分压不仅仅是比例计算的问题，更关乎控制性、可预测性与设计目的。本文将以实践的角度探讨精密分压器，说明它们如何影响信号电平、建立参考节点，以及影响测量准确度。
精密分压器利用精心配对的电阻组件，产生输入电压的特定比例。其设计目标在于提供准确且稳定的电压缩放，常用于调整信号幅度、产生参考电压，或作为测量前端的信号调节。这些分压器采用低容差电阻，可在温度与时间变化下维持一致的性能，因此在模拟设计、仪器仪表与传感器接口中扮演关键角色(图1)。
图1：SOT23封装精密电阻分压器的示意图，显示两个高度匹配的电阻，并于两端及中点提供可触及的接线端子。
补充说明：虽然精密分压器一词广泛指任何以电阻构成、可精确缩放电压的电路，但精密电阻分压器通常特指集成于单一封装中的高度匹配电阻对，例如SOT23封装。这类集成组件具备优异的比例精度与热跟踪特性，特别适合用于精密模拟设计中的参考电压缩放与阈值设定。
以KOA的HVDP08系列为例，这款薄膜电阻网络专为高精度、高分压应用而设计。其可支持最高51MΩ的电阻值、最高1000V的工作电压，以及高达1000:1的电阻比例。
图2：HVDP08高精度高分压器在提高集成度的同时，降低了电路板空间需求与整体组装负担。(来源：KOA)
同样地，精密十进制分压器——专为万用电表与其他量程切换仪器作为输入分压器而设计——如今已相当普及。简言之，精密十进制分压器是一种电阻网络，可提供以10的幂次为基础、准确且可选择的电压比例。其中一个广为人知的例子是EBG Series 1776-X，其精度与可靠性皆获得高度评价。
图3：EBG Series 1776-X精密十进制电阻采用陶瓷保护结构与激光精修薄膜，实现了极低的公差。(来源：Miba)
此外，数字可编程的精密分压器(如MAX5420与MAX5421)则针对数字控制增益放大器的应用进行优化。可编程增益放大器(PGA)能以软件方式精确控制信号放大倍率，非常适合需要动态范围调整、校正或传感器接口的应用。
平价精密设计的实践之道
精密并不一定昂贵。本节探讨如何通过灵活的设计策略——聪明的电阻选择、周全的电路布局，以及适度的校正手段——在不使用高价组件的情况下，实现出乎意料准确的分压器。无论是预算有限的原型设计，或是DIY仪器的改进，这种实践导向的方法都证明精密设计其实触手可及。
在有限预算下达成精度，首先要进行谨慎的电阻选择：即使不是顶级品牌，也应挑选具备良好公差、低温度系数及长期稳定性的电阻。其次，良好的电路布局有助于降低寄生效应；缩短走线、妥善接地，以及避免温度梯度，皆有助于维持精度。最后，通过微调、软件校正或参考已知电压进行校正，可补偿微小的偏差，使原本普通的设计提升为可靠的测量工具。
在选择电阻时，区分绝对公差与相对公差十分重要。绝对公差描述的是单一电阻与其标称值的接近程度，例如10kΩ±1%。相对公差则关注一对或一组电阻彼此之间的匹配程度，而不在乎其偏离标称值的幅度。在分压器中，尤其是精密应用，相对公差往往更为关键。即使两个电阻同时略有漂移，只要它们漂移一致，其分压比例与输出电压仍能保持稳定。
补充一点，比例公差指的是电阻对维持其设计电阻比例的能力，而不受绝对阻值影响。在精密分压器中，这项指标至关重要；即便阻值略有变动，只要比例公差够严格，输出电压仍可保持稳定。这是一个微妙却极为关键的因素，特别是在准确度高度依赖匹配程度的应用中。
将理论付诸实践
在讲完了基本概念后，接下来将通过一个实践范例，说明如何在可取得的组件与实际限制条件下，将理论应用于设计中。
运算放大器(op-amp)电路常被用来调整数模转换器(DAC)的输出电压。两种常见架构——同相放大器与反相放大器——皆可同时放大信号并调整其直流偏压。
对于不需要偏移的输出缩放应用，设计目标是扩展DAC的输出电压范围，同时维持原有的极性。此设定要求运算放大器的正电源轨高于所需的最大输出电压。
图4：此输出缩放电路可在不改变极性的情况下，扩展DAC的输出电压范围。
输出电压公式：VOUT = VIN (1 + RF/RG)
实际的比例调整范例
为了将DAC输出由0–5V扩展至0–10V，所需的增益为2.0。
使用10kΩ的反馈电阻(RF)与10kΩ的增益电阻(RG)，即可得到增益为2的设定。此配置在保留零基准的同时，将DAC输出电压加倍。
当然，也可以设计运算放大器电路，同时对DAC输出进行比例缩放与直流偏移。例如，将0–2.5V的单极性输出转换为–5V至+5V的双极性范围。但这将留待日后再详述。
结语
精密分压器看似简单，但其对信号完整性与测量准确度的影响却十分深远。无论是模拟前端、参考电源轨，或是传感器输入，电阻的选择与电路布局的细节，往往决定了整体性能的成败。
文章来源：EDN电子技术设计