Performanța și aplicarea rezistențelor de înaltă precizie

Dezvoltarea și utilizarea noilor tehnologii în industria rezistenței au dus la o reducere accentuată a mărimii rezistențelor. Noile cerințe de piață au determinat, de asemenea, producătorii de componente electronice să dezvolte produse cu performanțe și stabilitate mai bune. Pe măsură ce utilizarea diferitelor tipuri de rezistențe de precizie devine din ce în ce mai răspândită, performanța rezistențelor de precizie a devenit mai importantă. Principalii parametri ai rezistențelor de precizie includ coeficientul de temperatură (TCR), coeficientul de putere (PCR), stabilitate pe termen lung, capacitate anti-statică (ESD), forță electromotivă termică (EMF), zgomot etc.
Îmbunătățirea performanței generale a sistemului se realizează prin fiecare componentă sau subsistem electronic. Performanța generală este determinată de cea mai slabă legătură din sistemul de circuit. Fiecare componentă aduce unele limitări de performanță la sistemul general de circuit. În special, supraîncărcarea pe termen scurt, stabilitatea pe termen lung, răspunsul la frecvență și zgomotul. În industria de rezistențe discrete, există patru tehnologii populare de rezistență, rezistențe de sârmă, rezistențe groase de film, rezistențe de film subțiri și rezistențe de folie, oferind clienților soluții cu cerințe de performanță diferite și bugete diferite.
Tabelul 1 rezumă pe scurt avantajele și dezavantajele diferitelor tehnologii de rezistență, efecte termice, stres mecanic și caracteristici electrice.
Stresul, indiferent dacă este mecanic sau termic, provoacă modificări ale proprietăților electrice ale rezistențelor. Dacă rezistența schimbă forma, lungimea, configurația sau structura moleculară datorată stresului, proprietățile electrice ale rezistenței se vor schimba, de asemenea.
Când curentul curge prin elementul de rezistență, acesta generează auto-încălzire, iar modificările de temperatură fac ca materialul să se extindă sau să se contracteze mecanic. Elementul de rezistență ideal are capacitatea de a echilibra automat aceste fenomene. Sistemul de îmbunătățire a stabilității poate menține integritatea proprietăților fizice ale elementului de rezistență prin procesul de fabricație și poate elimina nevoia de a compensa auto-încălzirea și stresul în timpul utilizării rezistenței.
Vom compara caracteristicile diferitelor tehnologii de rezistență și vom discuta despre utilizarea fiecărui tip de rezistență în circuitele de precizie.
Rezistențe de folie
Aliajele speciale de rezistență la folie (nichel/crom și aditivi) sunt legate de o matrice ceramică specială cu rezistență controlată pentru a echilibra tensiunile cauzate de căldură și efortul mecanic. Modelul de cale a rezistenței este gravat cu laser în aliajul de rezistență la folie. Acest proces combină în mod unic caracteristicile importante ale derivării la temperaturi scăzute, stabilitatea pe termen lung, non-inductivă, insensibilă la electricitate statică, capacitate scăzută, stabilitate termică rapidă și zgomot scăzut într-o tehnologie cu un singur rezistență.
Aceste caracteristici aduc stabilitate și fiabilitate ridicată la sistemul de circuit. Nu este luat în considerare niciun compromis între precizia rezistenței, stabilitatea și viteza de răspuns. Pentru a obține valori precise de rezistență, folia metalică din folie metalică în vrac este echilibrată și elimină selectiv benzile de scurtcircuire interne. Atunci când se ocupă de cerințe de rezistență ridicată, zona este redusă selectiv în creșteri de rezistență cunoscute pentru a crește valoarea de rezistență în pași mici.
Coeficientul de temperatură standard ± 1 ppm/ grad 0 grad la gradul + 60 ({0. 05 ppm/ grad z-folie), obținut din aliajul de rezistență la folie și din matricea echilibrată cu stres termic și mecanic cu care este combinat cu (tabelul 1).

Proiectarea căii de rezistență paralelă în planul de folie metalică reduce inductanța, cu o inductanță maximă de {{0}}. 08 μH. Capacitatea maximă este de 0,5 pf. Timpul de răspuns al unei rezistențe 1- kω este mai mic de 1 ns până la 100 MHz. Timpul de creștere este determinat de valoarea rezistenței, dar valorile mai mari sau mai mici sunt doar puțin mai lente decât valorile intermediare. Niciun sunet nu este deosebit de important în circuitele de comutare de mare viteză, cum ar fi convertoarele de semnal.
Rezistența DC a unei folii metalice 1-} kω poate fi comparată cu rezistența la curent alternativ la 100 MHz folosind următoarea formulă:
Resistance/rezistență la curent continuu=1. 001
Tehnologiile de rezistență la folie produce rezistențe cu specificații speciale care anterior nu erau disponibile și de dorit. Acestea includ deriva de temperatură de {{0}}. 2 ppm/ grad, precizie la fel de scăzută ca ± 0. 001 %, 1000- o oră de încărcare a vieții de ± 0,005 % (50 ppm) și rezistență statică de cel puțin 25 kV.
Cât de bun trebuie să fie un produs bun?
Desigur, nu toate proiectele de ingineri de circuit necesită performanțe generale. În multe aplicații, rezistențele cu performanțe mai mici vor fi suficiente, astfel încât răspunsurile se încadrează în patru categorii.
1. Rezistențele din folie de metal pot îmbunătăți performanța generală a unui dispozitiv.
2. Unul sau mai multe rezistențe de folie metalică pot obține cele mai bune performanțe ale unui dispozitiv.
3. Rezistențele din folie de metal pot îmbunătăți dezvoltarea tehnologiei circuitului și pot îmbunătăți multe proprietăți favorabile ale rezistențelor de precizie.
4. Planificați clar să utilizați rezistențe de precizie pentru considerente pe termen lung (de exemplu: rezistențele din folie de metal sunt mai rentabile decât adăugarea de dispozitive costisitoare pentru a îmbunătăți ușor performanța circuitului pentru a menține precizia circuitului).
În a doua categorie, de exemplu, un singur parametru trebuie cântărit față de economia generală de proiectare. Utilizarea unui rezistor de performanță mai mare poate economisi costuri, deoarece circuitul de compensare poate fi redus (iar costul componentelor conexe și instalarea acestora este economisită). Îmbunătățirea preciziei rezistenței este mai rentabilă decât îmbunătățirea dispozitivului, deoarece îmbunătățirea dispozitivului pentru a îmbunătăți unele performanțe este mai scumpă decât rezistențele de precizie.
Rezistențe de tăiere de precizie
Rezistențele cu sârmă sunt, în general, împărțite în rezistențe de sârmă de putere și rezistențe de picătură de precizie. Rezistențele de putere de putere se vor schimba foarte mult în timpul utilizării și nu pot fi utilizate în aplicații care necesită performanță de precizie a rezistențelor. Prin urmare, nu vom discuta despre rezistențele de sârmă de putere.
În timpul procesului de fabricație a rezistențelor cu sârmă, suprafața interioară a firului de rezistență (partea apropiată de scheletul izolant) este stoarsă, iar suprafața sa exterioară este supusă tensiunii. Are loc deformarea permanentă.
Deformarea cauzată de acest proces și în timpul recoacerii ulterioare a firului este artificială, spre deosebire de deformarea elastică sau reversibilă. Deformarea mecanică permanentă imprevizibilă provoacă modificări aleatorii ale proprietăților electrice și rezistența firului. Rezultatul este o gamă largă de parametri de performanță.
Rezistențele cu sârmă sunt făcute din sârmă pe un schelet izolant. Firurile cu diametre și lungimi diferite oferă rezistență și caracteristici previzibile. Rezistențele cu sârmă de precizie au proprietăți antistatice mai bune și zgomot mai mic decât rezistența la film subțire și cu peliculă groasă. Rezistențele de sârmă au, de asemenea, o derivă mai scăzută a temperaturii și o stabilitate mai bună.
Rezistențele Wirewound pot avea o precizie inițială de ± 0. 005 %. Temperatura derivă poate fi de până la 3 ppm/ grad tipic; Dar pentru rezistențe cu rezistență scăzută, este în general 15 ppm/ grad până la 25 ppm/ grad. Zgomotul termic este scăzut, iar temperatura de urmărire în afara intervalului de temperatură de funcționare poate ajunge, de asemenea, la ± 2 ppm/ grad. Ar trebui să fie clar că rezistențele cu sârmă nu au produse de ambalare SMD (SMD nu este modelat, iar unele rezistențe de montare a suprafeței turnate nu sunt rezistente SMD), astfel încât rezistențele de sârmă nu pot fi utilizate în situațiile în care greutatea și volumul rezistenței sunt necesare.
Cu toate acestea, datorită structurii de înfășurare a rezistențelor de sârmă, rezistențele cu sârmă sunt inductive, iar înfășurările similare produc capacitate. Tehnologia specială de înfășurare poate fi utilizată pentru a reduce inductanța pentru a îmbunătăți timpul de răspuns în timpul utilizării rezistenței. Datorită designului inductiv și capacitiv inerent, rezistențele de sârmă nu au caracteristici bune de înaltă frecvență. În special în aplicațiile de peste 50kHz. Datorită inductanței și a factorilor de preț, rezistențele de sârmă de precizie sunt în prezent pe punctul de a fi eliminate.
Rezistenți subțiri de film
Rezistențele de peliculă subțire sunt realizate prin evaporarea unui material de film cu o anumită rezistivitate de 50 până la 250 angstromi groși pe un substrat ceramic folosind o metodă similară cu evaporarea [1 angstrom (a)=10 nanometre]. Rezistențele de peliculă subțire pot produce valori de rezistență mai mari într -o zonă dată decât rezistențele de sârmă și rezistențele de folie și sunt mai ieftine. Acest lucru face ca rezistențele de film subțiri să fie o alegere mai economică în aplicațiile în care sunt necesare rezistențe de înaltă calitate cu precizie medie și sunt luate în considerare eficiența spațială.
Rezistențele de film subțire sunt sensibile la temperatură. Grosimea corespunzătoare a filmului poate fi selectată pentru a produce o varietate de valori de rezistență, dar o peliculă specifică poate produce rezistențe doar cu un anumit interval de rezistență. Prin urmare, filmele cu diferite grosimi sunt utilizate pentru a produce rezistențe cu diferite intervale de rezistență.
Stabilitatea filmului este afectată de creșterea temperaturii. Procesul de schimbare a stabilității îmbătrânirii filmului depinde de grosimea filmului pentru a atinge valoarea de rezistență specificată, astfel încât intervalul de rezistență se schimbă constant. Îmbătrânirea chimică/mecanică include, de asemenea, oxidarea aliajului de rezistență cauzat de creșterea temperaturii.
Deriva de temperatură a filmului cu o grosime adecvată poate avea, de asemenea, un efect advers asupra valorii de rezistență. Rezistențele de film subțire de înaltă rezistență au o rată de deteriorare mai mare. Deoarece filmul este mai subțire, cu atât este mai sensibil la oxidare. Deoarece rezistențele de film subțire sunt foarte subțiri, acestea sunt ușor afectate de electricitatea statică.
În plus, deoarece partea elementului metalic este foarte mică, rezistențele de film subțiri sunt, de asemenea, foarte sensibile la coroziune cauzată de umiditate. Când vaporii de apă trec prin pachetul de rezistență, acesta aduce impurități și dezvoltă coroziune chimică, ceea ce face ca filmul de rezistență să eșueze în câteva ore de la aplicarea unei sarcini de joasă tensiune DC.
Prin depunerea pe termen lung a filmului cu mai multe straturi, ajustarea rezistenței la mare precizie și post-ecranie, cele mai bune rezistențe de film subțiri de precizie pot obține, de asemenea, o derivă de temperatură de ± 2ppm/ grad și o precizie de ± {0. 01%, precum și o stabilitate pe termen lung. Cu toate acestea, puterea nu este ridicată, partea de rezistență scăzută are performanțe slabe, nu este anti-statică, coeficientul de putere este slab, este dificil să îndeplinești alimentarea cu loturi mici, iar consistența diferitelor loturi nu este bună.
Rezistențe groase de film
În discuția anterioară, am explicat că rezistențele de sârmă nu pot fi utilizate în aplicațiile de cipuri din cauza mărimii, ambalajului și greutății. În aplicații mai puțin precise decât rezistențele de sârmă, rezistențele groase de film sunt mai frecvent utilizate, deoarece rezistențele de film gros au valori de rezistență mai densă (rezistență ridicată/dimensiuni mici) și sunt mai ieftine.
Rezistențele groase de film au un răspuns mai rapid la frecvență, similar cu rezistențele de film subțiri și rezistențele de folie, dar printre diverse tehnologii de rezistență, rezistențele groase de film sunt cele mai zgomotoase. Atunci când sunt utilizate în aplicații mai puțin precise, se vor discuta rezistențe groase de film și utilizate pe scară largă în diferite tipuri de circuite, inclusiv părți mai puțin precise ale circuitelor de înaltă precizie.
Filmul gros Aceste puncte de contact formează întreaga rezistență. Cu toate acestea, aceste particule sunt blocate de stresul termic în timpul utilizării rezistenței. Deoarece au multe căi paralele, calea de rezistență nu va fi ruptă. Cu toate acestea, valoarea de rezistență va crește în timp și pe măsură ce temperatura crește. Prin urmare, rezistențele groase de film nu sunt la fel de stabile ca și alte tehnologii de rezistență.
Structura particulelor înseamnă, de asemenea, că rezistențele groase de film au un coeficient de zgomot ridicat, deoarece mișcarea de agregare și eliberare a electronilor de rezistență prin această structură generează zgomot relativ mare. Pentru o rezistență de mărime dată, cu atât valoarea de rezistență este mai mare și cu cât conținutul de metal este mai mic, cu atât este mai mare zgomotul și cu atât este mai puțin stabil. Structura de sticlă a rezistențelor de film groase formează un strat de protecție asemănător sticlei pentru a proteja rezistența în timpul procesării, ceea ce face, de asemenea, rezistențele de film groase mai rezistente la umiditate decât rezistențele de film subțiri.
Prin îmbunătățirea continuă a pastelor de rezistență la film gros, cea mai precisă tehnologie de rezistență de film gros a reușit să obțină o derivă de temperatură de ± 5 ppm/ grad și chiar prin utilizarea multiplelor cipuri de rezistență la film gros care se pot compensa unul pentru celălalt, poate ajunge în cele din urmă la o derivă de temperatură de ± 2ppm/ grad. Cea mai mare precizie a acesteia poate atinge, de asemenea, ± 0. 01%. Rezistențele de film groase de precizie sunt tehnologia principală în aplicații de înaltă tensiune, de înaltă rezistență și de înaltă precizie. Dezavantajul rezistențelor groase de film este că este dificil să se realizeze o precizie ridicată și o derivă de temperatură scăzută în partea de rezistență scăzută, indicele de zgomot nu este bun, iar stabilitatea pe termen lung este în general mai proastă decât alte rezistențe de precizie.