Vielen Entwicklern ist nicht bewusst, dass Widerstände einen Spannungskoeffizienten (VCR) und einen Temperaturkoeffizienten (TCR) haben. Dies ist verständlich, da bei Anwendungen mit niedriger Spannung und niedrigem Widerstand der Spannungseffekt gering ist und durch Temperatureffekte gut maskiert werden kann. In Schaltkreisen mit hohem Widerstand und/oder hoher Spannung (HV) kann jedoch die Variation des Widerstands mit der Spannung ein großes Problem darstellen. Diese Schaltkreise werden in Anwendungen wie Hochspannungsnetzteilen, Transimpedanzverstärkern (TIA), Hochspannungs-LED-Beleuchtung und Impulskommunikationssystemen verwendet. Entwickler solcher Schaltkreise müssen die Prinzipien und Auswirkungen von VCR verstehen und wissen, wie sie ihre Auswirkungen abschwächen können.
Dieser Artikel bietet zunächst einen Überblick darüber, was VCR ist und welche Auswirkungen es auf das Schaltungsdesign hat. Anschließend wird am Beispiel des Low-VCR-Widerstands von Stackpole erläutert, wie solche Geräte ausgewählt und eingesetzt werden, um die Auswirkungen des VCR zu minimieren und den genauen und zuverlässigen Betrieb kritischer Schaltkreise sicherzustellen.
Was ist VCR?
Der VCR eines Widerstands kann als die Beziehung zwischen dem Widerstandswert und der angelegten Spannung definiert werden, die proportional variiert. Seine Maßeinheit ist üblicherweise ein Millionstel pro Volt (ppm/V) und kann mit der folgenden Formel berechnet werden:
Formel 1
darunter
R₁ ist der Widerstandswert bei der Referenzspannung (V₁), gemessen in Ohm (Ω)
R₂ ist der Widerstandswert (in Ohm) bei der Prüfspannung (V₂).
V₁ ist die Referenzspannung
V₂ ist die Prüfspannung
VCR kann positiv oder negativ sein. Ein positiver VCR zeigt an, dass mit steigender Spannung am Widerstand auch der Widerstand zunimmt; Ein negativer VCR weist auf eine Abnahme des Widerstands hin.
Ein typischer Hochspannungs-Chipwiderstand mit einem VCR im Bereich von 200 ppm/V bis 300 ppm/V erfährt eine Widerstandsänderung von 20 % bis 30 %, wenn sich die angelegte Spannung um 1000 V ändert. Wenn ein Widerstand mit einem VCR im Bereich von 25 ppm/V bis 50 ppm/V ausgewählt wird, verringert sich die Widerstandsänderung bei der gleichen Schwankung von 1000 V auf 2,5 bis 5 %.
Die Standardtestmethode zur Messung von VCR sollte der MIL-STD-202G 309-Methode folgen. Diese Norm legt ein einheitliches Verfahren zum Testen elektronischer Komponenten fest und legt fest, dass die Standardprüfspannung gleich der angegebenen maximalen Betriebsspannung ist und der Referenzspannungspegel 10 % der maximalen Betriebsspannung beträgt.
So minimieren Sie den Videorecorder
Durch die Auswahl geeigneter Designs und Materialien kann der VCR so weit wie möglich minimiert werden. Aufgrund der Tatsache, dass Materialien mit niedrigem VCR-Widerstand den VCR verbessern, aber auch den TCR erhöhen und dadurch die Temperaturstabilität verringern können, sind bei der Auswahl von Widerstandsmaterialien technische Kompromisse erforderlich. Auch die Wahl einer Tinte mit geringem Widerstand kann den VCR verbessern, schränkt jedoch den maximal erreichbaren Widerstand ein. Eine sorgfältige Auswahl des Typs und der Verwendung von Widerstandstinte kann den VCR optimieren.
Lasertrimmen kann sich auch auf den Videorecorder auswirken. Der von nicht reparierten Widerständen erzeugte Widerstandswert weicht in der Regel um 5 bis 20 % vom erwarteten Wert ab. Mittels Lasertrimmung wird der Widerstandswert auf einen kleineren Toleranzbereich, beispielsweise 1 %, eingestellt. Der Lasertrimmprozess kann Mikrorisse erzeugen, die zu lokalen unerwarteten Impedanzänderungen führen, wodurch der VCR erhöht und eine Verschlechterung des VCR verursacht wird (Abbildung 1).