Как найти температурный коэффициент сопротивления резистора

Температурный коэффициент сопротивления резистора

Так как под воздействием температуры окружающей среды или из-за нагрева самого резистора удельное сопротивление его резистивного слоя может меняться, то для обозначения термостабильности резисторов ввели такое понятие, как температурный коэффициент сопротивления (ТКС).

В зарубежной документации он именуется, как TCR (Temperature Coefficient of Resistance).

ТКС показывает насколько меняется сопротивление резистора при изменении температуры на 1°C или 1° Кельвина. Так как температура может меняться в большую или меньшую сторону, то указывается знак “±”. Начальной температурой считается +25°C (комнатная), если другое значение не оговаривается отдельно.

Формула расчёта ТКС.

• TCR – температурный коэффициент сопротивления (ТКС), (ppm/°C);

• R₁ – сопротивление при комнатной температуре +25°C, (Ω);

• R₂ – сопротивление при рабочей температуре, (Ω);

• T₁ – комнатная температура (+25°C);

• T₂ – рабочая температура при которой производится тестовое измерение, (°C).

Данную формулу также нередко записывают и в сокращённом виде:

В отечественной литературе и документации ТКС может иметь сокращение 1×10⁶ (1/°C), 1×10⁶ °C^-1 или 1×10^-6 °C. Также стоит иметь ввиду, что в документации на отечественные компоненты начальной температурой (T₁) нередко считается +20°C, а не +25°C, как это принято в иностранной документации.

Что такое ± ppm/°C ?

За рубежом принято использовать сокращение ppm (Parts per million – одна миллионная часть). Считается, что такая запись гораздо удобнее, чем 1×10^-6.

В технической документации на импортные резисторы температурный коэффициент может указываться как в градусах (± ppm/°C), так и в Кельвинах (± ppm/K). Это одно и то же.

Чтобы представить, что же такое ppm/°C в более наглядном виде, приведу пример.

Допустим, что у нас имеется резистор сопротивлением 1000000 Ω (один миллион Ом, или МегаОм – 1 МОм). Мы знаем, что его температурный коэффициент равен ±25 ppm/°C. Так как 25 – это количество частей от одного миллиона, то получаем 25/1000000 = 0,000025. Умножаем 0,000025 на 1000000 (номинал нашего резистора), чтобы узнать, каково же будет изменение в Омах. Получаем 25. То есть это всего 25 Ом от нашего мегаомного резистора. Именно на такую величину изменится сопротивление нашего резистора, если температура поднимется на 1°C. Тогда его результирующее сопротивление составит 1000000 (Ω) + 25 (Ω) = 1000025 (Ω).

Обращаю внимание на то, что ppm не имеет размерности. Тут речь идёт именно о долях от чего либо, в данном случае миллиона!

В процентах это будет 0,000025 × 100% = 0,0025%. То есть сопротивление резистора изменится на 0,0025% по отношению к первоначальному (1 Мом).

Другой пример, более приближённый к практике.

Имеется резистор на 56 килоОм (56 000 Ом). Его температурный коэффициент составляет ±50 ppm/°C. Давайте рассчитаем, в каких пределах будет меняться его сопротивление при изменении температуры на ±10°C. То есть при охлаждении на 10°C, так и нагреве на 10°C. Диапазон изменения температуры в данном случае составит 20°C.

Как уже говорилось, стартовой температурой отсчёта считается +25°C. Именно при такой температуре наш резистор имеет сопротивление 56 кОм.

Сначала узнаем, насколько изменится сопротивление нашего резистора при изменении температуры на 1°C. Считать будем по следующей формуле. Наверняка уже заметили, что это та же самая формула расчёта ТКС, только изменённая.

, где:

• ΔR – величина, на которое изменится сопротивление (в Омах, Ω);

• R₀ – сопротивление резистора при +25°C (комнатная температура);

• TCR – величина ТКС резистора (±50×10^-6 °C или то же самое ±50 ppm/°C);

• ΔT – изменение температуры, °C. В нашем случае, это 1°C.

Тогда,

Таким образом мы узнали, что при изменении температуры на 1 градус, сопротивление нашего резистора изменится на 2,8 Ом. Соответственно, при изменении температуры на 10°C, сопротивление изменится на 28 Ом. В результате получаем диапазон изменения сопротивления от 55972 Ом (при 15°C) до 56 028 Ом (при 35°C). Как видим, наш резистор имеет очень хорошую термостабильность. Его сопротивление меняется незначительно, особенно, если учесть тот факт, что среди резисторов много и таких, у которых ТКС равен 100…300 ppm/°C.

В технической документации на серию резисторов, величина ТКС, как правило, указывается для определённого диапазона температуры (например, от -55 до +125°C). Можно заметить, что чем он шире, тем, как правило, величина ТКС больше.

Как пример, далее показан график, взятый из даташита на серию резисторов VSMP от Vishay. На нём показаны значения T.C.R для разных температурных диапазонов.

Также величина ТКС может указываться вот в таком формате: -200~ +600 ppm/°C. Это означает, что при понижении температуры резистор ведёт себя более стабильней, и его сопротивление изменяется меньше, чем при её повышении.

Можно заметить и то, что для конкретного диапазона сопротивлений указывается своя величина T.C.R.

Величина ТКС не указывается в маркировке резисторов. Узнать его можно из технической документации на конкретную серию резисторов. Надо отметить, что ТКС резистора сильно зависит от материала, из которого изготовлен его резистивный слой, а также технологии его производства.

Далее для сравнения приведены величины ТКС для резисторов с разной резистивной основой и технологией производства.

Тип резистора и его температурный коэффициент сопротивления:

• Самым большим (и плохим) температурным коэффициентом обладают резисторы с проводящим слоем на основе углерода. Их ТКС может достигать 5000 ppm/°C! Резисторы на основе углеродной проводящей плёнки (carbon film resistors) имеют ТКС в диапазоне 200…500 ppm/°C (CF-25, CF-100 и им подобные). Именно поэтому допуск (точность) таких резисторов редко меньше 5%.

• Металлоплёночные (серия MF, например, MF-100). Их TCR обычно лежит в диапазоне ±15…100 ppm/°C, но в некоторых случаях вплоть до 10 ppm/°C. На фото – металлоплёночные прецизионные резисторы серии RN (Military). Нашёл их на печатной плате от промышленного станка. ТКС резистора RN55E – 25 ppm/°C, а RN55D – 100 ppm/°C.

  

• Металлооксидные плёночные резисторы (серия MO, например, MO-200) имеют ТКС в диапазоне 100…200 ppm/°C.

  На фото показаны металлооксидные (металлодиэлектрические) резисторы МО-200 (160Ω, 5%). Их ТКС равен 200 ppm/°C;

  

• Толстоплёночные чип-резисторы (T.C.R составляет 50…200 ppm/°C, реже 300 ppm/°C);

  

• Тонкоплёночные чип-резисторы (ТКС составляет 5…50 ppm/°C). Это одни из самых термостабильных резисторов. Малым ТКС обладают тонкоплёночные прецизионные резисторы. Он может составлять всего ±2–5 ppm/°C. В документации на такие резисторы можно встретить обозначение Low TCR – низкий ТКС;

• Проволочные резисторы (серия KNP, “цементные” SQP). ТКС составляет ±300…350 ppm/°C (для диапазона температур от -55 до 155…250°C). Низким температурным коэффициентом менее 10 ppm/°C обладают проволочные прецизионные резисторы;

• Самым малым ТКС обладают фольговые резисторы (Bulk Metal^® Foil, BMF). Это самые термостабильные из всех существующих резисторов. Например, ультрамалый ТКС (всего 0,05 ppm/°C) имеют прецизионные фольговые резисторы серии VSMP Vishay (сверхточные фольговые резисторы для поверхностного монтажа).

  Далее на фото показаны фольговые резисторы Vishay VSR. Их максимальный ТКС составляет ±4 ppm/°C в температурном диапазоне от 0°C до +60°C и ±8 ppm/°C при температуре от -55°C до +125°C.

  

Стоит отметить, что величина ТКС очень сильно влияет на тот самый допуск (или точность) резистора, которую указывают в процентах и кодируют в его маркировке (0,5%, 1%, 2%, 5%).

Напомню, что допуск указывает на разброс реального сопротивления резистора, который образуется из-за многих факторов, например, из-за погрешности технологии производства. Сюда же входит и разброс сопротивления из-за наличия ТКС. Именно поэтому, у резисторов с плохой термостабильностью (например, углеродистых) допуск также очень большой, так как при массовом производстве очень трудно сделать его меньше 2…5%.

Аналогичная ситуация обстоит и с толстоплёночными SMD-резисторами. В составе резистивной пасты, которая используется для формирования проводящего слоя, присутствует серебро, из-за которого ТКС таких резисторов, как правило, не менее 50 ppm/°C.

Постоянные резисторы с низким ТКС очень востребованы в тех приборах, где важна точность. Это измерительная, медицинская, промышленная и военная электроника, аппаратура для космоса, связи и навигации. Кроме этого резисторы с низким T.C.R применяются в высококачественной аудиоаппаратуре (High End Stereo) и прецизионных усилителях.

Главная » Радиоэлектроника для начинающих » Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

• Параметры переменных резисторов.

• Что такое варикап и зачем он нужен?

Температурный коэффициент сопротивления резистора (ткс)

ТКС
– величина, характеризующая относительное
изменение сопротивления резистора при
изменении температуры на один градус.
ТКС характеризует обратимые изменения
сопротивления резистора вследствие
изменения температуры окружающей среды
или изменения электрической нагрузки
на резистор. Изменение сопротивления
резис­тора под влиянием внешних
воздействий (температуры, нагрузки и
т.п.) приводит к изменениям параметров
электрических схем, а в критических
случаях к их поломке. Поэтому изменение
величины сопротивления резистора должно
быть учтено при построении электрических
схем.

На
практике пользуются средним значением
ТКС, который определяется в интервале
рабочих температур при заданной
электрической нагрузке резистора с
помощью измерителя ТКС, либо путем
измерения трех значений сопротивления
резистора при нормальной температуре
(+20°С) и при крайних значениях температуры
(максимальной положительной температуре
и минимальной отрицательной температуре).
По измеренным значениям сопротивления
резистора определяют ТКС по следующей
формуле

где
ТКС
температурный коэффициент сопротивления
резистора при изменении температуры
на 1 / °С;

алгебраическая
разность между сопротивлением резистора,
измеренным при заданных положительной
и отрицательной температурах и
сопро­тивлением резистора, измеренном
при нормальной температуре (+ 20° С);

R сопротивление
резистора, измеренное при нормальной
(+20°С) температуре;

алгебраическая разность между заданной
положительной и заданной отрицательной
температурами и нормальной (+20°С)
температурой.

Описание лабораторной работы и измерительного стенда

В
качестве объекта испытаний в этой работе
используются индуктивно-резистивные
делители напряжения, схема которых
представлена на рис. 8.

Функциональная
схема измерительного стенда представлена
на рис. 9.

Для
проведения измерений используется
следующая аппаратура:

Ги генератор
импульсов (типа Г5-54);

Гн генератор
низкой частоты (типа ГЗ-112, ГЗ-118);

Ос осцилограф
(типа С1-65);

V1,
V2 вольтметр
(типа ВЗ-38);

Пк переключатель
(типа ПГ-5П2Н);

термостат
(типа СНОЛ);

Бл.
1 блок резисторов и индуктивностей,
состоящий из следующих элементов:

МЛТ
1,1 кОм ±1%;

ВС 5,1
кОм + 1%;

МЛТ 10
кОм ±1%;

МЛТ 51
кОм ±5%;

МЛТ 100
кОм ±5%;

МЛТ 75
кОм ± 5%;

МЛТ 1,1
кОм±5%;

Бл.
2 блок резисторов, состоящий из следующих
элементов:

МЛТ 100
Ом ± 5%;

МЛТ 10
кОм ±5%;

МЛТ 1,1
кОм ±5%.

Рис.
8. Схема индуктивно-резистивных делителей
напряжений

Рис.
9. Функциональная схема измерительного
стенда.

Подготовка к измерениям.

Измерения
проводятся в лаборатории в нормальных
климатических условиях в соответствии
с ГОСТ 11478-75.

ВНИМАНИЕ!
Перед
началом
измерений необходимо ознакомиться с
правилами техники безопасности при
работе с приборами. Также необ­ходимо
ознакомиться с описаниями измерительных
приборов и настоя­щими методическими
указаниями. Необходимо проверить, что
все прибо­ры, входящие в состав
измерительной установки, включены, а
также необходимо проверить наличие
заземления у измерительных приборов и
лабораторного стенда. Кроме того,
необходимо собрать схему стенда в
соответствии с рис. 9. Необходимо ручки
управления измерительных приборов
поставить в положение, при котором
сигнал на входе индуктивно-резисторных
делителей и напряжение питания
отсутствуют. После чего необходимо
включить все измерительные приборы и
дать им прогреться в течении не менее
15 мин. Затем необходимо произвести
регулировку измерительных приборов в
соответствии с инструкцией по эксплуатации.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

В свое время на работая на предприятии столкнулся с проблемой “убегания” номинала резистора в температурной камере. Нагревая прибор до 55 градусов в камере, прибор переставал работать, виной был резистор, а точнее отклонение сопротивления от номинала при нагреве. Но у любого резистора есть не только % погрешности номинала, но и так называемый ТКС – температурный коэффициент сопротивления.

ТКС характеризует относительное изменение сопротивления резистора при изменении температуры окружающей среды на 1 °С

Что бы рассчитать ТКС нужно воспользоваться формулой:

(Разница_в_омах / номинал) / Разница_градусов

А теперь рассмотрим пример:

Резистор 360 Ом, в нормальных условиях (+25 °C) имеет сопротивление: 360,05 Ом (что соответствует допуску в 5%)

При нагреве до +55 °C он увеличился и стал: 360,45 Ом

ТКС рассчитывается так:

(0,4 / 360) / 30 = 37,037 на 10 в минус 6 степени

Что бы получить ppm нужно просто убрать 10 в минус 6 степени (ну или умножить результат на лям)

т.е. получилось 37,037 ppm/°C сразу смотрим в datasheet

Результат 37 из 100, значит резистор забраковать не получится.

Однако в моем случае, пришлось проверять целую партию резисторов, всем считать ТКС и лучшие вставлять в прибор. Ошибки разработки они такие.