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:
Сопротивление резистора с учетом температуры определяется по формуле:
R(t) = R 20 (1 + ТКС*(t - 20))
R 20 - 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.
Знают, наверно, все. Во всяком случае, слышали о нем. Суть этого эффекта в том, что при минус 273 °С сопротивление проводника протекающему току пропадает. Уже одного этого примера достаточно для того, чтобы понять, что существует его зависимость от температуры. А описывает специальный параметр - температурный коэффициент сопротивления.
Любой проводник препятствует протекающему через него току. Это противодействие для каждого токопроводящего материла разное, определяется оно многими факторами, присущими конкретному материалу, но речь дальше будет не об этом. Интерес в данный момент представляет его зависимость от температуры и характер этой зависимости.
Проводниками электрического тока обычно выступают металлы, у них при повышении температуры сопротивление растет, при понижении оно уменьшается. Величина такого изменения, приходящаяся на 1 °С, и называется температурный коэффициент сопротивления, или сокращённо ТКС.
Значение ТКС может быть положительным и отрицательным. Если он положительный, то при увеличении температуры растёт, если отрицательный, то уменьшается. Для большинства металлов, применяющихся как проводники электрического тока, ТКС положительный. Одним из лучших проводников является медь, температурный коэффициент сопротивления меди не то чтобы лучший, но по сравнению с другими проводниками, он меньше. Надо просто помнить, что значение ТКС определяет, каким при изменении параметров окружающей среды будет значение сопротивления. Его изменение будет тем значительнее, чем этот коэффициент больше.
Такая температурная зависимость сопротивления должна быть учтена при проектировании радиоэлектронной аппаратуры. Дело в том, что аппаратура должна работать при любых условиях окружающей среды, те же автомобили эксплуатируются от минус 40 °С до плюс 80 °С. А электроники в автомобиле много, и если не учесть влияние окружающей среды на работу элементов схемы, то можно столкнуться с ситуацией, когда электронный блок отлично работает при нормальных условиях, но отказывается работать при воздействии пониженной или повышенной температуры.
Вот эту зависимость от условий внешней среды и учитывают разработчики аппаратуры при ее проектировании, используя для этого при расчётах параметров схемы температурный коэффициент сопротивления. Существуют таблицы с данными ТКС для применяемых материалов и формулы расчетов, по которым, зная ТКС, можно определить значение сопротивления в любых условиях и учесть в режимах работы схемы возможное его изменение. Но для понимания того, ТКС, сейчас ни формулы, ни таблицы не нужны.
Надо отметить, что существуют металлы с очень маленьким значением ТКС, и именно они используются при изготовлении резисторов, параметры которых от изменений окружающей среды зависят слабо.
Температурный коэффициент сопротивления можно использовать не только для учета влияния колебаний параметров окружающей среды, но и для Для чего достаточно Зная материал, который подвергался воздействию, по таблицам можно определить, какой температуре соответствует измеренное сопротивление. В качестве такого измерителя может использоваться обычный медный провод, правда, придётся его использовать много и намотать в виде, например, катушки.
Всё вышеописанное не охватывает полностью всех вопросов использования температурного коэффициента сопротивления. Есть очень интересные возможности применения, связанные с этим коэффициентом в полупроводниках, в электролитах, но и того, что изложено, достаточно для понимания понятия ТКС.
Электрическое сопротивление проводника в общем случае зависит от материала проводника, от его длины и от поперечного сечения, или более кратко - от удельного сопротивления и от геометрических размеров проводника. Данная зависимость общеизвестна и выражается формулой:
Известен каждому и , из которого видно, что ток тем меньше, чем сопротивление выше. Таким образом, если сопротивление проводника постоянно, то с ростом приложенного напряжения ток должен бы линейно расти. Но в реальности это не так. Сопротивление проводников не постоянно.
За примерами далеко ходить не надо. Если к регулируемому блоку питания (с вольтметром и амперметром) подключить лампочку, и постепенно повышать напряжение на ней, доводя до номинала, то легко заметить, что ток растет не линейно: с приближением напряжения к номиналу лампы, ток через ее спираль растет все медленнее, причем лампочка светится все ярче.
Нет такого, что с увеличением вдвое приложенного к спирали напряжения, вдвое возрос и ток. Закон Ома как-будто не выполняется. На самом деле закон Ома выполняется, и точно, просто сопротивление нити накала лампы непостоянно, оно зависит температуры.
Вспомним, с чем связана высокая электрическая проводимость металлов. Она связана с наличием в металлах большого количества носителей заряда - составных частей тока - . Это электроны, образующиеся из валентных электронов атомов металла, которые для всего проводника являются общими, они не принадлежат каждый отдельному атому.
Под действием приложенного к проводнику электрического поля, свободные электроны проводимости переходят из хаотичного в более-менее упорядоченное движение - образуется электрический ток. Но электроны на своем пути встречают препятствия, неоднородности ионной решетки, такие как дефекты решетки, неоднородная структура, вызванные ее тепловыми колебаниями.
Электроны взаимодействуют с ионами, теряют импульс, их энергия передается ионам решетки, переходит в колебания ионов решетки, и хаос теплового движения самих электронов усиливается, от того проводник и нагревается при прохождении по нему тока.
В диэлектриках, полупроводниках, электролитах, газах, неполярных жидкостях - причина сопротивления может быть иной, однако закон Ома, очевидно, не остается постоянно линейным.
Таким образом, для металлов, рост температуры приводит к еще большему возрастанию тепловых колебаний кристаллической решетки, и сопротивление движению электронов проводимости возрастает. Это видно по эксперименту с лампой: яркость свечения увеличилась, но ток возрос слабее. То есть изменение температуры повлияло на сопротивление нити накаливания лампы.
В итоге становится ясно, что сопротивление зависит почти линейно от температуры. А если принять во внимание, что при нагревании геометрические размеры проводника меняются слабо, то и удельное электрическое сопротивление почти линейно зависит от температуры. Зависимости эти можно выразить формулами:
Обратим внимание на коэффициенты. Пусть при 0°C сопротивление проводника равно R0, тогда при температуре t°C оно примет значение R(t), и относительное изменение сопротивления будет равно α*t°C. Вот этот коэффициент пропорциональности α и называется температурным коэффициентом сопротивления . Он характеризует зависимость электрического сопротивления вещества от его текущей температуры.
Данный коэффициент численно равен относительному изменению электрического сопротивления проводника при изменении его температуры на 1К (на один градус Кельвина, что равноценно изменению температуры на один градус Цельсия).
Для металлов ТКС (температурный коэффициент сопротивления α) хоть и относительно мал, но всегда больше нуля, ведь при прохождении тока электроны тем чаще сталкиваются с ионами кристаллической решетки, чем выше температура, то есть чем выше тепловое хаотичное их движение и чем выше их скорость. Сталкиваясь в хаотичном движении с ионами решетки, электроны металла теряют энергию, что мы и видим в результате - сопротивление при нагревании проводника возрастает. Данное явление используется технически в .
Итак, температурный коэффициент сопротивления α характеризует зависимость электрического сопротивления вещества от температуры и измеряется в 1/К - кельвин в степени -1. Величину с обратным знаком называют температурным коэффициентом проводимости.
Что касается чистых полупроводников, то для них ТКС отрицателен, то есть сопротивление снижается с ростом температуры, это связано с тем, что с ростом температуры все больше электронов переходят в зону проводимости, растет при этом и концентрация дырок. Этот же механизм свойственен для жидких неполярных и твердых диэлектриков.
Полярные жидкости свое сопротивление резко уменьшают с ростом температуры из-за снижения вязкости и роста диссоциации. Это свойство применяется для защиты электронных ламп от разрушительного действия больших пусковых токов.
У сплавов, легированных полупроводников, газов и электролитов тепловая зависимость сопротивления более сложна чем у чистых металлов. Сплавы с очень малым ТКС, такие как манганин и константан, применяют в .
ЧТО ТАКОЕ температурный коэффициент сопротивления МЕТАЛЛА - это. Краткое ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОНЯТИЯ ТКС.Ответ на вопрос: ПОНЯТИЕ ТКС, ОПРЕДЕЛЕНИЕ, ЧТО ТАКОЕ температурный коэффициент электросопротивления МЕТАЛЛА - ЭТО отношение относительного изменения электрического сопротивления МЕТАЛЛА к изменению температуры на одну единицу. В качестве единиц температуры подразумеваются градусы Кельвина (Кельвины) или градусы Цельсия. Именно такое определение понятия ТКС мы встречаем чаще всего в справочной и учебной литературе. Определение вполне понятное и, как мне кажется, достаточно ясно отражающее суть понятия.
КАК ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ температурный коэффициент сопротивления МЕТАЛЛА - КАК РАССЧИТАТЬ, ФОРМУЛА РАСЧЕТА ТКС.Ответ на вопрос: КАК ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ температурный коэффициент электросопротивления МЕТАЛЛА , его величина может быть рассчитана математически, на основе данных физического эксперимента или справочных, табличных значений величины электрического сопротивления ЦИНКА при разных температурах. Для самостоятельного определения по формуле, вы можете использовать формулу расчета ТКС приведенную ниже.
α = (R1 - R2) / R1 Х (T1 - T2) .- R1 - величина: электрическое сопротивление при начальной температуре.
- R2 - величина: электрическое сопротивление при изменившейся температуре.
- T1 - величина: первоначальная температура.
- T2 - величина: измененная температура.
- (R1 - R2) - величина: разница электрических сопротивлений.
- (T1 - T2) - величина: разница температур.
Ответ на вопрос: В ЧЕМ ИЗМЕРЯЕТСЯ температурный коэффициент электросопротивления МЕТАЛЛА . Общепринятыми единицами измерения величины ТКС считаются Кельвины. Точнее градусы Кельвина, взятые в минус 1 степени: К -1 . Реже, мы можем встретить другие единицы измерения ТКС. Какие? Тоже градусы, но Цельсия. На практике, в справочниках и справочных таблицах, данные в которых измеряется величина коэффициента сопротивления, для удобства выражения измерений физической величины ТКС, приводятся и указываются как отношение: 10 -3 /К. Существует универсальная формула, помогающая понять в чем измеряется величина коэффициента электросопротивления, выводимая из физического смысла понятия. И учитывающая возможность выбора любых градусов для оценки значения. Смотрите формулу для определения единиц измерения коэффициента электрического сопротивления ниже.
ТКС = 1 Ом / 1 Ом Х 1 Градус . Что в свою очередь сводится к соотношению: ТКС = Градус -1Как мы видим из формулы, для определения величины (в общем случае) можно использовать любые градусы, например: градусы Цельсия (°C), градусы Фаренгейта (°F) или градусы Кельвина (K, устаревшее обозначение °K).
КАК ОБОЗНАЧАЕТСЯ температурный коэффициент сопротивления МЕТАЛЛА - какой буквой или символом ОБОЗНАЧАЕТСЯ ТКС.Ответ на вопрос: КАК ОБОЗНАЧАЕТСЯ температурный коэффициент электросопротивления МЕТАЛЛА . Физическая величина ТКС чаще всего обозначается буквой греческого алфавита, как и многие другие величины (значения) в физике. Символом для обозначения коэф-та сопротивления выбрали букву альфа - α. При необходимости, можно использовать более расширенное обозначение. Например: указать рядом с α дополнительную информацию отражающую вид вещества, в нашем случае это α(metallum). Или указать при обозначении температуру, при которой действует этот коэффициент электрического сопротивления. Чаще всего нас интересует ТКС при, так называемых, НОРМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ. Что подразумевает температуру 20° С. Выглядит это обозначение приблизительно так: α(20°С).
ФИЗИЧЕСКИЙ СМЫСЛ температурного коэффициента сопротивления МЕТАЛЛА.Ответ на вопрос: ФИЗИЧЕСКИЙ СМЫСЛ температурного коэффициента электросопротивления МЕТАЛЛА . Под физическим смыслом термина понимается обычно то, что коэффициент сопротивления α отражает изменение сопротивления МЕТАЛЛА (ЕГО ДИНАМИКУ). Грубо говоря, это своеобразный градиент. Который показывает на сколько (во сколько раз, на какую величину) изменится электрическое сопротивление (а оно может как уменьшится, так и увеличиться) при изменении температуры на одну единицу (градус). Обратите внимание на то, что ТКС (α) - это динамическая характеристика электрических свойств МЕТАЛЛА.
Таблица 1. Температурный коэффициент электрического сопротивления МЕТАЛЛА.
ТКС - величина, характеризующая относительное изменение сопротивления резистора при изменении температуры на один градус. ТКС характеризует обратимые изменения сопротивления резистора вследствие изменения температуры окружающей среды или изменения электрической нагрузки на резистор. Изменение сопротивления резистора под влиянием внешних воздействий (температуры, нагрузки и т.п.) приводит к изменениям параметров электрических схем, а в критических случаях к их поломке. Поэтому изменение величины сопротивления резистора должно быть учтено при построении электрических схем.
На практике пользуются средним значением ТКС, который определяется в интервале рабочих температур при заданной электрической нагрузке резистора с помощью измерителя ТКС, либо путем измерения трех значений сопротивления резистора при нормальной температуре (+20°С) и при крайних значениях температуры (максимальной положительной температуре и минимальной отрицательной температуре). По измеренным значениям сопротивления резистора определяют ТКС по следующей формуле
где ТКС температурный коэффициент сопротивления резистора при изменении температуры на 1 / °С;
алгебраическая
разность между сопротивлением резистора,
измеренным при заданных положительной
и отрицательной температурах и
сопротивлением резистора, измеренном
при нормальной температуре (+ 20° С);
R сопротивление резистора, измеренное при нормальной (+20°С) температуре;
алгебраическая разность между заданной
положительной и заданной отрицательной
температурами и нормальной (+20°С)
температурой.
Описание лабораторной работы и измерительного стенда
В качестве объекта испытаний в этой работе используются индуктивно-резистивные делители напряжения, схема которых представлена на рис. 8.
Функциональная схема измерительного стенда представлена на рис. 9.
Для проведения измерений используется следующая аппаратура:
Ги генератор импульсов (типа Г5-54);
Гн генератор низкой частоты (типа ГЗ-112, ГЗ-118);
Ос осцилограф (типа С1-65);
V1, V2 вольтметр (типа ВЗ-38);
Пк переключатель (типа ПГ-5П2Н);
термостат (типа СНОЛ);
Бл. 1 блок резисторов и индуктивностей, состоящий из следующих элементов:
МЛТ
1,1 кОм ±1%;
ВС 5,1
кОм + 1%;
МЛТ 10
кОм ±1%;
МЛТ 51
кОм ±5%;
МЛТ 100
кОм ±5%;
МЛТ 75
кОм ± 5%;
МЛТ 1,1
кОм±5%;
Бл. 2 блок резисторов, состоящий из следующих элементов:
МЛТ 100
Ом ± 5%;
МЛТ 10
кОм ±5%;
МЛТ 1,1
кОм ±5%.
Рис. 8. Схема индуктивно-резистивных делителей напряжений
Рис. 9. Функциональная схема измерительного стенда.
Подготовка к измерениям.
Измерения проводятся в лаборатории в нормальных климатических условиях в соответствии с ГОСТ 11478-75.
ВНИМАНИЕ! Перед началом измерений необходимо ознакомиться с правилами техники безопасности при работе с приборами. Также необходимо ознакомиться с описаниями измерительных приборов и настоящими методическими указаниями. Необходимо проверить, что все приборы, входящие в состав измерительной установки, включены, а также необходимо проверить наличие заземления у измерительных приборов и лабораторного стенда. Кроме того, необходимо собрать схему стенда в соответствии с рис. 9. Необходимо ручки управления измерительных приборов поставить в положение, при котором сигнал на входе индуктивно-резисторных делителей и напряжение питания отсутствуют. После чего необходимо включить все измерительные приборы и дать им прогреться в течении не менее 15 мин. Затем необходимо произвести регулировку измерительных приборов в соответствии с инструкцией по эксплуатации.
Загрузка...
