如何選擇高精度電阻的TCR值

 了解需要高精度和溫度穩(wěn)定性的應(yīng)用中的電阻溫度系數(shù)。電阻溫度系數(shù)（TCR）是每度溫度變化的電阻相對(duì)變化的計(jì)算。它以ppm /°C（1ppm = 0.0001％）進(jìn)行測(cè)量，定義為：TCR =（R2-R1）/ R1（T2-T1）。對(duì)于高精度電阻器，相對(duì)于正常室溫（通常為+ 25°C），TCR通常以百萬分之一（ppm）每攝氏度表示。

盡管該規(guī)范很重要，但是各個(gè)貼片電阻器制造商仍使用不同的方法來計(jì)算TCR，這可能無法提供足夠的信息以使終用戶能夠準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)溫度變化對(duì)電阻值的影響。因此，在對(duì)高精度電阻器性能和溫度穩(wěn)定性有要求的應(yīng)用中，此類發(fā)布的TCR方差有可能產(chǎn)生測(cè)量不確定性。

在高精度設(shè)備中，例如Vishay Precision Group（VPG）的Vishay Foil Resistors品牌的Bulk Metal Foil電阻器，已發(fā)布的TCR規(guī)范包括標(biāo)稱典型曲線，通常在-55°C至+ 125°C范圍內(nèi)，定義了標(biāo)稱“冷”（-55°C至+ 25°C）和“熱”（+ 25°C至+ 125°C）弦斜率。產(chǎn)品數(shù)據(jù)表通常指定每個(gè)斜率的*大擴(kuò)展（例如，±0.2ppm /°C和±1.8ppm /°C）。

電阻器性能與溫度之間的關(guān)系

溫度在安裝環(huán)境中會(huì)影響電阻器組件的運(yùn)行和電阻器的行為。當(dāng)電流流過電阻器時(shí)，會(huì)產(chǎn)生熱量：焦耳效應(yīng)。產(chǎn)生的熱響應(yīng)會(huì)引起電阻器內(nèi)的相對(duì)機(jī)械變化和應(yīng)力。由不同的熱膨脹引起的應(yīng)力會(huì)因構(gòu)造的電阻器材料和其他因素而變化。安裝環(huán)境中的環(huán)境溫度會(huì)產(chǎn)生熱量，從而影響電阻器的性能。

*佳的電阻器設(shè)計(jì)可在不影響性能和可靠性的情況下，將不同用途和功率負(fù)載下對(duì)外部和內(nèi)部應(yīng)力的敏感性降至*低。VPG散裝金屬箔技術(shù)可在產(chǎn)生的熱量，建筑材料和相關(guān)制造工藝之間建立精確的熱機(jī)械平衡。精心設(shè)計(jì)可以補(bǔ)償運(yùn)行期間的熱量和壓力影響，從而提高性能穩(wěn)定性。

例如，VPG通過首先將專有的冷軋箔材料粘合到陶瓷物質(zhì)上來設(shè)計(jì)結(jié)合了塊狀金屬箔元件的超高精度貼片電阻。在沒有將機(jī)械應(yīng)力引入材料的情況下，將其光刻成電阻圖案。然后，將電阻器激光調(diào)整到指定的電阻值和公差。由于電阻材料在制造過程中不會(huì)被拉伸，纏繞或機(jī)械應(yīng)力，因此散裝金屬箔保持了預(yù)期的設(shè)計(jì)特性和包括TCR在內(nèi)的全部性能可靠性。

其他電阻器制造方法，例如繞線，薄膜濺射或厚膜玻璃，可能會(huì)引入機(jī)械應(yīng)力，并具有更大的熱機(jī)械不平衡潛力。當(dāng)電阻器的工作溫度高于額定溫度時(shí)，它可能無法工作或遭受直接影響精度的損壞。在延長(zhǎng)的時(shí)間范圍內(nèi)，電阻器的溫度過高情況可能會(huì)長(zhǎng)期更改各個(gè)電阻值，從而導(dǎo)致整個(gè)電路故障。用戶應(yīng)密切注意額定溫度規(guī)格，以確保電阻按照公開的規(guī)格運(yùn)行。通過嚴(yán)格遵守這些值，無論制造工藝如何，都可以確保用戶持續(xù)的電阻器可靠性。

解釋指標(biāo)

盡管設(shè)計(jì)和制造工藝存在差異，但TCR仍然是普遍接受的電阻器性能穩(wěn)定性指標(biāo)之一。TCR對(duì)于預(yù)測(cè)電阻器對(duì)環(huán)境溫度變化的敏感性以及在低工作溫度和高工作溫度下預(yù)期的組件性能至關(guān)重要。

散裝金屬箔電阻器TCR在個(gè)別規(guī)格范圍內(nèi)考慮極端的理論條件。與諸如薄膜之類的技術(shù)相比，制造商通常可以在相對(duì)較窄的溫度范圍內(nèi)展示TCR，而很少?gòu)?qiáng)調(diào)極端溫度效應(yīng)。

TCR可以進(jìn)一步定義為兩個(gè)溫度之間的電阻變化除以溫度差（弦斜率），或TCR =（ΔR/ R）/ΔT。通常的做法是定義-55°C至+ 25°C的冷弦斜率，以及+ 25°C至+ 125°C的熱弦斜率（在這種情況下，ΔThot= + 125°C – + 25°C = + 100°C）。

然而，可以定義任何其他溫度間隔（ΔT）。為了定義曲線上任何溫度下的電阻變化率，當(dāng)ΔT無限?。?Delta;T→0）時(shí)，將通過數(shù)學(xué)計(jì)算TCR：TCR（ΔT→0）=（dR / R）/ dT

NiCr電阻器中電阻隨溫度的變化是非線性的，通常隨拋物線變化。從數(shù)學(xué)上講，此功能可以通過以下方式描述：

Y = aX2 + bX + c其中：Y =ΔR/ R（通常以ppm表示）X = T（溫度以°C為單位）

在這種情況下，對(duì)于任何溫度T，Y都將表示電阻值+ 25°C時(shí)的標(biāo)稱值變化的電阻值ΔR/ R，通常以ppm為單位。換句話說，對(duì)于函數(shù)Y，這將由導(dǎo)數(shù)函數(shù)Y'表示。此函數(shù)定義與拋物線相切的直線的斜率（TCR），并指示TCR的變化方式。對(duì)于上述拋物線函數(shù)：Y'= 2aX + b（Y'以ppm /°C表示）。

為簡(jiǎn)單起見，也可以使用這樣的事實(shí)：弦斜率等于相關(guān)溫度范圍的切線中點(diǎn)值。例如，熱斜率（+ 25°C至+ 125°C）的值等于中點(diǎn)T = + 75°C的切線值（Y'）。

薄膜電阻器制造商通常將*佳熱斜率作為目標(biāo)，同時(shí)將冷斜率保持在規(guī)定的極*內(nèi)。使用變化率計(jì)算方法進(jìn)行的比較和分析VPG散裝金屬箔和薄膜精密電阻器TCR的研究表明，由于溫度引起的電阻變化可能大大超過指定的TCR極*。該比較是基于對(duì)來自不同制造商的兩組不同精度的薄膜NiCr電阻器進(jìn)行的測(cè)試，每個(gè)電阻器的TCR均指定為5ppm /°C。

這項(xiàng)研究的結(jié)果表明，散裝金屬箔電阻器中，溫度軸從-55°C到+ 125°C引起的*大電阻變化（TCR）將從-2.17ppm /°C到+ 2.2ppm變化/°C，總計(jì)低于4.37ppm /°C。對(duì)于相同的溫度范圍，制造商A的薄膜電阻器樣品的TCR在-3.6ppm /°C至+ 7.2ppm /°C之間變化，總計(jì)接近11ppm /°C；而制造商B則將其從-9.1ppm /°C降至+ 4.99ppm /°C，總計(jì)為14ppm /°C。

因此，精密薄膜電阻器的TCR可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于制造商數(shù)據(jù)表上的規(guī)定限值。

散裝金屬箔電阻器TCR是通過匹配兩個(gè)相對(duì)的影響而實(shí)現(xiàn)的，這兩個(gè)相對(duì)的影響是由于溫度升高引起的固有電阻增加與由于溫度升高引起的與壓縮相關(guān)的電阻減小之間的關(guān)系。兩種影響同時(shí)發(fā)生，從而導(dǎo)致TCR指標(biāo)異常低，可預(yù)測(cè)和可重復(fù)。結(jié)果，散裝金屬箔電阻器實(shí)現(xiàn)了固有的*大穩(wěn)定性和接近零的TCR，該規(guī)格不依賴于篩選或其他手段來獲得統(tǒng)一的高精度電阻器性能和溫度穩(wěn)定性。VPG采用這種嚴(yán)格的TCR計(jì)算方法來確保在整個(gè)電阻值和工作溫度范圍內(nèi)的高精度電阻器可靠性.TCR的真實(shí)值

對(duì)于選擇高精度電阻器的工程師來說，TCR規(guī)格可以幫助他們更好地預(yù)測(cè)在預(yù)期的工作溫度和安裝環(huán)境下，應(yīng)用中的歐姆值與組件電阻的可逆變化。由于TCR計(jì)算方法可能會(huì)因制造商，制造工藝，結(jié)構(gòu)材料和其他方面的不同而變化，因此對(duì)于用戶而言，重要的是要了解所選方法中的任何細(xì)微差別，以便更好地理解TCR數(shù)據(jù)作為組件可靠性指標(biāo)。用于計(jì)算TCR的VPG方法遵循嚴(yán)格的協(xié)議，以幫助工程師對(duì)苛刻的應(yīng)用程序中組件的長(zhǎng)期可靠性充滿信心。