多(duō)功能(néng)多(duō)步電(diàn)阻负载库简单模块化

2020-07-16

工程师使用(yòng)负载電(diàn)阻器库寻找的一些功能(néng)包括：

串联電(diàn)感应尽可(kě)能(néng)低。

步骤数应尽可(kě)能(néng)大。

随着负载電(diàn)阻的减小(xiǎo)，额定功率应上升。

它的组件数应该少。

使用(yòng)四个开关和五个電(diàn)阻器的这种模块化電(diàn)阻器负载组拓扑结构也充当构建块（图1）。它分(fēn)十二步改变電(diàn)阻值；如果需要12个以上的步骤，则可(kě)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(kě)以在不增加复杂性的情况下获得大量步骤。

1.具有(yǒu)四个开关和五个電(diàn)阻器的负载電(diàn)阻器组拓扑结构很(hěn)简单

基本電(diàn)阻负载库由電(diàn)阻R1至R5和开关SW1，J1，J2和SW2组成。开关SW1用(yòng)于控制R1和R2，而开关SW2用(yòng)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電(diàn)阻R eq。

表1：不同开关设置和相应方程式的電(diàn)阻器组合

通过四个开关，可(kě)以进行16种开关设置组合。使用(yòng)12个开关设置，R eq有(yǒu)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(yǒu)“ 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(yǒu)五个電(diàn)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(yǒu)電(diàn)阻均為(wèi) 1000Ω / 2 W时，得出的规格為(wèi)：

R eq（最大值）= 2000Ω

可(kě)以施加的最大電(diàn)压= V max = √（2 × 1000）= 44.72 V

R eq （最大）電(diàn)阻时的额定功率= 1 W

R eq（最小(xiǎo)值）= 250Ω

R eq （最小(xiǎo)）電(diàn)阻时的额定功率= 8 W

在任何其他(tā)電(diàn)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显示了开关和電(diàn)阻器的安装布置。

2.前面板的此视图显示了R = 1000Ω时的12个唯一電(diàn)阻值

这种简单的電(diàn)阻器负载组非常紧凑且具有(yǒu)成本效益。它使用(yòng)的组件很(hěn)少，可(kě)以产生12个不同的负载電(diàn)阻值。但是，某些情况下需要大量步骤。

3.开关和電(diàn)阻在印刷線(xiàn)路板上的安装并不重要

使用(yòng)多(duō)个负载库进行更多(duō)步骤

使用(yòng)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(kě)以生成更多(duō)的步骤（图4）。对于BANK1的每种電(diàn)阻设置，我们有(yǒu)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

负载组的等效電(diàn)阻由下式给出：

其中，R eq1是BANK1的等效電(diàn)阻，R eq2是BANK2的等效電(diàn)阻。

负载库的互连方式有(yǒu)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，两个存储體(tǐ)并联连接。当SS处于OFF位置时，只有(yǒu)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為(wèi)OFF时，使用(yòng)BANK1生成的步数= 12。

当SS為(wèi)ON时，使用(yòng)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(kě)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，并且两个存储體(tǐ)都已永久连接。因此，步骤总数為(wèi)144。

電(diàn)阻值的选择

電(diàn)阻值的选择很(hěn)重要。如果两个负载電(diàn)阻器组具有(yǒu)相同的電(diàn)阻器值，则将生成大量重复的值。因此，两个银行使用(yòng)略有(yǒu)不同的值是有(yǒu)意义的。考虑一下情况，BANK1的所有(yǒu)五个電(diàn)阻均為(wèi)1000Ω，而BANK2的所有(yǒu)五个電(diàn)阻均為(wèi)910Ω。表2中显示了两个组的等效電(diàn)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（以欧姆為(wèi)单位）

对于此表，请注意：

如果不使用(yòng)开关SS，则“ SS OFF”列中的值将不可(kě)用(yòng)。

所有(yǒu)電(diàn)阻值均已四舍五入至1Ω。

选择BANK1和BANK2的相邻值；如果電(diàn)阻值之间的距离较宽，则電(diàn)阻的额定功率会降低。

对于两个并联的组，BANK1的所有(yǒu)電(diàn)阻均為(wèi)1000Ω/ 2 W，BANK2的所有(yǒu)電(diàn)阻均為(wèi)910Ω/ 2 W，得出的负载组规格為(wèi)：

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(kě)以施加的最大電(diàn)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(xiǎo)值）= 119Ω

R eq的额定功率 （最小(xiǎo)）= 15.3 W

在任何其他(tā)電(diàn)阻设置下的额定功率=（42.66 × 42.66）/ R eq

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

5. BANK1（R = 1000Ω）和BANK2（R = 910Ω）電(diàn)阻器（带SS）的Req变化，步長(cháng)按顺序排列以获得单调递减的電(diàn)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(yòng)导致16个开关组合。但是，表1显示了四个替代开关组合，它们产生相同的電(diàn)阻值。这样可(kě)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，如果我们為(wèi)R2和R3使用(yòng)不同的電(diàn)阻值，则可(kě)能(néng)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。这种情况是為(wèi)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; 為(wèi)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(kě)产生14个台阶。对BANK1和BANK2使用(yòng)以上值，在没有(yǒu)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(yǒu)了进一步的改善。

基本的负载電(diàn)阻器组拓扑不太复杂，使用(yòng)的组件也更少。但是，如果需要更多(duō)的步骤，则由于负载组设计是模块化的，因此可(kě)以并联连接两个组。使用(yòng)简单的算法，可(kě)以对负载库进行编程，以增加或减少步进方式生成電(diàn)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(yòng)，甚至可(kě)以作為(wèi)IC内部的電(diàn)阻“合成器”找到应用(yòng)。