Как считать температурный коэффициент напряжения

Как считать температурный коэффициент напряжения

Напиши в редакцию! Стабилизаторы напряжения. Основные параметры и типы Письмо в редакцию

электроники

Стабилизатор напряжения — это электрическое устройство, получающее питание от внешнего источника и выдающее на выходе напряжение, не зависящее от напряжения питания (при условии, что напряжение питания не выходит за допустимые пределы).

Стабилизатор применяется для обеспечения нагрузки стабильным, заданным напряжением, независимо от скачков и колебаний напряжения питания.

Основными параметрами стабилизатора напряжения являются следующие:

— коэффициент стабилизации Кст

— выходное сопротивление Rвых

— коэффициент полезного действия h

— температурный коэффициент ТКН

Коэффициент стабилизации — это отношение относительного изменения напряжения на входе стабилизатора к соответствующему относительному изменению напряжения на его выходе (при этом Rн считаем постоянным).

Чем больше коэффициент стабилизации, тем меньше изменяется выходное напряжение при изменении входного.

Выходное сопротивление [Ом] — это отношение изменения напряжения на выходе стабилизатора к изменению выходного тока (тока нагрузки), которое вызвало изменение выходного напряжения (при этом Uвх считаем постоянным).

Чем меньше выходное сопротивление, тем меньше изменяется выходное напряжение при изменении тока нагрузки.

Коэффициент полезного действия (КПД) [%] — это отношение мощности, отдаваемой в нагрузку, к мощности, потребляемой от источника питания.

Если учесть, что Pвх=Pн+Pст, где Pн — мощность, рассеиваемая нагрузкой, а Pст — мощность, рассеиваемая стабилизатором, то можно записать эту формулу по другому:

Температурный коэффициент (ТКН) [%/ 0 C] — это отношение относительного изменения выходного напряжения стабилизатора к вызвавшему его изменению температуры окружающей среды.

Источник

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°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.

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 1×10 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.

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.

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.

Источник

Как считать температурный коэффициент напряжения

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».

3. Какие «ТК» бывают и в чём они измеряются.
Бывают они такие:

  • ТКС — температурный коэффициент сопротивления — у резисторов;
  • ТКЕ — температурный коэффициент ёмкости — конденсаторов;
  • ТКИ — температурный коэффициент индуктивности — катушек индуктивности;
  • ТКН — температурный коэффициент напряжения — стабилитронов (стабилизаторов);
  • ТКЧ — температурный коэффициент частоты — кварцевых (пьезоэлектрических) резонаторов и фильтров;
  • ТКШ — температурный коэффициент шума -есть практически у всех.
    Могут и другие встретиться, но эти главные, практически всегда присутствуют.
    Измеряются они в относительных единицах, которые показывают, насколько и куда изменяется данная характеристика радиодетали при изменении температуры на 1°. Это могут быть проценты на градус (%/°), промилле на градус (%/°) или миллионные доли на градус (ppm/°). Для ТКШ это могут быть микровольты или нановольты на градус (мкВ/° или нВ/°).
    Чтобы было совсем ясно:
    % — процент — это одна сотая (10 -2 , 0,01 или 1/100) часть какой-то величины;
    %o — промилле — это одна тысячная (10 -3 , 0,001 или 1/1000) часть какой-то величины;
    ppm (по-русски: млн-1) — это одна миллионная (10 -6 , 0,000001 или 1/1000000) часть какой-то величины.
    Иногда от температуры характеристики радиодеталей так хитро меняются, что для них специальные графики рисуют или сложные формулы пишут.

    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:

    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.

    Конденсаторы с группами ТКЕ П100 (П120), П33, М47, М75, т.е. с малыми значениями ТКЕ называют ещё термостабильными. Группа ТКЕ МП0 как уже раньше было сказано, самая термостабильная. Конденсаторы с группами ТКЕ М750, М1500 (М1300), т.е с большими отрицательными значениями ТКЕ называют ещё термокомпенсирующими (их и ставят в LC-контура для стабильности).
    У буржуинов своя система обозначений, но она очень на нашу похожа. Вместо буквы «М» у них латинская буква «N», вместо «П» — «P». Группа МП0 у них NP0 или C0G обозначается. А вместо буквы «Н» у них целая куча всяких обозначений: Y5x, X5x, Z5x (x — обозначает какую-то из букв: F, P, S, U, V); X7R. Эти обозначения наиболее часто встречаются, но разные фирмы ещё и «фирменные» обозначения ТКЕ используют. Тут нам только ДатаШиты (справочные листы) фирменные помогут.
    Чтобы нам попроще было, примерное соответствие наших и буржуинских обозначений такое:

  • вместо Н10 можно ставить X7R;
  • вместо Н20, Н30, Н50, Н70, Н90 можно ставить Y5V или Z5V;
  • вместо П33, МП0, М33 можно ставить NP0 (C0G);
  • вместо П60, П100, М47, М1500 можно ставить X7R, NP0 (C0G).
    Но в каждом случае, конечно, думать надо: «Семь раз отмерь — один раз отрежь» — пословица №1, «Доверяй, но проверяй!» — пословица №2.
    Вот, сколько мороки нам керамические конденсаторы задали. С другими конденсаторами будет полегче:

    Конденсаторы слюдяные — у них всего 4 группы ТКЕ имеется:

    Номинальное значение ТКЕ, ppm/ °C

    Источник

    Читайте также:  Как найти напряжение в физике 8 класс
    Оцените статью
    Adblock
    detector