Каковы основные характеристики и характеристики, влияющие на выбор резистора? Факторы, которые следует принимать во внимание, включают начальный допуск и выбор значения. Однако на допуск или изменение номинала резистора влияют несколько параметров, как описано ниже.
Температурный коэффициент
Это мера изменения номинального значения в результате изменения температуры. Обычно указывается как одно значение в частях на миллион на градус Цельсия (или Кельвина), оно может быть положительным или отрицательным. Уравнение для расчета сопротивления при заданной температуре:
Rt=Ro[1+α(T-To)]
Где Ro — номинальное значение сопротивления при комнатной температуре, To — температура, при которой достигается номинальное сопротивление, T — рабочая температура, а α — TCR.
Проще говоря, резистор сопротивлением 1 МОм с TCR 50 ppm/K будет изменяться на 50 Ом на 1 градус повышения или понижения температуры. Это может показаться не таким уж большим, но подумайте, использовали ли вы этот резистор в качестве резистора усиления в схеме неинвертирующего усилителя x10 с напряжением 0,3 В на входе +. В худшем случае изменение выходного сигнала может достигать 7,5 мВ, что эквивалентно примерно 5 младшим битам в 12-битной схеме АЦП с напряжением 5 В. Подобные изменения могут быть весьма заметны в точном проектировании. Помните также, что TCR указывается как ±x ppm/C, поэтому вполне возможно, хотя и маловероятно, что второй резистор в цепи может измениться в противоположном направлении, что приведет к удвоению возможной ошибки. Наконец, стоит отметить, что некоторые прецизионные резисторы имеют переменный TCR в диапазоне температур, в котором работает схема, и это может значительно усложнить процесс проектирования.
Старение резистора или стабильность
Старение и стабильность представляют собой сложную смесь многочисленных изменений значения сопротивления с течением времени и являются результатом циклического изменения температуры, работы при высоких температурах, попадания влаги и т. д. Обычно это значение приводит к увеличению сопротивления с течением времени по мере миграции атомов проводимости внутри устройства.
Термическое сопротивление
Термическое сопротивление является мерой того, насколько хорошо резистор может рассеивать мощность в окружающую среду. На практике инженеры используют тепловое сопротивление для моделирования тепловыделения системы — оно рассматривается как набор последовательных «терморезисторов», каждый из которых представляет один элемент тепловыделения системы.
Это особенно важно, если конструкция предполагает, что резистор работает при максимальном значении или близком к нему и может существенно повлиять на долгосрочную надежность системы. Примером использования этого параметра является расчет размера контактной площадки печатной платы или заземляющего слоя, который будет использоваться для поддержания номинала резистора и рабочей температуры в приемлемых пределах.
Тепловая мощность и номинальная мощность
Все резисторы имеют максимальную номинальную мощность, указанную в ваттах. Это может быть что угодно, от 1/8 Вт до 10 Вт для мощных резисторов. При первом анализе инженер проверяет, работает ли резистор в пределах номинального значения. Уравнение для расчета: P=I² R, где p — мощность, рассеиваемая на резисторе, i — текущий ток, а R — сопротивление. К сожалению, все может быть сложнее; для точной работы инженеру необходимо принять во внимание кривую термического снижения номинальных характеристик резистора. Это определяет величину, на которую разработчику необходимо снизить максимальную рассеиваемую мощность выше заданной температуры.
Это может показаться теоретическим, поскольку часто снижение номинальных характеристик происходит при довольно высоких температурах, но силовая цепь в закрытом корпусе в жарком регионе часто может превышать точку отключения, и максимальную рассеиваемую мощность необходимо будет соответствующим образом уменьшить. Также стоит отметить, что максимальное рабочее напряжение резистора снижается в зависимости от рассеиваемой мощности.
Шум резистора
Любой электронный компонент, по которому текут электроны, будет источником шума, и резисторы в этом отношении ничем не отличаются. Это необходимо учитывать в системах усилителей с высоким коэффициентом усиления или при работе с сигналами очень низкого напряжения.
Основным источником шума в резисторе является тепловой шум, вызванный случайными колебаниями электронов в резистивном материале. Обычно он моделируется как белый шум (т.е. постоянное среднеквадратичное напряжение во всем частотном диапазоне) и определяется уравнением E=√4RkT∆F, где E — среднеквадратичное шумовое напряжение, R — значение сопротивления, k — постоянная Больцмана, T – температура, а Δf – полоса пропускания системы.
Шум системы можно уменьшить, уменьшив сопротивление, рабочую температуру или полосу пропускания системы. Кроме того, существует другой тип шума резистора, называемый токовым шумом, который является результатом потока электронов в устройствах. Его редко указывают, но его можно сравнить, если у производителя имеются стандартные номера, использующие IEC60195.
Высокочастотное поведение
Последняя проблема, которую следует учитывать, — это высокочастотные характеристики конкретного резистора. Проще говоря, вы можете смоделировать резистор как последовательный индуктор, питающий резистор, параллельно с которым установлен паразитный конденсатор.
На частотах до 100 МГц (даже для резисторов поверхностного монтажа, которые имеют более низкие паразитные значения, чем детали со сквозными отверстиями) параллельная емкость может начать доминировать, и импеданс упадет ниже номинального. На еще более высокой частоте индуктивность может преобладать, а импеданс начнет увеличиваться от своего минимума и вполне может превысить номинальное значение.
