No entanto, em circuitos eletrónicos de alta tensão (AT) ou que utilizem valores de resistência elevados, a variabilidade do valor resistivo em relação à tensão aplicada pode tornar-se um problema significativo. Tais circuitos são comuns em fontes de alimentação comutada de alta tensão, amplificadores de transimpedância (TIAs), sistemas de iluminação LED de alta intensidade e equipamentos de comunicação por ondas de pulso. Os projetistas destes circuitos analógicos e de potência necessitam de compreender as causas, os efeitos e as técnicas de mitigação da variabilidade da resistência (VCR).
Este artigo fornece uma visão geral do fenómeno da VCR e do seu impacto nos projetos de circuitos eletrónicos. De seguida, são apresentados exemplos de resistências de baixo VCR da Stackpole Electronics, ilustrando como selecionar e aplicar estes componentes passivos para minimizar o efeito da VCR e, assim, garantir a estabilidade, a linearidade e a fiabilidade do funcionamento em circuitos de precisão críticos.
O que é o VCR?
A VCR de um resistor é definida como a variação do seu valor óhmico em função da tensão elétrica aplicada. É expressa em partes por milhão por volt (ppm/V) e é calculada através da seguinte equação:

Em que:
R₁ é a resistência medida (em ohms, Ω) a uma tensão de referência V₁.
R₂ é a resistência medida a uma tensão de ensaio V₂.
Um VCR positivo indica que a resistência aumenta com a tensão aplicada, enquanto um VCR negativo indica uma diminuição.
Os resistores de chip de alta tensão (resistências SMD de alta tensão) com VCR típicos de 200 ppm/V a 300 ppm/V podem apresentar uma variação de 20% a 30% no valor da resistência com uma variação de 1.000 V na tensão CC aplicada. Em contraste, um resistor com um VCR de 25 a 50 ppm/V reduz esta variação para 2,5–5%.
O método padrão para medir o VCR segue a norma MIL-STD-202G, método 309, que define procedimentos de ensaio uniformes para componentes eletrónicos passivos, especificando uma tensão de ensaio igual à tensão máxima de trabalho (Vworking) e uma tensão de referência equivalente a 10% de Vworking.

Como minimizar a VCR:
A minimização da VCR depende tanto do design físico do resistor como dos materiais resistivos utilizados. Existe uma relação de compromisso entre o VCR e o TCR, dado que os materiais resistivos com baixo VCR (por exemplo, certas tintas de óxido metálico ou filmes espessos de ruténio) podem degradar a estabilidade térmica.
A geometria do circuito resistivo impresso, o tipo de substrato cerâmico (como alumina ou nitreto de alumínio) e o método de corte a laser influenciam diretamente o comportamento da VCR. O corte a laser, embora permita ajustes de tolerância até ±1%, pode gerar microfissuras e variações locais de impedância, aumentando a VCR (Figura 1).

Figura 1: Os efeitos físicos do ajuste a laser de resistências de chip de película espessa podem degradar o VCR. (Fonte da imagem: Stackpole Electronics Inc.)

Em geral, os encapsulamentos SMD de maiores dimensões (por exemplo, 2512 em vez de 1206) apresentam uma maior dissipação de calor e um VCR mais baixo.

Figura 2: Um TIA converte uma corrente de entrada numa tensão de saída proporcional ao valor da resistência de realimentação. (Fonte da imagem: Art Pini)

Aplicações de resistências com baixa relação tensão-comprimento (VCR):
Os resistores de chip com baixa VCR são utilizados em iluminação LED, instrumentação médica, equipamento audiovisual, sistemas de sensorização e comunicações de alta tensão ou corrente pulsada.
Um exemplo típico é o amplificador de transimpedância (TIA), que converte um sinal de corrente de entrada (IIN) numa tensão de saída (VOUT) proporcional à resistência de realimentação (Rf).
Em aplicações com fotodíodos, acelerómetros, tubos fotomultiplicadores (PMTs) ou sensores piezoelétricos, a linearidade do sistema depende da estabilidade resistiva sob tensão. Qualquer variação no valor de Rf devido ao VCR introduz modulação de ganho não linear, gerando distorção harmónica de segunda ordem e degradando a precisão da medição.
Outra aplicação comum é o divisor de tensão resistivo, utilizado para atenuar sinais de alta tensão ou alta frequência antes de os enviar para as fases de controlo, amostragem ou medição (Figura 3). Nestes casos, um VCR baixo impede que a taxa de atenuação varie com o nível de tensão, garantindo a precisão da medição e reduzindo os erros de linearidade.

Figura 3: Os resistores de baixo VCR são utilizados em circuitos divisores de tensão; reduzem o nível de tensão de um sinal e são normalmente utilizados para realimentar uma tensão elevada a um dispositivo com uma tensão de entrada nominal mais baixa. (Fonte da imagem: Art Pini)

Exemplos de resistências de alta tensão com baixo VCR:
série RVCU inclui resistências de chip de película espessa concebidas para suportar tensões de trabalho entre 800 V e 3000 V, com uma estabilidade de tensão excecional. Estão disponíveis com tolerâncias de 0,5% a 5%, em gamas de 75 kΩ a 30 MΩ, e apresentam VCR tão baixas como ±25 ppm/V (até 3 MΩ) ou ±50 ppm/V (até 30 MΩ).

Figura 4: São mostradas as dimensões mecânicas da série RVCU de resistências de chip para montagem em superfície. (Fonte da imagem: Stackpole Electronics Inc.)

Estes resistores cumprem a norma AEC-Q200 para aplicações automóveis e o teste de resistência ao enxofre ASTM-B-809.
Os encapsulamentos SMD standard 1206, 2010 e 2512 (3216, 5025 e 6332 métricos, respetivamente) permitem a integração direta em placas de circuito impresso (PCBs). A dissipação de potência varia de 0,33 W a 1 W, com tensões máximas de sobrecarga de 1.000 V a 4.000 V, dependendo do encapsulamento.

Conclusão:
Em circuitos eletrónicos de alta impedância, alta tensão ou que exijam elevada precisão, a seleção de resistências com baixa resistência de contacto (VCR) é essencial para garantir linearidade, estabilidade e precisão.
A série RVCU da Stackpole oferece componentes de montagem superficial (SMD) com VCR entre 25 e 50 ppm/V, ideais para instrumentação, controlo de potência, conversão analógico-digital e deteção de precisão, garantindo um desempenho fiável em aplicações até 3.000 volts.

Autor: Rolf Horn