Прецизионные резисторы и температурный дрейф сопротивления

Прецизионный резистор часто выбирают по начальному допуску: 0,1 %, 0,05 % или 0,01 %. Но в измерительном канале реальная ошибка редко ограничивается только значением погрешности. После монтажа резистор работает при конкретной температуре, рассеивает мощность, находится рядом с источниками тепла, испытывает механические напряжения и стареет. Поэтому точность измерения определяется не только номиналом, но и температурным дрейфом сопротивления  (TCR), самонагревом, стабильностью материала и топологией печатной платы.

TCR, или температурный дрейф сопротивления, показывает, как меняется сопротивление при изменении температуры. Для обычных резисторов это может быть десятки или сотни ppm/°C. В подтягивающем резисторе цифровой линии такая величина обычно несущественна, но в делителе напряжения, шунте или цепи обратной связи она уже превращается в измеримую погрешность. Если резистор с TCR 100 ppm/°C нагревается на 40 °C, его сопротивление может измениться на величину, сопоставимую или превышающую начальный допуск.

Особенно важно различать температуру окружающей среды и температуру самого резистора. В измерительном канале компонент может нагреваться от собственной рассеиваемой мощности. На схеме это выглядит как небольшой ток через делитель, но на плате малый SMD-корпус 0402 или 0603 имеет ограниченный теплоотвод. Самонагрев меняет сопротивление локально, и ошибка появляется даже при стабильной температуре в шкафу управления.

В прецизионных делителях важна не только абсолютная точность каждого резистора, но и согласование их температурных коэффициентов. Два резистора с одинаковым TCR могут сохранять отношение сопротивлений лучше, чем пара компонентов с меньшим допуском, но разным температурным поведением. Поэтому в точных измерительных цепях иногда рациональнее применять резисторные сборки, где элементы изготовлены на одной подложке и имеют близкую температурную динамику.

Ошибку также создаёт монтаж. Длинные дорожки, токи утечки по загрязнённой поверхности платы, термо-ЭДС на переходах разных металлов, близость силовых резисторов, DC-DC-преобразователей и нагревающихся микросхем искажают расчёт. В высокоомных цепях влияние утечек может быть сопоставимо с влиянием допуска, а в низкоомных шунтах лишние миллиомы дорожек требуют четырёхпроводного подключения.

Выбор прецизионного резистора должен учитывать номинал, допуск, TCR, мощность, корпус, долговременную стабильность, шум и назначение цепи. Для токовых шунтов важны импульсная стойкость и схема подключения. Для делителей напряжения — согласование, рабочее напряжение и температурный дрейф. Для обратной связи усилителей и АЦП — стабильность отношения и минимизация паразитных влияний.