Что такое ткс резистора
Перейти к содержимому

Что такое ткс резистора

  • автор:

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.

Что такое температурный коэффициент сопротивления

На основании закона Ома и измерения удельного электрического сопротивления ряда материалов, в частности сопротивления металлов, было выявлено, что данный параметр не постоянен и меняется при изменении температуры. Как правило, при нагреве их проводимость ухудшается.

Убедиться на практике в наличии данного явления можно, включив лампочку накаливания. В момент включения уже горящие лампочки на короткое время уменьшают яркость своего свечения. Это свидетельствует о том, что холодная лампочка (спираль которой выполнена из металла вольфрама) потребляет больший ток от сети, чем разогретая, и «просаживает» напряжение. Следовательно, холодная лампочка проводит электрический ток значительно лучше разогретой.

Сравнение проводимости лампы накаливания в холодном и разогретом состоянии

Как определяется температурный коэффициент сопротивления

Количественной мерой изменения электрического сопротивления проводника служит температурный коэффициент удельного сопротивления (ТКС). Ввиду малости значений ТКС выражается в особых единицах — миллионных долях на один Кельвин или градус Цельсия и обозначается ppm/°C или К -1 .

Чтобы рассчитать температурный коэффициент сопротивления меди или любого другого материала, применяют метод, основанный на измерении электрического сопротивления при различных температурных показателях. Затем используется формула:

Формула ТКС

Температурный коэффициент сопротивлений обозначают буквой α. Его можно выразить через удельное сопротивление:

Выражение ТКС через удельное электросопротивление

Исходя из этого, для расчета сопротивления резистора R или любого другого проводника применяется следующее выражение:

Определение сопротивления проводника

Знак ТКС

Чтобы определить температурный коэффициент сопротивления вольфрама или температурный коэффициент сопротивления алюминия, никеля, серебра и пр. материалов и сплавов, нужно знать проводимость исследуемого материала. Она измеряется при разной температуре. TКС характеризует средний наклон графика сопротивления проводника в исследуемом температурном интервале. Если наклон линии зависимости сопротивления от температуры постоянен, зависимость называется линейной. Но для многих материалов, например, для нихромовой проволоки свойственна нелинейная форма температурной зависимости сопротивления. Поэтому важно указывать, какая температура соответствует определенному значению ТКС. Например, температурный коэффициент сопротивления платины равен 3900 при температуре 20 градусов.

Графики проводимости металлов и полупроводников

ТКС материала может быть положительным или отрицательным по знаку. Плюсовое значение показывает, что с увеличением нагрева сопротивление также увеличивается. Отрицательный коэффициент означает, что с ростом температуры сопротивление уменьшается. Следует также знать, что в разных температурных интервалах знак может отличаться.

ТКС чистых металлов обычно имеет положительное значение, например, температурный коэффициент сопротивления никеля никогда не бывает отрицательным. Материалы с большим (по модулю) параметром используются для измерения температуры в составе датчиков температуры. Резисторы для подобных применений называют терморезисторами или термисторами.

График зависимости проводимости терморезистора от температуры

У электролитов ТКС отрицательный. Это связано с тем, что при нагреве в растворе увеличивается количество обеспечивающих электрическая проводимость свободных ионов. Таким образом, электролиты при нагревании начинают проводить лучше, но характер этой зависимости резко нелинейный.

Отрицателен этот параметр и у чистых (беспримесных) полупроводников. Связано это с тем, что при нагреве в зону проводимости переходит большее количество электронов, тем самым увеличивая концентрацию дырок в полупроводнике.

Объяснение зависимости ТКС от температурных показателей

Материалами для изготовления эталонных (образцовых) сопротивлений (резисторов) служат сплавы с равным или очень близким к нулю ТКС. Одним из таких сплавов является проволока из манганина (сплава на основе меди с добавкой марганца и никеля).

ТКС можно узнать из справочной литературы. Например, таблица, представленная ниже, позволяет определить температурный коэффициент сопротивления железа или сопротивления нихрома, а также серебра, меди, алюминия и прочих материалов.

Таблица ТКС некоторых материалов

Термин ТКС был введен с целью обозначения термической стабильности резисторов, поскольку удельное сопротивление их резистивного слоя под воздействием температуры может меняться. Температурную зависимость сопротивления используют в устройствах, называемых термометрами сопротивления. Основным их элементом является проволока из меди или платины, намотанная на жесткий каркас из диэлектрика. Платиновый термометр обычно используется для измерения температуры от +263 до 1064, а медный — 180…–50 градусов.

Если при создании электроизмерительных приборов требуются проводники с сопротивлением, мало зависящим от температурных показателей, используют специальные сплавы, такие как манганин или константан. Например, ТКС последнего в 820 раз меньше, чем температурный коэффициент сопротивления серебра.

ТКС резистора (TCR resistor)

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.

Формула расчёта ТКС резистора

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

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

R2 – сопротивление при рабочей температуре, (Ω);

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

Данную формулу также нередко записывают и в сокращённом виде:

Сокращённая формула расчёта ТКС

В отечественной литературе и документации ТКС может иметь сокращение 1×10 6 (1/°C), 1×10 6 °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.

Формула расчёта изменения сопротивления резистора из-за температуры

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.

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°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.

График: Значения ТКС 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.

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/°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.

Металлоплёночные резисторы серии RN55

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;

Металлооксидные резисторы МО-200.

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

Толстоплёночные чип-резисторы

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.

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/°C.

Что такое ткс резистора

Автор: Мышонок
Опубликовано 07.02.2007

1. Что же такое «ТК»?
«ТК» — это сокращение от «Температурный Коэффициент». Это свойство радиодеталей изменять свои характеристики в зависимости от температуры. Возникает он оттого, что материалы, из которых делаются радиодетали, при изменении температуры расширяются, сжимаются, и с ними происходят другие странные вещи, о которых физики лучше знают.

2. Что происходит, когда мы забываем про «ТК»?
Многие котята не знают или просто забывают про «ТК». А иногда происходит всё гораздо проще, например, нужен конденсатор какой-нибудь ёмкости, а нужного ТКЕ нет или он не известен. Часто торгаши вообще не знают (или не хотят знать, что гораздо вероятнее), чем они торгуют. Вот и приходится впаивать в конструкцию то, что удалось добыть.
А этот параметр очень важный. Если его не принимать во внимание, то при изменении температуры (просто окружающего воздуха или даже от нагрева аппаратуры во время её работы), характеристики детали с неучтённым ТК могут измениться настолько, что аппаратура станет работать плохо или вообще перестанет работать. Но самое интересное, что как только температура опять станет «нормальной», аппаратура опять начинает работать как ни в чём не бывало. И сколько сил уйдёт на то, что бы отыскать эту «мерцающую неисправность» — а виноват во всём «ТК».

4. А теперь поговорим о «ТК» подробнее:

ТКС — температурный коэффициент сопротивления

Резисторы делают из разных материалов.
Самые простые из них проволочные. Температурная зависимость сопротивления у них линейная, самый маленький ТКС из них имеют резисторы сделанные из константана (ТКС -5 ) и манганина (ТКС -5 ), поэтому их используют в измерительной технике.
Очень дешёвые резисторы углеродистые, типа С1-4 или CF. Но ТКС у них довольно большой: от +350 до минус 2500 ppm/°. Поэтому они в основном и применяются в бытовой аппаратуре, которая в комнатных условиях работает.
Металлизированные и металлоплёночные резисторы, типа С2-23, С2-33 (МЛТ, МТ старые) или MF. ТКС у них средний: от 15 до 500 ppm/°, максимум до 1200 ppm/°. Подходят для большинства применений в широком диапазоне температур.
Самые дорогие — прецизионные, типа С2-29В или RN. ТКС у них самый маленький: от 5 до 300 ppm/°. Их и применяют в измерительной аппаратуре или в ответственных местах обычной аппаратуры, где важна стабильность сопротивления при изменении температуры, например в RC — фильтрах.
В отечественных резисторах группа ТКС обозначается буквой, которую, к сожалению, указывают только на заводской упаковке. Конкретные обозначения и величины ТКС можно узнать, заглянув в справочники или в ТУ (технические условия по-нашему или ДатаШиты по-ихнему). Вот только не каждому они доступны.
Внимание! Сейчас среди импортных резисторов (как правило, неизвестного происхождения) встречается подмена понятия «Допуск номинала» — т.е. точности, с которой изготовлен резистор на заводе. В понятие «Допуск» в этом случае закладывается огромный ТКС. Имеется в виду, что сопротивление данного резистора не выйдет за пределы, к примеру, +/-10% при изменении температуры. Этот якобы «Допуск» и обозначается на резисторе. Товарищи, будьте бдительны!
Существует класс резисторов, где наоборот важен большой ТКС. Это терморезисторы или термисторы и термометры-сопротивления. Терморезисторы или термисторы (иногда встречается «позистор» — терморезистор с положительным ТКС) очень широко применяются в радиоэлектронной аппаратуре в различных целях, например: защита мощных транзисторов, термостабилизация каких-либо частей схемы и т.д. Термометры-сопротивления, как правило, делаются из медной или даже платиновой проволоки и служат для точного измерения температуры в промышленности.

ТКЕ — температурный коэффициент ёмкости

ТКЕ конденсатора очень сильно зависит от материала диэлектрика между обкладками. Ведь малейшее температурное изменение толщины диэлектрика, вызывает очень большое изменение ёмкости конденсатора.
Наиболее подвержены влиянию температуры керамические конденсаторы. Так как полностью победить ТКЕ не удаётся, (а иногда, наоборот, клин клином вышибают: например, в LC-контуре, у катушки ТКИ положительный, тогда конденсатор с отрицательным ТКЕ ставят, чтобы частота настройки контура от температуры не уходила), у керамических конденсаторов очень много всяких ТКЕ имеется. ТКЕ у керамических конденсаторов настолько важен, что его на корпусе конденсатора каким-либо способом практически всегда обозначают.
Поэтому про них мы поговорим подробнее:
Отечественная система обозначений ТКЕ (в том числе старая и очень старая)

Примечание: там, где для цветового обозначения ТКЕ требуется 2 цвета, то одним из них может быть цвет корпуса.
Группы ТКЕ, обозначенные буквами «П» (плюс) и «М» (минус) имеют линейную зависимость ёмкости от температуры. Группа МП0 самая стойкая — никакое изменение температуры на ёмкость конденсатора не влияет. А вот группы ТКЕ, буквой «Н» (нелинейные) обозначенные, имеют очень хитрую зависимость ёмкости от температуры, поэтому их лучше на картинке посмотреть:

ТКЕ

Картинка эта для примера нарисована, у разных типов конденсаторов эти «Н» и по другому могут кривиться. Главное в том, что ёмкость этих конденсаторов при изменении температуры не изменится больше, чем процентов с буквой «Н» написано.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *