저항기 및 Op의 온도 드리프트

고정된 전기 조건(공급 전압, 입력 및 부하)에서도 전자 회로는 시간과 온도에 따라 표류하는 경향이 있으므로 완벽하게 안정적이지 않습니다. 이상적인 동작과의 이러한 편차는 정밀 측정에 상당한 오류를 추가할 수 있습니다. 전자 장치의 온도 드리프트에 대한 통찰력을 얻기 위해 이 기사에서는 저항기와 증폭기의 온도 동작을 간략하게 살펴봅니다. 또한 플리커 잡음의 효과가 온도로 인한 출력 드리프트와 쉽게 구별되지 않을 수도 있다는 점도 논의하겠습니다. 마지막으로, 드리프트가 반복 가능한 측정의 정확도를 높이기 위해 일반적으로 사용되는 신호 평균화 기술의 효율성을 제한할 수 있다는 점에 대해 논의하겠습니다.

아마도 가장 간단한 유형의 전자 부품인 저항기는 고성능 회로에서 오류 원인으로 간과될 수 있습니다. 그러나 저항의 값은 일정하지 않으며 온도와 시간에 따라 변합니다. 예를 들어, 저항기의 온도 계수가 ±50ppm/°C이고 주변 온도가 기준 온도(실온)보다 100°C 높아지면 저항기의 값은 ±0.5%만큼 변경될 수 있습니다.

다행스럽게도 많은 응용 분야에서 회로 정확도는 단일 저항기의 절대값이 아닌 두 개 이상의 저항기 비율에 따라 결정됩니다. 이러한 경우에는 LT5400과 같은 정합 저항기 네트워크를 사용할 수 있습니다. 저항기는 공통 기판 네트워크를 형성하고 잘 일치하는 온도 동작을 나타냅니다. 그림 1은 단일 개별 저항기의 온도 동작을 일치하는 저항기 네트워크의 온도 동작과 비교합니다.

이 그림에서 주황색 선은 기준 온도(20°C)에서 어느 방향으로든 온도가 변할 때 단일 ±50ppm/°C 저항기 값의 변화에 ​​대한 한계를 지정합니다. 빨간색 곡선은 유사한 온도 동작을 보이는 일치하는 저항기 네트워크의 4개 저항기에 해당합니다. 일치하는 저항기의 온도 계수(TC)는 일반적으로 2~10ppm/°C 범위 내에서 서로 추적합니다. 온도 동작이 잘 일치하는 저항기는 저항성 전류 감지와 같은 특정 정밀 응용 분야에서 기본 요구 사항이 될 수 있습니다.

TC 값이 동일하더라도 회로의 저항기는 온도에 따른 드리프트를 생성할 수 있다는 점에 유의해야 합니다. 아래 그림 2의 예를 볼 수 있습니다.

위 그림에서 두 저항기는 동일한 TC(+25ppm/°C)를 갖습니다. 그러나 저항기 양단의 전압과 결과적으로 두 저항기에 의해 소비되는 전력은 매우 다릅니다. R2 = 100Ω 양단의 전압은 0.1V이므로 전력 손실은 0.1mW입니다. 그러나 R1 양단의 전압은 9.9V입니다. 따라서 이 저항기를 통해 9.9mW가 손실됩니다. 두 저항기의 열 저항이 125°C/W라고 가정하면 R1과 R2의 온도는 각각 주변 온도보다 1.24°C와 0.0125°C씩 상승합니다. 이러한 불평등한 자체 발열 효과로 인해 두 저항기가 서로 다른 양만큼 표류하게 됩니다.

그림 3(a)는 동일한 TC가 반드시 온도 드리프트 문제를 해결할 수 없는 또 다른 예를 보여줍니다.

위 그림에서 설계에 동일한 TC를 갖는 동일하지 않은 저항기(R1 ≠ R2)가 포함된 경우 위에서 설명한 것처럼 저항기의 자체 발열로 인해 온도로 인한 드리프트가 발생할 수 있습니다. 그러나 전압 조정기로 인해 추가적인 온도 변화가 발생할 수 있습니다. 이 온도 구배는 두 저항기의 저항과 TC가 동일하더라도(R1 = R2 및 TC1 = TC2) 저항기에서 동일하지 않은 온도 드리프트를 생성합니다.

위 예의 드리프트 문제를 피하기 위해 저항 어레이를 사용할 수 있습니다(그림 3(b)). 단일 기판에 저항기 네트워크를 구현하면 두 저항기가 열적으로 결합되어 동일한 주변 온도를 경험하게 됩니다.

간단한 저항은 온도와 노후화에 취약하므로 다른 복잡한 회로의 매개변수도 온도와 시간에 따라 표류하는 것은 놀라운 일이 아닙니다. 예를 들어, 증폭기의 입력 오프셋 전압은 온도와 시간에 따라 변합니다. 이로 인해 시간에 따라 변하는 오류가 발생하여 측정할 수 있는 최소 DC 신호가 제한될 수 있습니다. 일반적인 범용 정밀 연산 증폭기의 오프셋 드리프트 범위는 1~10μV/°C일 수 있습니다.