如何选择高精度电阻的TCR值

 了解需要高精度和温度稳定性的应用中的电阻温度系数。电阻温度系数(TCR)是每度温度变化的电阻相对变化的计算。它以ppm /°C(1ppm = 0.0001%)进行测量,定义为:TCR =(R2-R1)/ R1(T2-T1)。对于高精度电阻器,相对于正常室温(通常为+ 25°C),TCR通常以百万分之一(ppm)每摄氏度表示。

尽管该规范很重要,但是各个贴片电阻器制造商仍使用不同的方法来计算TCR,这可能无法提供足够的信息以使终用户能够准确地预测温度变化对电阻值的影响。因此,在对高精度电阻器性能和温度稳定性有要求的应用中,此类发布的TCR方差有可能产生测量不确定性。

在高精度设备中,例如Vishay Precision Group(VPG)的Vishay Foil Resistors品牌的Bulk Metal Foil电阻器,已发布的TCR规范包括标称典型曲线,通常在-55°C至+ 125°C范围内,定义了标称“冷”(-55°C至+ 25°C)和“热”(+ 25°C至+ 125°C)弦斜率。产品数据表通常指定每个斜率的*大扩展(例如,±0.2ppm /°C和±1.8ppm /°C)。

电阻器性能与温度之间的关系

温度在安装环境中会影响电阻器组件的运行和电阻器的行为。当电流流过电阻器时,会产生热量:焦耳效应。产生的热响应会引起电阻器内的相对机械变化和应力。由不同的热膨胀引起的应力会因构造的电阻器材料和其他因素而变化。安装环境中的环境温度会产生热量,从而影响电阻器的性能。

*佳的电阻器设计可在不影响性能和可靠性的情况下,将不同用途和功率负载下对外部和内部应力的敏感性降至*低。VPG散装金属箔技术可在产生的热量,建筑材料和相关制造工艺之间建立精确的热机械平衡。精心设计可以补偿运行期间的热量和压力影响,从而提高性能稳定性。

如何选择高精度电阻的TCR值

例如,VPG通过首先将专有的冷轧箔材料粘合到陶瓷物质上来设计结合了块状金属箔元件的超高精度贴片电阻。在没有将机械应力引入材料的情况下,将其光刻成电阻图案。然后,将电阻器激光调整到指定的电阻值和公差。由于电阻材料在制造过程中不会被拉伸,缠绕或机械应力,因此散装金属箔保持了预期的设计特性和包括TCR在内的全部性能可靠性。

其他电阻器制造方法,例如绕线,薄膜溅射或厚膜玻璃,可能会引入机械应力,并具有更大的热机械不平衡潜力。当电阻器的工作温度高于额定温度时,它可能无法工作或遭受直接影响精度的损坏。在延长的时间范围内,电阻器的温度过高情况可能会长期更改各个电阻值,从而导致整个电路故障。用户应密切注意额定温度规格,以确保电阻按照公开的规格运行。通过严格遵守这些值,无论制造工艺如何,都可以确保用户持续的电阻器可靠性。

解释指标

尽管设计和制造工艺存在差异,但TCR仍然是普遍接受的电阻器性能稳定性指标之一。TCR对于预测电阻器对环境温度变化的敏感性以及在低工作温度和高工作温度下预期的组件性能至关重要。

散装金属箔电阻器TCR在个别规格范围内考虑极端的理论条件。与诸如薄膜之类的技术相比,制造商通常可以在相对较窄的温度范围内展示TCR,而很少强调极端温度效应。

TCR可以进一步定义为两个温度之间的电阻变化除以温度差(弦斜率),或TCR =(ΔR/ R)/ΔT。通常的做法是定义-55°C至+ 25°C的冷弦斜率,以及+ 25°C至+ 125°C的热弦斜率(在这种情况下,ΔThot= + 125°C – + 25°C = + 100°C)。

然而,可以定义任何其他温度间隔(ΔT)。为了定义曲线上任何温度下的电阻变化率,当ΔT无限小(ΔT→0)时,将通过数学计算TCR:TCR(ΔT→0)=(dR / R)/ dT

NiCr电阻器中电阻随温度的变化是非线性的,通常随抛物线变化。从数学上讲,此功能可以通过以下方式描述:

Y = aX2 + bX + c其中:Y =ΔR/ R(通常以ppm表示)X = T(温度以°C为单位)

在这种情况下,对于任何温度T,Y都将表示电阻值+ 25°C时的标称值变化的电阻值ΔR/ R,通常以ppm为单位。换句话说,对于函数Y,这将由导数函数Y'表示。此函数定义与抛物线相切的直线的斜率(TCR),并指示TCR的变化方式。对于上述抛物线函数:Y'= 2aX + b(Y'以ppm /°C表示)。

为简单起见,也可以使用这样的事实:弦斜率等于相关温度范围的切线中点值。例如,热斜率(+ 25°C至+ 125°C)的值等于中点T = + 75°C的切线值(Y')。

薄膜电阻器制造商通常将*佳热斜率作为目标,同时将冷斜率保持在规定的极*内。使用变化率计算方法进行的比较和分析VPG散装金属箔和薄膜精密电阻器TCR的研究表明,由于温度引起的电阻变化可能大大超过指定的TCR极*。该比较是基于对来自不同制造商的两组不同精度的薄膜NiCr电阻器进行的测试,每个电阻器的TCR均指定为5ppm /°C。

这项研究的结果表明,散装金属箔电阻器中,温度轴从-55°C到+ 125°C引起的*大电阻变化(TCR)将从-2.17ppm /°C到+ 2.2ppm变化/°C,总计低于4.37ppm /°C。对于相同的温度范围,制造商A的薄膜电阻器样品的TCR在-3.6ppm /°C至+ 7.2ppm /°C之间变化,总计接近11ppm /°C;而制造商B则将其从-9.1ppm /°C降至+ 4.99ppm /°C,总计为14ppm /°C。

因此,精密薄膜电阻器的TCR可能远远高于制造商数据表上的规定限值。

散装金属箔电阻器TCR是通过匹配两个相对的影响而实现的,这两个相对的影响是由于温度升高引起的固有电阻增加与由于温度升高引起的与压缩相关的电阻减小之间的关系。两种影响同时发生,从而导致TCR指标异常低,可预测和可重复。结果,散装金属箔电阻器实现了固有的*大稳定性和接近零的TCR,该规格不依赖于筛选或其他手段来获得统一的高精度电阻器性能和温度稳定性。VPG采用这种严格的TCR计算方法来确保在整个电阻值和工作温度范围内的高精度电阻器可靠性.TCR的真实值

对于选择高精度电阻器的工程师来说,TCR规格可以帮助他们更好地预测在预期的工作温度和安装环境下,应用中的欧姆值与组件电阻的可逆变化。由于TCR计算方法可能会因制造商,制造工艺,结构材料和其他方面的不同而变化,因此对于用户而言,重要的是要了解所选方法中的任何细微差别,以便更好地理解TCR数据作为组件可靠性指标。用于计算TCR的VPG方法遵循严格的协议,以帮助工程师对苛刻的应用程序中组件的长期可靠性充满信心。

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