Как меняется сопротивление резисторов?
Если вы разрабатываете, что-то очень точное или высокочастотное, то каждая мелочь начинает играть роль. Даже такие простые элементы как резисторы таят в себе подводные камни. Мы уже привыкли к тому, что конденсаторы меняют свою емкость при множестве условий. Мы привыкли, что индуктивность может меняться. А вот от резисторов часто ожидается вполне стабильное поведение.
Температура
Зависимость сопротивления от температуры сложно назвать "подводным камнем". Про это знают почти все, начиная с университета. А чтоб не забывали, значение Температурного Коэффициента Сопротивления (ТКС) указывается не только в описании резистора, но даже в фильтрах условного DigiKey.
Напряжение
Сопротивление идеального резистора не должно зависеть от напряжения, но у реального всё-таки зависит. Чем больше приложенное напряжение, чем сильнее воздействие электрического поля и тем меньше его сопротивление. Уровень влияния зависит от размера резистора, его конструкции, материала и технологии изготовления. Но степень этого влияния наименьшая из всех.
Частота
А вот тут уже начинается самое интересное.
Для начала нужно вспомнить, что эквивалентная схема резистора состоит, помимо самого сопротивления, еще из последовательной паразитной индуктивности и параллельной паразитной емкости.
Чем больше паразитная индуктивность, тем больше итоговое сопротивление резистора на высоких частотах.
Чем больше паразитная емкость, тем меньше итоговое сопротивление резистора на высоких частотах.
И мало того, что эти два паразитных элемента меняют свой импеданс под влиянием частоты, они еще очень сильно варьируются у разных типов резисторов.
Что влияет?
Основное влияние на частотозависимость резистора оказывают:
- Тип резистора (пленочный, выводной, карбоновый и т.д.)
- Грубо говоря, какой-нибудь проволочный резистор будет иметь высокую индуктивность из-за того что он представляет собой проволоку намотанную на керамику, в то время как у тонкопленочного эта индуктивность будет минимальной
- Его размер
- Чем меньше размер вывода резистора, тем меньше его индуктивность. У 0201 она в 20 раз меньше, чем у 0603
- Его номинальное сопротивление
- Если сопротивление очень маленькое, то при повышении частоты на него будет влиять индуктивность
- Если оно большое, то большую частоту начнет шунтировать емкость и сопротивление упадет
- Наиболее "резистивное" поведение показывают номиналы от 100R до 470R. Менее 100R при повышении частоты имеют индуктивное поведение, а более 470R - емкостное
- Конструкция резистора
- Производители идут на всякие конструктивные трюки, такие как триминг: делают в пленке резистора надрез специальной формы, чтобы уменьшить его индуктивность
Ниже хороший график, который показывает зависимость сопротивления от частоты у тех или иных разисторов. Там имеются как одинаковые типы, но с разным номиналом (1, 2 или 3, 6, 7, 10, 12), так и сравнение разных: carbon, metal glaze, chip thin, chip thick, MELF.
Если посмотреть внимательно несколько минут в этот график и подписи к резисторам, то становится понятно, что итоговый импеданс зависит от совокупности факторов, некоторые из которых могут как компенсировать друг друга, так и усугублять. А это значит, что для каждого случая нужен индивидуальный подход.
Производители тоже не сидят на месте и выпускают специальные High Frequence Resistors, но их цена на порядок выше, чем у обычных. Ну а что вы хотели, бесплатно ничего не бывает ;)
Источники
[1] Resistor Voltage and Frequency Dependence