Температурный коэффициент. Тепло и холод в электронике.
Твой пытливый взор уже много раз встречал сокращения ТКС, ТКЕ, ТКИ. Может быть там же были и их расшифровки. Если же нет, то я хочу рассказать, что это такое и чем они могут быть полезны. Давай сегодня поговорим о температурном коэффициенте и его роли в электронике.
Итак, чтобы далеко не бегать, сразу разверну сокращения:
- ТКС - температурный коэффециент сопротивления
- ТКЕ - температурный коэффициент ёмкости. (По-хорошему ТКЁ!)
- ТКИ - догадался? Верно - температурный коэффициент индуктивности.
Общее между ними одно -- они все отражают зависимость изменения номинального значения сопротивления резистора, ёмкости конденсатора или индуктивности моточного изделия (катушки или трансформатора) от изменения температуры окружающей среды.
Скажем, при 20 градусах какой-нибудь резистор имеет сопротивление в 100 Ом, а при 80 чуть больше или меньше.
"Больше или меньше" написано специально, так как ТКС, ТКИ, ТКЕ могут быть положительными или отрицательными. При положительном температурном коэффициенте номинал увеличивается, а при отрицательном - уменьшается. Такие дела. Если говорить сухо, то
ТКС = ∆R/R
И было бы всё хорошо, да представь себе какой-нибудь каскад с транзистором. Например, каскад с ОЭ:
Для работы транзистора ему всегда задают некий режим, который условно называют "рабочей точкой". Заключается он в том, чтобы задать постоянный ток, протекающий через переход Б-Э.
И вот всё расчитано, собрано, а ток базы какой-то не такой. И вроде бы номиналы правильно подобраны, а все равно ток плывёт. Убери паяльник с Rб - перегреешь! Rб нагрелся, вот ТКС и сыграл свою партию в общей пьесе и сбил "рабочую точку": Rб задаёт постоянный ток перехода Б-Э, а раз значение сопротивления изменилось, то изменился и ток базы, а значит и ток коллектора, что в свою очеред вызовет изменение Uк и т.д. по цепочке. (кстати, транзистор тоже реагирует на тепло...) Я конечно преувеличиваю, но температура действительно влияет большую роль в изменении значений номиналов радиодеталей.
И схема выше плоха по этой самой причине - она нестабильна и реагирует на температуру как флюгер на ветер. Впрочем, рыдать не стоит, так как в природе существуют методы компенсации ТКС.
Ниже приведена таблица ТКС некоторых металлов:
| Проводник | ТКС, 1/°С |
|---|---|
| Алюминий | 4,2*10-3 |
| Вольфрам | 5*10-3 |
| Железо | 6*10-3 |
| Золото | 4*10-3 |
| Латунь | (0,1 - 0,4)*10-3 |
| Магний | 3,9*10-3 |
| Медь | 4,3*10-3 |
| Никель | 6,5*10-3 |
| Нихром | 1*10-4 |
| Олово | 4,4*10-3 |
| Платина | 3,9*10-3 |
| Серебро | 4,1*10-3 |
| Сталь | (1 - 4)*10-3 |
Сопротивление резистора с учетом температуры определяется по формуле:
R(t) = R20 (1 + ТКС*(t - 20))
R20 - сопротивление при температуре окр. среды в 20 градусов Цельсия, t - расчетная температура, для которой вычисляется сопротивление резистора. Эта формула пойдёт и для ТКЕ/ТКИ.
Справедливости ради, скажу, что ТКС/ТКЕ/ТКИ могуть быть нелинейными. Для большинства металлов ТК будет положительным, для полупроводников и диэлектриков чаще всего будет отрицательным (для чистых полупроводников без примесей). А константан и манганин считай вообще не подвержены пагубным влияниям ТКС.
Теперь ты гуру температурных коэффициентов. И на последок рубану по жесткому. Формула ТКС на самом деле является дифф. уравнением:
Но оно тебе нафиг не нужно. Живи свободно и держи в уме, что электронные компоненты реагируют на изменение температуры окружающей среды. Какие-то сильно, какие-то слабо. Но реагируют практически все. И это следует учитывать при выборе радиодеталей для устройств.
