Меню
Радиоэлектроника для начинающих

ТКС резистора (TCR resistor)

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°С или 1° Кельвина. Так как температура может меняться в большую или меньшую сторону, то указывается знак "±". Начальной температурой считается +25°С (комнатная), если другое значение не оговаривается отдельно.

Формула расчёта ТКС.

Формула расчёта ТКС резистора

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

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

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

  • T1 – комнатная температура (+25°С);

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

Данную формулу также нередко записывают и в сокращённом виде:

Сокращённая формула расчёта ТКС

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

Что такое ± ppm/°С ?

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/°С), так и в Кельвинах (± ppm/K). Это одно и то же.

Чтобы представить, что же такое ppm/°С 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/°С. 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°С. 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/°С. Давайте рассчитаем, в каких пределах будет меняться его сопротивление при изменении температуры на ±10°С. То есть при охлаждении на 10°С, так и нагреве на 10°С. Диапазон изменения температуры в данном случае составит 20°С.

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

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

Формула расчёта изменения сопротивления резистора из-за температуры

, где:

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

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

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

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

Тогда,

Расчёт изменения сопротивления из-за действия температуры

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°С, сопротивление изменится на 28 Ом. В результате получаем диапазон изменения сопротивления от 55972 Ом (при 15°С) до 56 028 Ом (при 35°С). 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/°С.

В технической документации на серию резисторов, величина ТКС, как правило, указывается для определённого диапазона температуры (например, от -55 до +125°С). 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.

График: Значения ТКС для разных температурных диапазонов

Также величина ТКС может указываться вот в таком формате: -200~ +600 ppm/°С. 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.

ТКС углеродистых резисторов серии CF

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/°С! Резисторы на основе углеродной проводящей плёнки (carbon film resistors) имеют ТКС в диапазоне 200...500 ppm/°С (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/°С, но в некоторых случаях вплоть до 10 ppm/°С. На фото – металлоплёночные прецизионные резисторы серии RN (Military). Нашёл их на печатной плате от промышленного станка. ТКС резистора RN55E – 25 ppm/°С, а RN55D – 100 ppm/°С.

    Металлоплёночные резисторы серии RN55

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

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

    Металлооксидные резисторы МО-200.

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

    Толстоплёночные чип-резисторы

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

  • Проволочные резисторы (серия KNP, "цементные" SQP). ТКС составляет ±300...350 ppm/°С (для диапазона температур от -55 до 155...250°С). Низким температурным коэффициентом менее 10 ppm/°С 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/°С) 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/°С в температурном диапазоне от 0°С до +60°С и ±8 ppm/°С при температуре от -55°С до +125°С.

    Фольговые резисторы Vishay серии VSR

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/°С.

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:

 

Copyright © Go-Radio.ru