Desvio de temperatura em resistores e Op

Mesmo sob condições elétricas fixas (tensão de alimentação, entrada e carga), os circuitos eletrônicos não são perfeitamente estáveis, pois tendem a se desviar com o tempo e a temperatura. Esses desvios do comportamento ideal podem adicionar um erro considerável às medições de precisão. Para obter informações sobre o desvio de temperatura em eletrônica, este artigo analisa brevemente o comportamento de temperatura de resistores e amplificadores. Também discutiremos que o efeito do ruído de cintilação pode não ser facilmente distinguível de um desvio induzido pela temperatura na saída. Por fim, discutiremos que o desvio pode limitar a eficácia da técnica de média de sinal que é comumente usada para aumentar a precisão de medições repetíveis.

Sendo talvez o tipo mais simples de componente eletrônico, os resistores podem ser negligenciados como fontes de erro em circuitos de alto desempenho. No entanto, o valor de um resistor não é constante e muda com a temperatura e o tempo. Por exemplo, se o coeficiente de temperatura de um resistor for ±50 ppm/°C e a temperatura ambiente for 100 °C acima da temperatura de referência (a temperatura ambiente), o valor do resistor pode mudar em ±0,5%.

Felizmente, em muitas aplicações, a precisão do circuito é determinada pela proporção de dois ou mais resistores, em vez do valor absoluto de um único resistor. Nesses casos, uma rede de resistores casados, como o LT5400, pode ser usada. Os resistores formam uma rede de substrato comum e exibem um comportamento de temperatura bem combinado. A Figura 1 compara o comportamento da temperatura de um único resistor discreto com o de uma rede de resistores combinados.

Nesta figura, as linhas laranja especificam os limites para a mudança no valor de um único resistor de ±50 ppm/°C conforme a temperatura muda em qualquer direção a partir da temperatura de referência (20°C). As curvas vermelhas correspondem a quatro resistores de uma rede de resistores correspondentes que exibem um comportamento de temperatura semelhante. Os coeficientes de temperatura (TC) dos resistores combinados rastreiam um ao outro, normalmente dentro de 2 a 10 ppm/°C. Resistores com comportamento de temperatura bem combinado podem ser um requisito fundamental em certas aplicações de precisão, como detecção de corrente resistiva.

Deve-se notar que, mesmo com valores de TC idênticos, os resistores em um circuito podem gerar um desvio dependente da temperatura. Abaixo você pode ver um exemplo na Figura 2.

Na figura acima, os dois resistores têm TCs idênticos (+25 ppm/°C); no entanto, a tensão nos resistores e, consequentemente, a potência dissipada pelos dois resistores é muito diferente. A tensão em R2 = 100 Ω é 0,1 V, o que leva a uma dissipação de energia de 0,1 mW. No entanto, a tensão em R1 é 9,9 V; assim, 9,9 mW são dissipados através desse resistor. Supondo que a resistência térmica de ambos os resistores seja de 125 °C/W, a temperatura de R1 e R2 aumentará, respectivamente, 1,24 °C e 0,0125 °C acima da temperatura ambiente. Esse efeito de autoaquecimento desigual faz com que os dois resistores se desviem em quantidades diferentes.

A Figura 3(a) mostra outro exemplo em que TCs idênticos não podem necessariamente resolver o problema do desvio de temperatura.

Na figura acima, se o projeto incorporar resistores desiguais (R1 ≠ R2) com TCs idênticos, o autoaquecimento dos resistores pode gerar um desvio induzido pela temperatura, conforme discutimos acima. No entanto, um gradiente de temperatura adicional pode ser causado pelo regulador de tensão. Este gradiente de temperatura gera desvios de temperatura desiguais nos resistores, mesmo que a resistência e TC dos dois resistores sejam iguais (R1 = R2 e TC1 = TC2).

Uma matriz de resistores pode ser usada para evitar o problema de desvio dos exemplos acima (Figura 3(b)). Com uma rede de resistores implementada em um único substrato, os dois resistores são acoplados termicamente e experimentam a mesma temperatura ambiente.

Com um resistor simples sendo suscetível à temperatura e ao envelhecimento, não é surpreendente que os parâmetros de outros circuitos mais complexos também variem com a temperatura e o tempo. Por exemplo, a tensão de deslocamento de entrada de um amplificador muda com a temperatura e o tempo. Isso pode produzir um erro variável no tempo, limitando o sinal CC mínimo que pode ser medido. O desvio de deslocamento para um amplificador operacional de precisão de uso geral típico pode estar na faixa de 1 a 10 μV/°C.