Что такое мощность резистора? | joyta.ru

Главная » Электроника для начинающих » Что такое мощность резистора?

Номинальная мощность резистора определяет, какое максимальное количество энергии может рассеять резистор без риска перегрева.

Закон Ома для участка цепи утверждает что, электрическая мощность связана с напряжением и током:

 P = I * U

Если электрическая мощность, выделяемая на резисторе, не превышает его номинальную рассеиваемую мощность, температура резистора будет стабильной. Следует отметить, что температура на самом резисторе распределена не равномерно. Его корпус немного теплее, чем выводы, а самая высокая температура в центре корпуса.

Чем выше скорость теплоотдачи в окружающую среду, тем ниже температура на резисторе. Крупные резисторы с большой площадью поверхности, как правило, могут рассеивать значительное количество тепловой мощности.

Если мощность выделяемая на резисторе превышает его номинальную мощность, то резистор может быть поврежден.

Это может иметь несколько последствий:

• изменение значения сопротивления,
• снижение срока службы,
• полный выход из строя в результате обрыва цепи,
• в экстремальных случаях чрезмерная мощность может даже стать причиной возгорания.

Определение: мощность резистора — номинальная мощность, которую может рассеять резистор, сохраняя при этом свою работоспособность.

Номинальная мощность резистора определяется для определенной температуры окружающей среды на открытом воздухе. Обратите внимание, что на практике количество энергии, которую резистор может рассеять без повреждения  сильно зависит от условий эксплуатации и, следовательно, не равна номинальной мощности.

Например, повышение температуры окружающей среды может значительно уменьшить номинальную мощность резистора.

Это следует учитывать при разработке схем. Обычно резисторы рассчитаны для работы при температуре до 70°С, выше этого значения резистор значительно снижает свою номинальную рассеиваемую мощность. Это иллюстрируется кривой ухудшения параметров.

Тестер транзисторов / ESR-метр / генератор

Многофункциональный прибор для проверки транзисторов, диодов, тиристоров…

Подробнее

Наряду с влиянием температуры окружающей среды, есть еще несколько факторов, влияющих на изменение номинального значения мощности резистора. Наиболее важные факторы приведены ниже:

Корпус

Скорость теплоотдачи ограничивается из-за установки резистора в корпус прибора. Корпус ограничивает воздушный поток и, следовательно, отвод тепла путем конвекции. Излучаемое тепло будет удаляться неэффективно, потому что стенки корпуса действуют как тепловой барьер. Влияние корпуса на степень потери тепла сильно зависит от размера, формы, материала и толщины стенок.

Принудительное охлаждение

Увеличение теплопередачи посредством принудительной конвекции позволяет получить более высокую рассеиваемую мощность, чем путем обычной естественной конвекции.

Это может быть достигнуто путем создания воздушного потока, или даже жидкостным охлаждением. Некоторые мощные резисторы имеют ребристый корпус, чтобы создать большую поверхность для рассеивания тепла.

Группировка компонентов

На печатной плате резисторы зачастую расположены близко друг к другу. В таком случае тепловое излучение одного резистора будет оказывать влияние на показатель мощности рядом расположенных резисторов.

В заключении хотелось бы отметить, что для большинства электронных схем номинальная мощность резисторов не является ключевым параметром, поскольку эти резисторы рассеивают малое количество энергии от одного ватта и меньше.

Однако в силовой электронике мощность является важной характеристикой. Типичной областью применения мощных резисторов являются источники питания, динамические тормоза, преобразователи мощности, усилители и нагреватели.

Блок питания 0…30В/3A

Набор для сборки регулируемого блока питания…

Подробнее

Похожие записи:

• Закон Ома для участка цепи. Определение, формула расчета, калькулятор
• Удельное сопротивление металлов. Таблица
• Номиналы резисторов. Таблица, онлайн калькулятор
• Что такое резистор
• SMD резисторы. Маркировка SMD резисторов, размеры, онлайн калькулятор

Categories Электроника для начинающих Tags Резистор

Отправить сообщение об ошибке.

Рассеиваемая мощность резистора

Резистор (англ. resistor, от лат. resisto — сопротивляться) — структурный элемент электрической цепи, основной функциональным свойством которого является определённое (номинальное) активное сопротивление. Ток и напряжение в резисторе подчиняются закону Ома:

Схема включения резистора.

где

• U — напряжение между выводами резистора,

• I — ток, протекающий через резистор,

• R — основной параметр резистора (сопротивление протеканию электрического тока, поэтому часто применяют исконно русское название

  сопротивление и далее , читая резистор, надо представлять именно абстрактное электрическое сопротивление, как параметр, если речь не идёт о радиокомпаненте (как изделии) резисторе).

В радиоэлектронной аппаратуре нередко резисторами являются более половины элементов.

Типы резисторов

Условные обозначения резисторов: а) постоянные; б) переменные; в) переменный с дополнительными отводами; г) подстроечные; д), е) переменные с общей ручкой; ж) переменный с выключателем от крайнего положения; з) варистор; и) терморезистор; к) фоторезистор.

Выделяются следующие функциональные виды резисторов:

Постоянные резисторы

резисторы, обладающие неизменным сопротивлением (в границах погрешности).

Переменные и подстроечные резисторы (реостаты)

резисторы сопротивление которых изменяется механически, посредством рукоятки или другого органа управления (переменные), либо посредством вставляемого в шлиц инструмента.

Варисторы

резисторы, сопротивление которых зависит от приложенного напряжения.

Терморезисторы и термисторы

резисторы, у которых используется зависимость сопротивления от температуры, с положительным (терморезисторы) или отрицательным (термисторы) ТКС.

Фоторезисторы

резисторы, обладающие зависимостью сопротивления от освещения.

Как правило, резисторы имеют два вывода, однако переменные и подстроечные резисторы имеют таже отвод от бегунка регулятора а также могут иметь серию отводов из средней части.

[редактировать]

Характеристические параметры резисторов

Основными параметрами резисторов является номинальное сопротивление, измеряемое в Омах и максимальная рассеиваемая мощность.

Номинальное сопротивление несёт главное функциональное значение для резистора, именно его значением определяется его применение в электрическом устройстве( поскольку рассеивать на нём мощность допустимо и гораздо меньшую указанной). Выпускаемые номиналы как определяются стандартизированным рядом (E6, E12, E24 и т. п.) и могут быть от десятых долей 

Ом, до сотен мегаОмов. Реальное значение сопротивления может несколько отличаться от номинального. Предел этого отклонения обозначается в процентах относительно номинала и определяется классом точности. Стандартный ряд классов точности — 20%, 10%, 5%, 2%, 1%, 0,5%.

Условные обозначения максимальной рассеиваемой мощности.

Максимальная рассеиваемая мощность измеряется в ваттах определяет предельный ток и напряжение на резисторе, что ограничивает его применение в сильноточных цепях. Стандартно резисторы выпускаются с максимльной рассеиваемой мощностью в 0,063 Вт, 0,125 Вт, 0,25 Вт, 0,5 Вт, 1 Вт, 2 Вт, 5 Вт, 10 Вт, 20 Вт. Для обозначения мощности свыше 0,125 Вт на схемах существуют специальные обозначения.

У особых видов резисторов также имеют значения специальных параметорв, таких как температурный коэффициент сопротивления и т. п. Также для некоторых приложений могут быть важными параметрами ёмкость и индуктивность.

[редактировать]

Устройство и разновидности

Функциональные качества резисторов в первую очередь определяются физическими свойствами материала и размерами токопроводящей части. В зависимости от материала резисторы разделяют на металлические, углеродистые, жидкостные, керамические и полупроводниковые. По форме — на плёночные (получаемые осаждением токопроводящего материала на изолирующую подложку, проволочные, ленточные, пластинчатые.оп оп

[редактировать]

Типы корпуса

Исполнение корпусов резисторов (как и многих других деталей) может подразумевать различные способы монтажа — установка на плату под отверстия или на поверхность, пайку на провода, под клеммы и др, а также они могут быть изготовлены в составе микросхем и микросборок.

[редактировать]

Поверхностный монтаж

Резисторы поверхностного монтажа стандартно выпускаются в корпусах типоразмеров 0402 (1005), 0603 (1608), 0805 (2012), 1206 (3216) и т. п.

монтаж в отверстия на плату подразумевает

[редактировать]

Монтаж на провода

Наиболее распространён монтаж на провода переменных резисторов, которые закрепляются на лицевой панели прибора и резисторов, выступающих в роли датчиков (термо-, фоторезисторы).

[редактировать]

Способы соединения

Способы соединения резисторов. Простые: а) последовательное, б) параллельное. Сложные: в) параллельно-последовательное, г) последовательно-параллельное, д) не раскладывающееся на простые.

Существует множество способов соединения резисторов, с образованием как двухполюсников так и трёх-, четырёхполюсников и других многополюсников.

Резистор является простейшим двухполюсником. Соединяя резисторы последовательно, параллельно, а также более сложными способами можно получить другие схемы двухполюсников. При этом цепь из соединённых в двухполюсник резисторов также функционально идентична резистору, сопротивление которого зависит от способа соединения и сопротивлений входящих в него резисторов.

[редактировать]

Последовательное соединение

Последовательное соединение (см пункт а на рисунке) состоит из двух и более резисторов, включенных так, что они составляют цепочку, концы которой есть полюсы. В таком соединении весь ток проходит последовательно через все резисторы, а напряжение разделяется согласно сопротивлениям. Ток и напряжение в таком соединении подчиняется следующим законам:

откуда следует, что сопротивление всей цепи будет выражаться формулой:

Рассеиваемая мощность на каждом резисторе при этом будет составлять:

kik

[редактировать]

Параллельное соединение

Параллельное соединение (см. пункт б на рисунке) состоит из двух и более резисторов, каждый из которых подключен к обоим концам цепи. Напряжение в таком соединение приложено ко всем резисторам, ток — распределяется по резисторам. Их можно выразить следующими отношениями:

Сопротивление цепи параллельных резисторов, таким образом, будет выражаться формулой:

Рассеиваемая на каждом резисторе мощность, соответственно:

Резистор — это самый распространенный электронный компонент, название которого произошло от английского слова «resistor» и от латинского «resisto» — сопротивляюсь. Основным параметром резистора считается сопротивление, которое характеризуется его способностью в препятствии протекания электрического тока. Единицами сопротивления у резисторов являются – Омы (Ω), Килоомы (1000 Ом или 1КΩ) и Мегаомы (1000000 Ом или 1МΩ).

Практически ни одна схема не обходиться без резисторов. С помощью подбора соответствующих величин резисторов и их соединений, происходит нужное распределение электрического тока в цепи.

Характеристики резистора

Кроме предельного сопротивления, резисторы обладают рядом других физиотехнических показателей, которые имеют большое значение в его применении.

Среди основных параметров выделяются такие характеристики резистора, как сопротивление по номинальному значению и его возможное отклонение, рассеиваемая мощность, предельное рабочее напряжение, максимальная температура, температурный коэффициент сопротивления, частотный отклик и шумы. Рассмотрим некоторые из них.

Температурный коэффициент сопротивления ТКС

Температурный коэффициент сопротивления (ТКС) определяет относительное изменение величины сопротивления резистора при изменении температуры окружающей среды на 1 ° по Цельсию. ТКС может быть как положительным, так и отрицательным. Если резистивная пленка имеет относительно большую толщину, то она обладает свойствами объемного тела, сопротивляемость которого с увеличением температуры становится больше. Если же резистивная пленка имеет относительно небольшую толщину, то она состоит как бы из небольших «островков», расположенных отдельно друг от друга, и сопротивление такой пленочной структуры с увеличением температурных значений становится меньше, так как взаимодействие между отдельными «островками» улучшается. Для непроволочных резисторов, применяемых в радиоэлектронике и телевизионной промышленности, температурный коэффициент сопротивления не больше ±0,04 — 0,2 %, у проволочных деталей -±0,003 — 0,2 %.

Номинальная мощность рассеивания, или рассеиваемая мощность резистора показывает предельно значимую мощность, которую сопротивление может рассеивать при долговременной электрической нагрузке, атмосферном давлении и температуре в нормальных значениях. Непроволочные резисторы подоазделяются на мощность по номиналу от 0,05 до 10 Вт, а сопротивления проволочного типа от 0,2 до150 Вт. На электpосхемах рассеиваемая мощность резистора выделяется условно пунктиром на обозначении сопротивления для мощностей меньше 1 Вт и pимскими цифрами на обозначении сопротивления для мощности больше 1 Вт. Номинальная мощность рассеивания этих деталей должна быть на 20—30 % больше такого показателя, как рабочая рассеиваемая мощность резистора

Максимальное напряжение резистора

Предельное или максимальное напряжение резистора — это предельно возможное напряжение, подведенное к выводам сопротивления, которое не допускает превышения показателей техусловий (ТУ) на параметры электричества. По- другому, максимальное напряжение резистора – предельно допустимая величина, которая может быть приложена к резистору. Этот показатель выводится для обычных пределов работы детали и напрямую зависит от линейных размеров резистора, шага спиральной нарезки, температурных показателей, давления эксплуатационной среды и давления атмосферы. Чем выше температурные показатели и меньше давление атмосферы, тем больше шансов для пробоя теплового или электрического типа и выхода резистора из строя.

Максимальная температура резистора

Одной из характеристик резистора является такой показатель, как максимальная температура резистора, напрямую зависит от мощности детали. Получается, что при увеличении мощности, которая выделяется в сопротивлении, увеличивается температура резистора, что может привести к его поломке. Во избежание этого, необходимо уменьшить температуру резистора. Это можно достичь укрупнением габаритов сопротивления.. Для всех типов сопротивлений определена максимальная температура резистора, превышение которой чревато выходом детали из строя.

Температурный показатель сопротивления находится в прямой зависимости и от температуры окружающего воздуха. Если этот показатель достигает большого значения, то температурный показатель сопротивления может стать выше максимальной температуры резистора, что крайне нежелательно. Чтобы этого не случилось, нужно снизить мощность, которая выделяется в резисторе.

Частотный отклик резистора

Значение такой характеристики, как частотный отклик резистора, связано с определением значения максимального сопротивления и минимальной ёмкости. При прохождении тока высокой частоты сопротивление стремится к проявлению реактивных свойств в зависимости от конструктивного исполнения – доминируют либо емкостные, либо индуктивные значения.

Если в одно и то же время дискретно уменьшать и  значение сопротивления и значение емкости, то можно вызвать быстрый демпфированный частотный отклик резистора, который позволит определить как максимальное сопротивление, так и минимальную емкость. При этих значениях не возникает колебаний и в то же время достигается мгновенная стабилизация выходного напряжения. Но в теории это рассматривается , как частный случай. На высоких частотах резистор начинает проявлять реактивные свойства в зависимости от конструктивного исполнения — либо преимущественно емкостные, либо индуктивные.

Pull Up Your Pins: Как определить размер подтягивающих резисторов

Одним из первых уроков, которые многие люди усваивают, начиная изучение практической электроники, является необходимость подтягивающих резисторов. Предотвращение плавающих контактов ввода-вывода на микроконтроллере или сопряжение двух схем с помощью конструкции с открытым стоком; подтягивающие резисторы — часто необходимый, но редко ценимый компонент. Так почему же мы используем подтягивающие резисторы, нельзя ли просто подключить провод к питанию V _cc нашего устройства? Какой размер резистора следует использовать?

Итак, зачем нам вообще нужно возиться с подтягивающими резисторами? Давайте предположим, что у нас есть мгновенная нормально разомкнутая кнопка, и мы не хотим, чтобы вывод ввода-вывода плавал. Почему бы просто не подключить провод к V _cc между контактом ввода-вывода и выводом кнопки? Это будет работать, чтобы предотвратить плавание вывода ввода-вывода микроконтроллера — для этого потребуется V _cc или твердый ВЫСОКИЙ уровень — пока кнопка не нажата. Однако, как только кнопка будет нажата, произойдет короткое замыкание между V _куб.см  и заземление ( рис. 1 ). Это создаст много тепла, и если устройство работает от батареи, оно быстро разрядит батарею. Помимо предотвращения проблем, связанных с плавающими выводами ввода-вывода микроконтроллера, подтягивающие резисторы необходимы при использовании топологии с открытым стоком. Мы подробно обсуждали открытые дренажи в этом сообщении Bench Talk .

Рис. 1 : Простое прокладывание провода допускает короткое замыкание (слева). Подтягивающий резистор предотвращает плавающие входы и предотвращает нежелательное короткое замыкание (справа). (Источник: автор)

 

Так как же выбрать резистор нужного размера? Как и в случае с большинством хороших инженерных вопросов, ответ зависит от вашего приложения. Давайте начнем с рассмотрения крайних вариантов 0 Ом и, скажем, 1 мОм. Вариант с сопротивлением 0 Ом (резисторы небольшого номинала называются сильными подтягивающими резисторами, поскольку они позволяют протекать большому току) мы уже обсуждали. Слишком маленькое значение сопротивления, и мы получаем слишком большой ток, который может быть либо небезопасным, либо, по крайней мере, неэффективным с точки зрения энергии. Что, если мы пойдем с огромным резистором 1 мОм? Разве это не будет безопасно? Резисторы с большими номиналами называются слабыми подтягивающими резисторами, поскольку они предотвращают протекание слишком большого тока. Ответ — да, но это дорого обходится. В данном случае это компромисс между скоростью и мощностью.

Вывод ввода/вывода микроконтроллера можно представить как конденсатор. Напомним, что напряжение на конденсаторе не может измениться мгновенно. Скорее, он заряжается на основе того, что известно как временная постоянная (T) и математически выражается как T = RC, где R — номинал резистора, а C — номинал конденсатора. Когда мы добавляем очень большой резистор, мы увеличиваем время, необходимое для зарядки конденсатора, ограничивая протекающий ток. На практике это означает, что микроконтроллер не сразу обнаружит нажатую кнопку, поскольку микроконтроллеру потребуется некоторое время, чтобы увидеть изменение напряжения от того, что он считает состоянием LOW/OFF, к состоянию HIGH/ON. Это может привести к неприемлемым характеристикам схемы с точки зрения пользователя. Система, похоже, не реагировала своевременно. В приложениях с открытым стоком, таких как I ² C последовательный протокол связи, большая постоянная времени будет иметь негативное влияние на шину I ² C для достижения желаемой скорости передачи данных на ее линиях последовательной линии данных (SDA) и последовательной линии синхронизации (SCL).

С математической точки зрения значения резисторов рассчитываются следующим образом:

R _p(min) — наименьшее допустимое значение резистора, которое определяется уравнением:

 

R _p(min) = ( В _куб.см — В _OL(max) ) / I _OL            где:

 

• В _см3 — напряжение питания.
• В _OL(max) — максимальное напряжение, которое регистрируется как низкое на выводах I ² C микроконтроллера.
• I _OL потребляемый ток при V _OL

_​

R _p(max) – максимально допустимое значение резистора, которое определяется уравнением:

R _{P (max)} = T _R / (0,8473 x C _B ), в котором:

• T _R — приемлемо желаемая скорость передачи данных. Проверьте спецификации устройств, используемых в вашей конструкции.
• C _b ожидаемая емкостная нагрузка, которая будет приводиться в действие. Небольшое примечание: количество устройств, которые могут совместно использовать шину I ² C, ограничено суммой емкостей печатной платы (PCB) и входных емкостей устройства. По I ² Спецификация C для стандартного и быстрого режимов работы, предел 400 пФ. После чего требуется буферная микросхема I ² C. Обычно это происходит задолго до достижения теоретического предела адресации в 112 устройств для 7-разрядных адресных реализаций I ² C.

Теперь, в качестве практического правила, вот значения резисторов, которые следует проверить в вашей схеме, чтобы убедиться, что вы получаете желаемую производительность:

• От 1 кОм до 10 кОм для общих целей.
• от 10 кОм до 100 кОм, если у вас есть вариант использования с низким энергопотреблением, например, устройство с питанием от батареи.

Последнее, что следует учитывать, это то, что многие микроконтроллеры имеют внутренние подтягивающие резисторы, которые можно включить с помощью кода. Обязательно ознакомьтесь с таблицами данных, чтобы убедиться, что номинал внутреннего резистора подходит для вашего приложения. В противном случае вам придется использовать внешние подтягивающие резисторы.

« Назад

Майкл Паркс, ЧП является соучредителем Green Shoe Garage, студии дизайна электроники на заказ и фирмы, занимающейся исследованиями встроенной безопасности, расположенной в Западном Мэриленде. Он выпускает подкаст Gears of Resistance, чтобы повысить осведомленность общественности о технических и научных вопросах. Майкл также является лицензированным профессиональным инженером в штате Мэриленд и имеет степень магистра системной инженерии Университета Джона Хопкинса.

Компромиссы при выборе резистора измерения тока

Измерение напряжения на известном резисторе кажется простой задачей. Тем не менее, есть некоторые соображения и компромиссы, которые необходимо учитывать для правильной и надежной конструкции шунтирующего резистора, чувствительного к току, как описано в статье Билла Швебера, опубликованной EE Worldonline.

Начинается с V = IR

Во многих конструкциях необходимо измерять протекание тока к нагрузке или через аккумулятор. Есть несколько способов сделать это, и один из наиболее широко используемых — с помощью чувствительного резистора. Идея проста: вставьте резистор известного номинала последовательно с токоведущим проводом, измерьте падение напряжения на нем, выполните простую математику I = V/R (которая может быть выполнена в цифровом виде, но часто выполняется с помощью аналоговой схемы). ), и готово (Рисунок 1) . (Примечание: этот встроенный последовательный резистор часто называют «шунтирующим» резистором, что является неправильным названием, поскольку настоящий шунт подключен параллельно нагрузке.)

Рис. 1: Эта простая схема устройства измерения тока с использованием резистора (обозначенный на рисунке как «Sense») не может показать различные компромиссы, связанные с выбором размера этого резистора. (Изображение: World of Indie)

Это сенсорное решение кажется довольно простым, и так оно и есть — в теории. Но инженерный дизайн — это место, где принцип встречается с реальностью и где принимаются балансирующие решения. Очевидный вопрос здесь заключается в том, какое значение сопротивления использовать для этого резистора, и здесь начинаются компромиссы:

• С одной стороны, резистор большего размера облегчает считывание напряжения и обеспечивает более высокое разрешение, поскольку он увеличивает динамический диапазон и улучшает отношение сигнал/шум (SNR) считывания напряжения.
• Однако этот резистор большего номинала также «отнимает» у нагрузки доступное напряжение на шине питания, так как падение напряжения вычитается из напряжения на шине питания для нагрузки. Следовательно, меньший резистор лучше с точки зрения минимизации потерь доступного напряжения на нагрузке.

Немного элементарной математики показывает дилемму. Рассмотрим шину 5 В, обеспечивающую скромный максимум 2 А на нагрузку, оба значения являются разумными средними значениями. Резистор 100 мОм будет давать максимальное падение 200 мВ, и это не большое значение для работы, когда вы пытаетесь измерить ток, скажем, до 1% (здесь 2 мВ) в присутствии шума и других помех. проблемы со схемой. Кроме того, это падение в 200 мВ представляет собой 200 мВ/5 В = 0,04 или 4% от напряжения на шине, что слишком много для «раздачи».

Кроме того, резистор в выходном контуре от источника через нагрузку к земле (или общему проводу) может нарушить динамику контура и переходную характеристику. Источник и его контроллер видят этот резистор как часть своей нагрузки, но он не является частью реальной нагрузки, которую источник пытается обеспечить (обозначается как «Нагрузка» в Рис. 1 ). Существует несоответствие между тем, что источник воспринимает как свою нагрузку, и реальной нагрузкой, что может повлиять на ожидаемую и реальную производительность. Любая мощность, рассеиваемая резистором (P = I ² R) также увеличивает неэффективность системы.

Таким образом, дилемма чувствительного резистора ясна: более высокое значение сопротивления приводит к большему падению напряжения (хорошо для измерения), но также «крадет» больше максимального напряжения шины, которое может быть подведено к нагрузке, отрицательно влияет на выходную мощность. петля динамика и снижение КПД (все плохо).

Каково «эмпирическое правило» в отношении допустимого падения напряжения и соответствующего значения сопротивления? Оказывается, что в широком диапазоне ситуаций, от низковольтных/слаботочных конструкций до гораздо более высоких, падение напряжения в 100 мВ кажется хорошей отправной точкой. Учитывая это падение напряжения и максимальный ток, рассчитать правильное значение сопротивления несложно.

Какие номиналы резисторов обычно используются для измерения тока? Это может быть сюрпризом для конструкторов, привыкших подбирать резисторы на 1, 10 и даже 100 кОм. Посчитайте, и вы увидите, что резисторы обычно меньше одного Ома и часто значительно ниже этого значения в диапазоне одноразрядных миллиомов и даже ниже. Эти «странные» значения настолько широко используются, что являются стандартными компонентами, доступными во многих конфигурациях и рейтингах от разных поставщиков.

Дело не только в выборе резистора с низким номиналом, поскольку влияние на разрешение считывания, SNR и потери напряжения на шине — это лишь один аспект проблемы. Другое соображение также важно, но оценить его несколько труднее:

Эффект самонагрева

Самонагрев на чувствительном резисторе происходит из-за температурного коэффициента и результирующего дрейфа. Термическое воздействие, связанное с саморазогревом резистора I ² R, является значительным и влияет на достоверность показаний, а также на выбор резистора.

Этот неизбежный самонагрев имеет несколько негативных последствий:

• представляет собой тепло, которое увеличивает тепловую нагрузку системы и поэтому должно управляться и удаляться.
• означает потерю мощности и снижение эффективности, что сокращает время работы продуктов с батарейным питанием.
• и, возможно, менее очевидное, но особенно критическое, тепло вызывает повышение температуры токочувствительного резистора, что изменяет значение резистора и, таким образом, влияет на достоверность определения тока (которое определяется показаниями напряжения на этом «известном резистор).

Этот последний фактор часто игнорируют, по крайней мере поначалу, поскольку легко предположить, что резистор с фиксированным номиналом — это именно то, что нужно. Цифры показывают влияние, определяемое температурным коэффициентом сопротивления резистора (tempco). Рассеивание даже резистора малого номинала со скромным током может привести к значительному дрейфу от номинального значения.

Это еще одна причина, по которой разработчики стараются использовать как можно меньшее сопротивление резистора, соизмеримое с обеспечением достаточного падения напряжения для корректного чтения. Обратите внимание, что, поскольку рассеяние пропорционально квадрату тока, было бы более эффективно уменьшить ток, но он определяется нагрузкой системы и не может быть изменен.

Рассмотрим ток 1 А и резистор 1 Ом, поэтому тепловыделение составляет 1 Вт. Для физически небольшого резистора этого достаточно, чтобы вызвать повышение температуры на десятки градусов, в зависимости от того, где и как расположен резистор, потока воздуха и других факторов. Вот почему техническое описание резистора включает спецификацию температурного коэффициента сопротивления, обычно выражаемую как изменение в частях на миллион на градус Цельсия (ppm/°C) или в процентах на градус Цельсия (%/°C). Температура 1000 ppm/°C соответствует 0,1%/°C.

Судя по числам, повышение температуры может сильно повлиять на значение сопротивления, Рисунок 2 . Рассмотрим стандартный резистор, используемый в некритических цепях, с температурой около 1000 ppm/°C или 0,1%/°C. Повышение на 50°C приводит к изменению сопротивления на 5%, а возможное повышение на 100°C приводит к изменению на 10%. Это может быть чрезмерным во многих приложениях.

Рис. 2: TCR оказывает значительное влияние на фактическое значение чувствительного резистора и, таким образом, влияет на целостность предполагаемого измерения тока на основе падения напряжения. (Изображение: Vishay Intertechnology)

Поскольку требуемое значение сопротивления во многих конструкциях очень мало — часто значительно ниже одного Ома — может показаться, что быстрое, простое и «бесплатное» решение проблемы с измерительным резистором состоит в том, чтобы просто использовать короткую длину PC- медная дорожка на плате, размер которой рассчитан для обеспечения точного значения сопротивления. Тем не менее, обычная медь, например, используемая для покрытия поликарбоната, имеет типичную температуру 4000 ppm/°C или 0,4%/°C, что означает, что любой самонагрев, усугубляемый окружающей средой и нагревом продукта, приведет к большому дрейфу и ошибки. Напротив, нормальный допуск на ширину, длину и толщину дорожек печатной платы увеличил бы начальную ошибку. Таким образом, метод трассировки на печатной плате используется только там, где требования к точности очень низкие.

Чувствительные резисторы соответствуют потребностям

У проектировщика есть несколько вариантов выбора резистора, который не будет чрезмерно дрейфовать в приложении:

• Выберите резистор большей мощности, который может рассеивать мощность при меньшем повышении температуры.
• Выберите резистор, специально предназначенный для этой функции, с более низким присущим ему температурным дрейфом.

Правильный выбор зависит от ситуации, и многие дизайнеры выбирают второй вариант. Несмотря на то, что низкотемпературные резисторы дороги, они требуют меньше места на плате и обеспечивают более стабильные результаты.

Поставщики предлагают семейства низкоомных и низкотемпературных стандартных резисторов различной номинальной мощности. Типичный «низкотемпературный» резистор будет иметь значение tempco около 100 ppm/°C, и есть более дорогие резисторы с температурой от 10 до 20 ppm/°C и даже 1 ppm/°C для точных ситуаций (при еще дороже, конечно). Но в приложениях, где важны «счет кулонов» и управление питанием, затраты могут быть оправданы.

Некоторые из этих токоизмерительных резисторов лучше всего подходят только для постоянного тока и низкочастотных приложений, в то время как другие специально разработаны с низкой собственной индуктивностью и поэтому могут использоваться на более высоких частотах. Токоизмерительные резисторы, особенно при высокой номинальной мощности, часто выглядят не как стандартные «чиповые» резисторы, а как обычные металлические полоски или силовые устройства (рис. 3, 4 и 5) . Они изготавливаются с использованием высокоспециализированных материалов и запатентованных технологий изготовления. Их темпы тщательно контролируются и измеряются, и, что еще больше усложняет анализ конструкции, эти темпы не являются постоянными во всем рабочем диапазоне (рис. 6) .

Рис. 3. Этот чувствительный резистор «разветвителя» семейства WLSF от Vishay Dale предлагается с сопротивлением всего 0,0003 Ом (0,03 мОм) и изготовлен из запатентованной смеси элементарных металлов; он имеет размеры около 3 × 6,35 мм, рассеивает до 6 Вт и имеет TCR ниже 20 частей на миллион / ° C. (Изображение: Vishay Intertechnology) Рис. 4. В зависимости от выбранного размера и типа эти прецизионные измерительные резисторы от Cadock доступны со значениями от 0,01 Ом (10 мОм) до 1 кОм и рассеиваемой мощностью до 15 Вт. (Изображение: Cadock Electronics) Рис. 5: Конструкция мощного шунтирующего резистора серии WFMB. (Изображение: Vishay Intertechnology) Рис. 6. В этой таблице показан диапазон TCR для некоторых стандартных и патентованных материалов и технологий сенсорных резисторов, а также изменение самого TCR в разных диапазонах. (Изображение: Vishay Intertechnology)

Среди многих поставщиков этих резисторов Vishay Intertechnology, TT Electronics, Riedon, Bourns, New Yorker Electronics, Ohmite, Caddock Electronics, Stackpole, KOA Speer, Isabellenhutte и Rohm, причем большинство из них предлагают значения значительно ниже даже одного миллиома до нескольких ом. , и мощностью от долей ватта до киловатт. При использовании этих сверхнизких значений сопротивления имейте в виду, что при анализе проекта необходимо добавить способ установления контакта и сопротивление соединения проводов или печатной платы с измерительным резистором.

Заключение

Казалось бы, простой вопрос о том, как определить ток с помощью резистора, является хорошим примером нахождения оптимального баланса между техническими компромиссами в легко объяснимой ситуации.