Blog
Comment tester une résistance
Les résistances sont parmi les composants les plus courants dans les circuits électroniques, mais elles sont souvent négligées lors du dépannage. Une résistance qui semble correcte dans un schéma ou une simulation peut se comporter différemment dans des conditions réelles en raison de la chaleur, de l'humidité, du vieillissement ou des contraintes électriques.
Savoir tester une résistance est une compétence de base mais essentielle pour les ingénieurs, les techniciens et les professionnels de l'électronique. Que vous développiez un produit, diagnostiquiez un problème de circuit ou effectuiez des contrôles de production, des tests précis aident à prévenir les diagnostics erronés et le remplacement inutile de composants.
Ce guide explique comment tester une résistance en utilisant des méthodes basiques et plus avancées. En plus des mesures de résistance standard, il aborde également les facteurs du monde réel qui peuvent affecter les performances, vous aidant ainsi à prendre des décisions plus précises dans des applications pratiques.
Comprendre le test de résistances
Avant de tester une résistance, il est utile de comprendre quel type de problème vous essayez de diagnostiquer. Les différents modes de défaillance nécessitent des méthodes de test différentes, et l'utilisation de l'approche incorrecte peut facilement conduire à des conclusions erronées.
Il y a quatre problèmes courants à vérifier.
- La première est la dérive de résistance. Cela se produit lorsque la valeur réelle de la résistance sort de la plage de tolérance spécifiée dans la fiche technique.
- Le second est une ouverture ou un court-circuit intermittent. Cela indique généralement un dommage physique, une fissuration, de faibles connexions internes ou un contact instable au sein du corps de la résistance ou de ses terminaisons.
- Le troisième est le coefficient de tension de la résistance (VCR). Dans ce cas, la résistance varie légèrement à mesure que la tension appliquée change. Cet effet est particulièrement important dans les circuits de précision et analogiques.
- La quatrième est la variation de résistance liée à la température. La valeur d'une résistance varie naturellement avec la température, mais une variation excessive peut indiquer un coefficient de température inadapté, une sélection de composant inadéquate ou un problème de fiabilité sous-jacent.
Chacune de ces conditions exige une méthode de test différente. Si elles sont traitées comme le même problème, une résistance peut sembler normale lors d'une mesure de base, tandis que le défaut réel passera inaperçu.
Mesure de la résistance avec un multimètre
Pour de nombreux contrôles de résistances standard, cette méthode est simple, rapide et suffisamment précise pour un usage pratique.
Dans une mesure de résistance basique, le multimètre applique un faible courant de test et mesure la chute de tension résultante à travers la résistance. Il calcule ensuite la résistance en utilisant la loi d'Ohm. Pour la plupart des résistances dont la valeur est supérieure à environ 100 ohms, une mesure standard à deux fils est généralement suffisante.
Cependant, les mesures de faible résistance (inférieure à 10 ohms) sont plus difficiles car la résistance des câbles de test (0,05 ohm et 0,5 ohm par câble) peut introduire une erreur significative. Par exemple, si une résistance shunt de 0,3 ohm est mesurée avec une résistance de câble de 0,2 ohm, le multimètre peut afficher 0,5 ohm, ce qui représente une erreur majeure.
Pour cette raison, les résistances de faible valeur sont souvent mesurées à l'aide d'une méthode à quatre fils, également appelée mesure Kelvin. Dans cette configuration, une paire de fils transporte le courant de test, tandis qu'une seconde paire mesure la tension directement aux bornes de la résistance. Étant donné que les fils de mesure de tension ne transportent pratiquement aucun courant, la résistance des fils a très peu d'effet sur la lecture finale. Cette méthode est couramment utilisée dans les ohmmètres milliohmiques, les ponts LCR et les multimètres numériques de haute précision.
Prenons l'exemple du multimètre Agilent 34401A. Il présente une précision de mesure de la résistance de ±0,0031 TP3T + 0,0011 TP3T sur toute sa plage de 100 Ω. Cette précision est suffisante pour la plupart des travaux de précision.
Un point important est que la mesure de la résistance dans un circuit est souvent peu fiable. D'autres composants du circuit peuvent créer des chemins de courant parallèles, ce qui amène généralement la résistance mesurée à paraître inférieure à la valeur réelle de la résistance. Pour obtenir le résultat le plus précis, la résistance doit être isolée du circuit avant le test. En pratique, cela signifie généralement déconnecter une patte ou dessouder complètement le composant si nécessaire.
Test d'une résistance en circuit
Un point important est que la mesure de la résistance dans un circuit est souvent peu fiable. D'autres composants du circuit peuvent créer des chemins de courant parallèles, ce qui fait généralement paraître la résistance mesurée plus faible que la valeur réelle de la résistance.
Cependant, dans de nombreuses situations du monde réel, une résistance ne peut pas être mesurée de manière totalement isolée.
Si une résistance est connectée en parallèle avec un condensateur dans un circuit non alimenté, le courant de test du multimètre peut commencer à charger le condensateur. Cela peut entraîner une modification de la valeur affichée pendant une courte période avant qu'elle ne se stabilise. Pour réduire cet effet, déchargez le condensateur en toute sécurité avant le test et attendez que la lecture se stabilise.
Les dispositifs à semi-conducteurs peuvent introduire une autre source d'erreur. Les diodes, les jonctions de transistors et d'autres jonctions PN peuvent conduire pendant la mesure et fausser le résultat du test. Dans ces cas, certains multimètres ont une option pour régler la tension de test en dessous de la tension de jonction.
Même avec une bonne technique, les mesures de résistance en circuit doivent généralement être considérées comme des lectures approximatives plutôt que comme des valeurs entièrement vérifiées. Lorsque la précision est importante, la meilleure pratique consiste toujours à soulever une patte ou à retirer complètement la résistance du circuit.
Test du coefficient de température (TCR)
Le CTE, ou coefficient de température de la résistance, est généralement exprimé en parties par million par degré Celsius (ppm/°C). Il décrit l'ampleur de la variation de la valeur d'une résistance en fonction de la variation de température.
Par exemple, une résistance à couche métallique standard peut avoir un TCR d'environ ±100 ppm/°C, tandis que des résistances de plus haute précision peuvent être évaluées à ±25 ppm/°C ou moins. Certaines résistances bobinées peuvent offrir des valeurs de TCR encore plus faibles, selon leur construction et leur application prévue.
Pour vérifier le TCR, vous avez besoin d'un banc d'essai contrôlé. Les équipements typiques peuvent inclure :
- Une chambre de température de banc
- une plaque chauffante avec un thermocouple ou une sonde de température
- une configuration de mesure à quatre fils pour des relevés de résistance précis
La procédure de base consiste d'abord à mesurer la résistance à une température de référence, généralement 25°C. Ensuite, augmenter la température à un point plus élevé, tel que 85°C, laisser la résistance se stabiliser, puis mesurer à nouveau la résistance.
Le TCR peut être calculé à l'aide de la formule suivante :
TCR (ppm/°C) = [(R₂ − R₁) / R₁] × [1 / (T₂ − T₁)] × 10⁶
Par exemple, supposons qu'une résistance de 10 kΩ mesure 10 000 Ω à 25°C et 10 062 Ω à 85°C. Dans ce cas, le TCR calculé est d'environ +103 ppm/°C, ce qui est proche de la plage attendue pour une résistance standard de ±100 ppm/°C.
Si la TCR mesurée est nettement plus élevée que prévu, cela peut indiquer des problèmes tels qu'une dégradation thermique, une contrainte mécanique, un vieillissement ou des problèmes de qualité des composants. Dans certains cas, la résistance peut également présenter un comportement instable ou non linéaire en fonction de la température, ce qui suggère que le composant ne fonctionne plus normalement.
Vérification du coefficient de tension (VCR)
Certaines résistances voient leur valeur changer légèrement lorsqu'une tension leur est appliquée. Cet effet est appelé le coefficient de tension de la résistance (VCR), et il est distinct du changement de résistance lié à la température.
Le coefficient de tension (VCR) est généralement exprimé en ppm/V. En général, les résistances à film épais ont tendance à présenter un coefficient de tension plus marqué, tandis que les résistances à film mince, à film métallique et bobinées obtiennent généralement de meilleurs résultats dans ce domaine.
Par exemple, supposons qu'une résistance de 10 MΩ présente un VCR de -100 ppm/V et fonctionne sous une tension de 200 V. Dans ce cas, la variation de résistance serait d'environ -20 000 ppm, soit -2%, par rapport à sa valeur à basse tension. Dans un circuit de précision, un tel niveau de variation pourrait s'avérer inacceptable.
Pour tester le VCR, la résistance est d'abord mesurée à une basse tension, puis mesurée à nouveau à des tensions appliquées plus élevées tout en surveillant précisément la tension et le courant. La résistance à chaque étape est calculée et comparée. Si la résistance change systématiquement lorsque la tension augmente, le composant présente un coefficient de tension mesurable qui peut affecter les performances du circuit.
Test du bruit de résistance
Dans les applications de précision, le bruit des résistances peut également être important. Ceci est particulièrement vrai dans les amplificateurs à faible bruit, les étages d'entrée de capteurs, les circuits d'instrumentation et d'autres conceptions analogiques sensibles. Dans les circuits à usage plus général, le bruit des résistances n'est généralement pas une préoccupation majeure.
Un type de bruit de résistance est le bruit thermique, également appelé bruit de Johnson. Il peut être estimé par la formule suivante :
Vn = √(4kTRB)
Où :
- k est la constante de Boltzmann
- T est la température absolue en Kelvin
- R représente la résistance en ohms
- B est la bande passante en Hertz
À température ambiante, une résistance de 10 kΩ sur une bande passante de 10 kHz produit environ 1,3 µV RMS de bruit thermique. Étant donné qu'il s'agit d'un effet physique fondamental, il ne peut être réduit qu'en abaissant la résistance, la température ou la bande passante de mesure.
Un autre type est le bruit excessif, souvent appelé bruit de courant ou bruit 1/f. Contrairement au bruit thermique, celui-ci dépend fortement du matériau et de la construction de la résistance. Les résistances à film métallique et bobinées ont généralement un bruit excessif très faible (généralement inférieur à -30 dB), tandis que les résistances à composition carbone et certaines résistances à couche épaisse ont tendance à être plus bruyantes (généralement -10 dB ou plus).
Le test du bruit excessif nécessite généralement un amplificateur à faible bruit, un analyseur de spectre ou un système de mesure équivalent, ainsi qu'un courant de polarisation DC stable. La résistance est polarisée à un courant fixe, et le bruit est observé sur une gamme de fréquences définie, telle que 10 Hz à 10 kHz.
Ce type de test est principalement utilisé dans les applications de précision, aérospatiales et analogiques à faible bruit. Pour l'inspection standard des résistances à réception, il est généralement inutile.
Analyse des modes de défaillance
La vérification d'un seul paramètre n'est pas toujours suffisante, surtout lorsque les résistances sont évaluées en masse pour une utilisation en production. Un processus de dépistage plus large permet d'identifier les composants qui semblent acceptables dans des conditions normales mais qui pourraient devenir instables sous des contraintes thermiques ou environnementales.
Un processus de criblage typique commence par une mesure de résistance à température ambiante. Pour les résistances de faible valeur, une méthode à quatre fils est recommandée pour améliorer la précision. La valeur mesurée doit être comparée à la résistance nominale et enregistrée à titre de référence.
Les pièces peuvent ensuite être exposées à une température élevée, par exemple 125 °C, pendant une courte période, par exemple 30 minutes. Pendant ou après l'exposition, la résistance est mesurée à nouveau et comparée à la valeur d'origine. Toute dérive significative peut indiquer que la pièce n'est pas adaptée à un service fiable.
Il est également possible d'évaluer la sensibilité à l'humidité. Une méthode courante consiste à exposer la résistance à une température de 85 °C et à une humidité relative de 85% pendant 48 à 72 heures, puis à effectuer une nouvelle mesure de résistance. Si la résistance absorbe de l'humidité ou si son revêtement protecteur est défaillant, la résistance peut varier au-delà de la plage attendue.
Les méthodes de criblage comme celles-ci sont utiles pour identifier les pièces présentant des problèmes de fiabilité cachés avant leur assemblage dans le produit final.
Pensées finales
Un test approprié de résistance ne consiste pas seulement à confirmer un nombre sur un appareil de mesure. Il s'agit de comprendre comment une résistance se comporte dans des conditions de fonctionnement réelles, y compris la température, l'humidité, les contraintes de tension et l'utilisation à long terme. Une résistance qui semble acceptable lors d'une mesure de base peut néanmoins créer des problèmes de fiabilité dans un produit réel si ces facteurs sont ignorés.
À PCBCool, le contrôle qualité commence bien avant le début de l'assemblage des PCB. Dans le cadre de notre processus de fabrication, nous effectuons une inspection des matériaux entrants afin de vérifier la qualité des composants avant la production. Nous fournissons également Services d'approvisionnement en composants et peut acheter des pièces selon les marques spécifiées par le client si nécessaire. Combiné à notre Fabrication de circuits imprimés et Services d'assemblage de PCB, ceci aide les clients à réduire le risque d'approvisionnement, à améliorer la cohérence et à construire des produits électroniques plus fiables.
Foire Aux Questions (FAQ)
A : Pas toujours. Cela dépend du fabricant, du projet spécifique et des exigences du client. Pour les projets nécessitant une fiabilité accrue, tels que l'électronique médicale et automobile, le contrôle optique automatisé (AOI) est généralement effectué sur chaque carte.
Oui. Pour les projets ayant des exigences de qualité particulières, PCBCool peut suivre les priorités d'inspection, les critères d'acceptation, les plages de tolérance ou les exigences spécifiques de contrôle des défauts définis par le client.
Abraash Vnest travaille sur des projets électroniques liés à la défense, avec un accent sur le développement de schémas, le dépannage de circuits, les tests et la documentation technique. Il développe également des firmwares STM32 et met en œuvre des protocoles de communication industriels tels que CAN.
