10 ppm) 的精密體金屬膜電阻。或者，也可以通過校

15、準(zhǔn)或挑選來校正電阻的初始容差。這樣，按照校準(zhǔn)儀器的精度限制，可以將電路的初始增益精度設(shè)置為所需的隨意容差。圖 4. 溫度變幻可能會(huì)降低放大器精度但是，溫度變幻可以通過多種方式限制圖 4 所示放大器的精度。電阻的肯定溫度系數(shù)只要符合預(yù)期，則無關(guān)緊要。即使如此，溫度系數(shù)約為 1,500 ppm/°c 的碳素電阻也將不適合應(yīng)用。即使能將溫度系數(shù)匹配到很難實(shí)現(xiàn)的 1%，仍然會(huì)有 15 ppm/°c 的差距，這是不行接受的，由于小到 8°c 的溫度波動(dòng)就會(huì)產(chǎn)生 1/2 lsb 或120 ppm 誤差。創(chuàng)造商的確能夠提供肯定溫度系數(shù)在±1 至±100 pp

16、m/°c 范圍內(nèi)的金屬膜電阻和體金屬電阻，但應(yīng)注重，不同電阻的溫度系數(shù)可能相差甚大，特殊是不同批次的電阻。為解決這一問題，一些創(chuàng)造商提供匹配電阻對(duì)，但價(jià)格昂貴，一對(duì)電阻的溫度系數(shù)差值在2 至 10 ppm/°c 范圍內(nèi)。低成本的薄膜電阻網(wǎng)絡(luò)是不錯(cuò)的挑選，用法廣泛。圓滿的是，即使采納匹配電阻對(duì)也不能徹低解決溫度引起的電阻誤差問題。圖 5a 顯示了自熱效應(yīng)引起的誤差。電阻具有相同的溫度系數(shù)，但在該電路中的功耗大不相同。對(duì)于 1/4 w 電阻，假設(shè)熱阻（依據(jù)數(shù)據(jù)手冊(cè)）為 125°c/w，則電阻 r1 溫度上升0.0125°c，電阻 r2 溫度則上升 1.24&

17、#176;c。當(dāng)溫度系數(shù)為 50 ppm/°c時(shí)，誤差為 62 ppm (0.006%)。更糟糕的是，自熱效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生非線性誤差。在圖5a所示例子中，當(dāng)輸入電壓減半時(shí)，所得誤差惟獨(dú)15 ppm。圖5b顯示了圖5a電路的非線性傳遞函數(shù)。這個(gè)例子絕不是最差狀況；電阻假如更小，結(jié)果會(huì)更差，由于其熱阻更高。圖 5. 電阻自熱導(dǎo)致非線性放大器響應(yīng)：(a) 溫度引起的非線性分析；(b) 非線性傳遞函數(shù)（比例有所夸大）對(duì)于高功耗器件，用法較高功率的電阻可以降低電阻自熱效應(yīng)?；蛘?，也可以用法薄膜或厚膜電阻網(wǎng)絡(luò)，通過將熱量勻稱地散布于給定封裝中的全部電阻來降低自熱效應(yīng)。導(dǎo)線或印刷電路板互連的電阻的溫度系

18、數(shù)也是一個(gè)誤差源，可能會(huì)增強(qiáng)電路的誤差，但這點(diǎn)常被忽視。印刷電路板和導(dǎo)線互連所用的金屬（例如銅）具有高達(dá) 3,900 ppm/°c 的溫度系數(shù)。例如，一個(gè)精密 10 、10 ppm/°c 繞線電阻加上 0.1 的互連電阻，將會(huì)變成一個(gè)溫度系數(shù)為 45 ppm/°c 的電阻。互連的溫度系數(shù)對(duì)于精密混合電路設(shè)計(jì)具有重大影響，薄膜電阻的互連是不容忽略的。最后需要考慮的是一種稱為“溫度回掃”的現(xiàn)象，主要適用于環(huán)境溫度變幻較大的設(shè)計(jì)。它是指具有恒定內(nèi)部損耗的電阻經(jīng)受一定數(shù)量的環(huán)境溫度凹凸變幻循環(huán)之后，其電阻值所發(fā)生的變幻。溫度回掃可能會(huì)超過 10 ppm，甚至一些較佳的金屬

19、膜電阻也是如此。總而言之，為使電阻電路的溫度相關(guān)誤差最小，應(yīng)該考慮下列措施（及其成本）：·電阻溫度系數(shù)應(yīng)嚴(yán)格匹配。·用法肯定溫度系數(shù)較低的電阻。·用法熱阻較低的電阻（較高的額定功率、較大的外殼）。·緊密熱耦合匹配電阻（用法標(biāo)準(zhǔn)電阻網(wǎng)絡(luò)或單一封裝中的多個(gè)電阻）。·對(duì)于大比值，考慮用法步進(jìn)式衰減器。電阻寄生效應(yīng)電阻可能會(huì)表現(xiàn)出相當(dāng)高的寄生電感或電容，特殊是在高頻時(shí)。創(chuàng)造商經(jīng)常按照一個(gè)或多個(gè)頻率時(shí)阻抗幅值和直流電阻的差值與電阻的比值，將這些寄生效應(yīng)規(guī)定為電抗誤差，用百分比或 ppm表示。繞線電阻尤其簡(jiǎn)單發(fā)生寄生效應(yīng)。雖然電阻創(chuàng)造商提供正?；蚍歉行岳p繞

20、形式的繞線電阻，但非感性繞線電阻同樣會(huì)令設(shè)計(jì)人員頭痛。當(dāng) r 值低于 10,000 時(shí)，這些電阻仍然顯現(xiàn)出細(xì)微的電感（約為 20 h）。超過10,000 的非感性繞線電阻則具有大約 5pf 的分流電容。這些寄生效應(yīng)可能會(huì)嚴(yán)峻破壞動(dòng)態(tài)電路應(yīng)用，特殊是當(dāng)應(yīng)用同時(shí)用法高于和低于 10,000 的電阻時(shí)，此時(shí)浮現(xiàn)峰值甚至振蕩并不少見。這些效應(yīng)在低 khz 范圍內(nèi)的頻率時(shí)表現(xiàn)顯然。即使在低頻電路應(yīng)用中，繞線電阻的寄生效應(yīng)也會(huì)導(dǎo)致問題。指數(shù)式建立至 1 ppm 需要 20 個(gè)時(shí)光常數(shù)甚至更長(zhǎng)時(shí)光。與繞線電阻相關(guān)的寄生效應(yīng)可能會(huì)大幅延伸建立時(shí)光，使之遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過時(shí)光常數(shù)的長(zhǎng)度。過高的寄生電抗在非繞線電阻中也是屢

21、見不鮮。例如，一些金屬膜電阻具有顯然的引腳間電容，在高頻時(shí)就會(huì)表現(xiàn)出來。碳素電阻在高頻時(shí)表現(xiàn)最佳。熱電效應(yīng)任何兩種不同金屬之間的結(jié)面都會(huì)產(chǎn)生熱 emf。許多狀況下，它是精密電路設(shè)計(jì)中的主要誤差源。例如在繞線電阻中，當(dāng)接上引腳時(shí)（典型引腳材料為 180 合金，由 77% 的銅和 23% 的鋁組成），電阻導(dǎo)線可以產(chǎn)生 42 mv/°c 的熱 emf。假如電阻的兩個(gè)引腳溫度相同，則emf互相抵消，凈誤差為零。然而，假如垂直安裝電阻，則因?yàn)闅饬髁鬟^長(zhǎng)引腳，并且其熱容量較低，因此電阻的頂部與底部之間可能會(huì)存在溫度梯度。1°c 的溫差也能產(chǎn)生 42 mv 的誤差電壓，大于典型精密運(yùn)算放

22、大器的 25 mv 失調(diào)電壓！水安全裝電阻（圖 6）可以解決這一問題。此外，一些電阻創(chuàng)造商提供特殊定制的鍍錫銅引腳，它可將熱 emf 降至 2.5 mv/°c。圖 6. 熱梯度造成顯然的熱電誤差普通而言，設(shè)計(jì)人員應(yīng)避開關(guān)鍵電路板上及其附近浮現(xiàn)溫度梯度。這經(jīng)常意味著，應(yīng)該對(duì)功耗較大的器件實(shí)施熱隔離。大溫度梯度所產(chǎn)生的熱湍流也可能會(huì)造成類似動(dòng)態(tài)噪聲的低頻誤差。電壓、失效和老化所施加電壓的變幻也會(huì)嚴(yán)峻影響電阻。沉積氧化物高值電阻對(duì)此尤其敏感，其電壓系數(shù)為 1 ppm/v 至 200 ppm/v 以上。這是高壓分壓器等精密應(yīng)用中需要關(guān)注的另一個(gè)因素。假如不仔細(xì)對(duì)待，電阻的失效機(jī)制也會(huì)造成電路

23、失效。碳素電阻失效時(shí)變成開路，這是一種平安失效機(jī)制。因此，在一些應(yīng)用中，這些元件可以起到熔斷器的作用。用碳膜電阻代替碳素電阻可能會(huì)帶來棘手，由于碳膜電阻失效時(shí)變?yōu)槎搪?。（金屬膜電阻失效時(shí)通常變?yōu)殚_路。）隨著時(shí)光流逝，全部電阻的值都會(huì)發(fā)生細(xì)微變幻。創(chuàng)造商用電阻值的變幻（ppm/年）來表示長(zhǎng)久穩(wěn)定性。對(duì)于金屬膜電阻，50 或75 ppm/年的值并非罕見。在關(guān)鍵應(yīng)用中，應(yīng)該將金屬膜電阻在額定功率老化起碼一周時(shí)光。老化期間，電阻值可能偏移高達(dá) 100或 200 ppm。金屬膜電阻可能需要工作 4,000 至 5,000 小時(shí)后，才干徹低穩(wěn)定下來，特殊是未經(jīng)老化時(shí)。電阻過量噪聲大多數(shù)設(shè)計(jì)人員對(duì)電阻的熱噪

24、聲或約翰遜噪聲有一定的了解，但對(duì)另一種稱為“過量噪聲”的噪聲現(xiàn)象則知之甚少。在精密運(yùn)算放大器和轉(zhuǎn)換器電路中，這種噪聲非常麻煩。僅當(dāng)電流流過電阻時(shí)，過量噪聲才變得顯然。容易地說，熱噪聲源于電阻中的電荷載子受熱而發(fā)生的隨機(jī)振動(dòng)。雖然這些振動(dòng)所產(chǎn)生的平均電流為零，但眨眼電荷運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致電阻引腳上浮現(xiàn)眨眼電壓。過量噪聲則主要發(fā)生于直流電流在不延續(xù)的介質(zhì)中流淌時(shí)，例如碳素電阻。電流不勻稱地流過壓縮碳顆粒，產(chǎn)生微觀顆粒間“電弧”現(xiàn)象。該現(xiàn)象除引起熱噪聲外，還會(huì)引起 1/f 噪聲。換言之，過量噪聲電壓與頻率平方根的倒數(shù)成比例。過量噪聲經(jīng)常會(huì)令不夠謹(jǐn)慎的設(shè)計(jì)人員大吃一驚。電阻熱噪聲和運(yùn)算放大器噪聲設(shè)置典型運(yùn)算放

25、大器電路的本底噪聲。惟獨(dú)當(dāng)電壓浮現(xiàn)在輸入電阻上并引起電流流淌時(shí)，過量噪聲才變得顯然，并經(jīng)常成為主導(dǎo)因素。普通而言，碳素電阻所產(chǎn)生的過量噪聲最大。導(dǎo)電介質(zhì)越勻稱，則過量噪聲越不顯然。碳膜電阻優(yōu)于碳素電阻，金屬膜電阻又優(yōu)于碳膜電阻。創(chuàng)造商用噪聲指數(shù)來表示過量噪聲，即電阻上每伏直流壓降、每10 倍頻率，電阻的均方根噪聲的微伏數(shù)。噪聲指數(shù)可以達(dá)到 10db（每 10 倍帶寬每直流伏特 3 微伏）或更高。過量噪聲在低頻時(shí)最為顯著。超過 100 khz 時(shí)，熱噪聲占主導(dǎo)地位。電位計(jì)影響固定電阻的大多數(shù)現(xiàn)象也會(huì)影響電位計(jì)。此外，用戶還應(yīng)警惕這些元件獨(dú)有的一些風(fēng)險(xiǎn)。例如，許多電位計(jì)未實(shí)行密封措施，板清洗劑甚至

26、過高濕度可能會(huì)嚴(yán)峻損壞電位計(jì)。振動(dòng)（或者僅僅長(zhǎng)時(shí)光用法）可能會(huì)損壞阻性元件和游標(biāo)端子。接觸噪聲、溫度系數(shù)、寄生效應(yīng)和可調(diào)范圍限制都可能會(huì)阻礙電路正常工作。此外，繞線電阻的辨別率限制以及陶瓷、塑料電阻辨別率的隱性限制（遲滯、材料溫度系數(shù)不相容、松弛等），使得精確設(shè)置的獲得和保持只能是一個(gè)“無限臨近”的過程。因此，應(yīng)該分外謹(jǐn)慎并精心調(diào)節(jié)。印刷電路板在全部精密電路設(shè)計(jì)中，印刷電路板是“看不見的器件”。設(shè)計(jì)人員很少把印刷電路板的電氣特性看作額外電路元件，因此電路的終于性能往往比預(yù)期要糟糕。對(duì)精密電路性能不利的印刷電路板效應(yīng)包括：泄漏電阻、接地箔片的壓降、雜散電容、電介質(zhì)汲取和相關(guān)的“鉤子”（電路階躍響

27、應(yīng)波形的突出特點(diǎn)）。此外，印刷電路板還有汲取大氣水分的傾向（“吸濕性”），這意味著：濕度變幻經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致一些寄生效應(yīng)的影響發(fā)生變幻。印刷電路板效應(yīng)普通可以分為兩類：一類主要影響電路的靜態(tài)或直流操作，另一類則主要影響電路的動(dòng)態(tài)或溝通操作。靜態(tài)印刷電路板效應(yīng)泄漏電阻是最主要的靜態(tài)電路板效應(yīng)。電路板的表面污染，例如焊劑殘留物、積鹽及其它殘?jiān)?，可以在電路?jié)點(diǎn)之間建立泄漏路徑。即使在妥當(dāng)清潔的電路板上，也不難發(fā)覺 15 v 供電軌至鄰近節(jié)點(diǎn)存在 10 na 或更大的泄漏電流。*幾納安的泄漏電流進(jìn)入錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)時(shí)，經(jīng)常會(huì)在電路輸出端引起數(shù)以伏計(jì)的誤差。例如，10 na電流進(jìn)入 10 m 電阻可引起 0.1 v

28、的誤差。若要確定節(jié)點(diǎn)是否對(duì)泄漏電流的影響敏感，只需問一個(gè)問題：假如將數(shù)納安或更大的雜散電流注入此節(jié)點(diǎn)，是否有問題？假如電路已經(jīng)構(gòu)建完成，可以通過一項(xiàng)經(jīng)典測(cè)試確定有問題節(jié)點(diǎn)的濕度敏感度。其辦法是：一邊觀看電路工作，一邊通過一根吸管向可能的問題點(diǎn)吹氣。吸管將呼吸的水分集中起來，當(dāng)水分與電路板的易受影響部分中的鹽分接觸時(shí)，電路工作就會(huì)中斷。消退容易表面泄漏問題的辦法有多種。徹底清洗電路板以消退殘?jiān)鼘⒋笥旭砸妗Ｈ菀椎某绦虬ǎ合扔卯惐加昧λ⑾措娐钒?，然后用去離子水徹底清洗，最后在 85°c 下烘烤數(shù)小時(shí)。不過，應(yīng)謹(jǐn)慎挑選電路板清洗劑。假如用基于氟利昂的溶劑清洗，一些水溶性焊劑會(huì)產(chǎn)生鹽沉積物

29、，使泄漏問題進(jìn)一步惡化。圓滿的是，假如電路對(duì)泄漏敏感，則最嚴(yán)格的清潔也只能是權(quán)宜之計(jì)。經(jīng)過搬運(yùn)并接觸污穢大氣、高濕度環(huán)境之后，問題很快又會(huì)重新浮現(xiàn)?！胺雷o(hù)”則能相當(dāng)牢靠并一勞永逸地解決表面泄漏問題。妥當(dāng)設(shè)置的防護(hù)措施甚至可以消退裸露在惡劣工業(yè)環(huán)境中的電路的泄漏問題。防護(hù)原理很容易：在敏感節(jié)點(diǎn)周圍布設(shè)導(dǎo)體，以便隨時(shí)汲取雜散電流，并且使這些導(dǎo)體的電位始終與敏感節(jié)點(diǎn)相等。防護(hù)電位必需臨近敏感節(jié)點(diǎn)的電位，否則防護(hù)將提供源電流，而不是吸電流。例如，假設(shè)泄漏電阻為 1000 m，為使流入節(jié)點(diǎn)的泄漏電流低于 1 pa，防護(hù)與節(jié)點(diǎn)之間的電位差必需在 1.0 mv 以內(nèi)。圖 7a 和 7b 解釋了適用于典型反相

30、和同相運(yùn)算放大器應(yīng)用的防護(hù)原理。圖 7c 顯示了防護(hù)的實(shí)際電路板布局。請(qǐng)注重，為實(shí)現(xiàn)最好的效果，電路板兩側(cè)均應(yīng)浮現(xiàn)防護(hù)圖案。最好是從布局過程一開頭，在規(guī)劃新電路板圖案時(shí)就考慮防護(hù)。假如考慮得較晚，留給防護(hù)的空間往往會(huì)不足，甚至根本沒有。* 圓滿的是，標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器引腳羅列將-15v電源引腳緊靠+輸入，以期處于高阻抗。圖7. 適當(dāng)?shù)碾娐贩雷o(hù)措施可以同時(shí)解決靜態(tài)和動(dòng)態(tài) pc 板誤差。(a)：反相應(yīng)用中用法防護(hù)；(b)：同相應(yīng)用中用法局部防護(hù)，電壓緩沖有助于防護(hù)電路；(c)：運(yùn)算放大器的印刷電路板防護(hù)圖案動(dòng)態(tài)印刷電路板效應(yīng)靜態(tài)印刷電路板效應(yīng)會(huì)隨著濕度或板污染的變幻而發(fā)生或消逝，但主要影響電路動(dòng)態(tài)性能的問題則通常相對(duì)穩(wěn)定。這些