高稳定性、低噪声电流驱动器

VPG Foil Resistors 的定制 Z201 系列 Bulk Metal ®箔电阻器用于满足精密 16 A 电流驱动器（驱动电流通过磁线圈所需）的苛刻目标规格，以生产和研究玻色爱因斯坦凝聚体 (BEC)。

行业/应用领域：科研用精密仪器

使用的产品：

• Z-201 系列大块金属箔电阻器、Vishay 箔电阻器

• 来自 Powertron 的定制分流电阻器，也是 VPG 品牌

挑战

物理研究常常对技术提出非凡的要求。对于澳大利亚国立大学物理科学研究所而言，面临的挑战是生产在从微秒到数十小时的所有时间尺度上稳定在 1 ppm 以内的 16 A 电流驱动器。1ppm/K 的要求已经具有挑战性，但需要 1ppm 的绝对稳定性而不受室温变化的影响，这对电路中使用的电阻器提出了极高的要求。此外，还需要低噪音——不到千万分之一——以及良好的高频响应。同时满足所有这些要求是很困难的。

解决方案

由 VPG Foil Resistors 的 Powertron 品牌定制的大型 0.1 Ω 分流电阻器（380 毫米 x 110 毫米）安装在珀尔帖冷却散热器上，温度控制在 0.1 °C 以内。此外，反馈放大器电路需要在印刷电路板上安装更小的电阻，也需要稳定在 1 ppm 以内。该项目采用的设计理念是使用最好的电阻器，电阻率温度系数 (TCR) 最低。凭借其公布的 0.05 ppm/K 的 TCR，VPG 箔电阻器的 Z201 系列被选中。主 PCB 安装在温控外壳中，以进一步稳定电阻器和运算放大器。

用户解释

不幸的是，除了 1 ppm 的直流稳定性外，我们的要求还要求噪声极低，低于千万分之一。Z201 系列等大块金属箔电阻器具有固有的低噪声，受热约翰逊噪声限制，随着电阻的增加而增加。为了在不使用低温冷却的情况下将约翰逊噪声降低到足以满足我们的需要，我们需要在运算放大器电路中使用低电阻值——在 10 V 信号电平下不超过 500 Ω。这反过来又增加了电阻器的自热 (P=V^2/R)，从而导致电阻的变化和最重要的受控电流值的漂移。将 PCB 置于温控外壳中并不能减少这种由自热引起的电阻变化。

基于 VPG Foil Resistors 专家对这个问题的深刻理解，Bulk Metal Foil 电阻器的数据表具有电阻率功率系数 (PCR) 的特征值，将电阻变化与耗散功率相关联。Z201 系列设备具有极低的 PCR，使我们能够满足我们的 1 ppm 目标规格，即使在电阻器存在不可避免且显着的自热的情况下也是如此。在诸如此类要求苛刻的高端应用中，Z201 系列等超高档电阻器的适度额外成本消除了设计难题，并允许满足原本无法实现的规格。

“Z201 系列器件具有极低的 PCR，使我们能够满足我们的 1 ppm 目标规范，即使在电阻器存在不可避免且显着的自热的情况下也是如此。”