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Widerstandsstabilität

Datenblatt ist nicht gleich Datenblatt

28. September 2020, 10:24 Uhr | Von Bryan Yarborough, Product Marketing Engineer, Vishay Dale Resistors

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Einfluss der Bauform auf den TCR

Shunt-Widerstände in Metal-Strip- oder Metal-Plate-Technologie sind Dickschicht-Widerständen im Hinblick auf den TCR weit überlegen. Das liegt daran, dass das Widerstandselement von niederohmigen Dickschichtwiderständen meistens aus Silber besteht und die Anschlüsse aus versilbertem Kupfer. Diese Materialien haben relativ hohe TCR-Werte (s. Bild 2).

Metal-Strip-Widerstandstechnologien haben einen Anschluss aus massivem Kupfer, der mit einer Legierung mit niedrigem TCR-Widerstand verschweißt ist, wodurch Werte bis hinunter zu 0,1 mΩ und niedrigem TCR erzielt werden. Allerdings hat der Kupferanschluss einen hohen TCR (3900 ppm/°C) verglichen mit der Widerstandslegierung (<20 ppm/°C), der bei niedrigeren Widerstandswerten einen größeren Anteil zum gesamten TCR beiträgt.

Durch den Kupferanschluss wird eine niederohmige Verbindung zur Widerstandslegierung hergestellt, die eine gleichmäßige Verteilung des Stromflusses zum Widerstandselement für eine genauere Strommessung ermöglicht. Bei den niedrigsten Widerstandswerten der gleichen Konstruktion gewinnt das Kupfer bei der TCR-Leistung an Bedeutung.

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Kelvin- vs. 2-Draht-Anschlüsse

Mit der Kelvin-Konstruktion (4 Terminals) werden zwei Vorteile geboten: verbesserte Wiederholbarkeit der Strommessung und TCR-Leistung. Ihre gekerbte Konstruktion reduziert die Menge an Kupfer im Stromkreis bei der Messung.

Doch warum reicht die Kerbe nicht bis zum Widerstandselement – wäre das im Hinblick auf den TCR nicht optimal? Das Kupfer ermöglicht eine niederohmige Verbindung zur Messung der Stromstärke. Eine bis zum Widerstandselement reichende Kerbe bewirkt, dass die Strommessung an einem nicht stromdurchflossenen Teil des Widerstandselements erfolgt, wodurch die gemessene Spannung ansteigt. Somit stellt die Kerbe einen Kompromiss zwischen Kupfer-TCR-Effekten und der Messgenauigkeit und Reproduzierbarkeit dar.

Kann ich mit einem 4-Draht-Anschlusspad-Design die gleichen Ergebnisse erzielen? Nein. Zwar verbessert das Design mit vier Anschlüssen die Reproduzierbarkeit der Messergebnisse, eliminiert aber nicht die Einflüsse des Kupfers auf die Messschaltung und ändert nichts am TCR.

Plattierte vs. geschweißte Bauform

Wenn die Anschlüsse aus einer dünnen Kupferschicht auf dem Widerstandselement bestehen, kann dies den TCR beeinflussen und die Reproduzierbarkeit der Messung mindern. Es ist möglich, die dünne Kupferschicht durch eine plattierte Konstruktion (dabei wird ein Kupferblech mit extrem hohem Druck mechanisch mit einer Widerstandslegierung verbunden) oder durch Galvanisierung herzustellen; typischerweise beträgt ihre Dicke nur wenige tausendstel Zoll, was die Kupfer-Einflüsse minimiert und einen verbesserten TCR erzielt. Nachteilig dabei ist, dass sich der Widerstandswert beim Einlöten in die Leiterplatte geringfügig verändert, weil die Kupferschicht durch das relativ hochohmige Widerstandselement keine gleichmäßige Verteilung des Stroms zulässt In einigen Fällen kann die auf der Platine montierte Widerstandsverschiebung viel größer sein als die Auswirkungen des TCR zwischen den zu vergleichenden Widerstandstypen.