
【電】 thermal coefficient of resistance
電阻熱系數(Temperature Coefficient of Resistance, TCR)是電子工程和材料科學中的關鍵參數,用于描述材料電阻率隨溫度變化的特性。其标準定義為:在指定溫度範圍内,電阻器的電阻值隨溫度變化而産生的相對變化率,通常用每攝氏度(ppm/°C)或百分比每攝氏度(% /°C)表示。該參數直接反映材料的導電性能對溫度的敏感性,對電路穩定性設計至關重要。
電阻熱系數(TCR)的數學表達式為: $$ alpha = frac{1}{R} cdot frac{dR}{dT} $$ 其中:
在工程實踐中,常采用簡化公式計算: $$ alpha = frac{R_2 - R_1}{R_1 cdot (T_2 - T_1)} times 10 quad text{(單位:ppm/°C)} $$ $T_1$ 和 $T_2$ 分别為參考溫度與目标溫度,$R_1$、$R_2$ 為對應電阻值。
正溫度系數材料(PTC)
電阻隨溫度升高而增大,如金屬材料(銅:+3930 ppm/°C;鉑:+3920 ppm/°C)。其原理源于溫度升高加劇晶格振動,阻礙電子定向移動。
負溫度系數材料(NTC)
電阻隨溫度升高而減小,常見于半導體和陶瓷材料(熱敏電阻)。例如錳鎳氧化物陶瓷的 TCR 可達 -40000 ppm/°C,源于載流子濃度隨溫度指數級增長。
精密電阻器設計
儀器儀表用金屬箔電阻 TCR 可控制在 ±1 ppm/°C 内(如 Vishay 專利技術),通過合金成分優化抵消晶格散射效應。
溫度傳感器校準
鉑電阻溫度計(PT100)依據 IEC 60751 标準,要求 TCR 為 3850 ppm/°C ±偏差,線性度誤差需低于 0.1°C。
集成電路熱補償
芯片中采用多晶矽電阻網絡,通過正負 TCR 材料組合實現溫度漂移自校正(如 ADI 的 ±0.5 ppm/°C 基準電壓源)。
權威文獻參考
- Ashcroft, N. W., & Mermin, N. D. (1976). Solid State Physics. Saunders College. (金屬電阻率溫度模型)
- IEEE Standard 1287-2021. Guide for Temperature Measurement in Resistance Heating. (工程測試規範)
- IEC 60195:2016. Method of measurement of the temperature coefficient of resistance. (國際标準測試方法)
電阻溫度系數(Temperature Coefficient of Resistance, TCR)是描述電阻值隨溫度變化程度的物理量,具體含義如下:
電阻溫度系數表示溫度每變化1攝氏度時,電阻值的相對變化量。其單位為ppm/℃(即百萬分之一每攝氏度)。例如,某材料的TCR為100 ppm/℃,意味着溫度每升高1℃,電阻值增加原值的0.01%。
公式為: $$ alpha = frac{R - R_a}{R_a cdot (T - T_a)} times 10 quad (text{單位:ppm/℃}) $$ 其中,( R_a ) 為基準溫度 ( T_a ) 下的電阻值,( R ) 為溫度 ( T ) 時的電阻值。
紫銅的TCR為1/234.5℃,即約4260 ppm/℃,表明其電阻對溫度較敏感。實際應用中需根據材料特性選擇合適TCR的元件,以确保電路穩定性。
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