Реферат: Прецизионные резисторы

Резистори належать до найбільш поширених компонентів радіоелектронної апаратури. На них припадає від 20 до 45%, тобто майже до половини загальної кількості усіх компонентів електричних кіл. Вони заслужили це завдяки їх фізичній властивості - опору.

Прецизійними є резистори підвищеної точності ±(0,05 ч 5)% і стабільності (ТксЌ10-4 1/ос), номінальні опори яких складають від 1 Ом до 1 МОм, гранична робоча напруга - не більше сотень вольт, діапазон номінальних потужностей розсіювання - від 0,05 до 2 Вт, частотний діапазон - до одиниць мегагерц, а зміна опору до кінця терміну служби - декілька відсотків. Більше 40% відмови РЕА відбувається унаслідок відмови резисторів, тому актуальною залишається тема використання високоточних і надійних прецизійних резисторів. Не дивлячись на високу вартість і технологічну складність виготовлення, вони незамінні в багатьох точних пристроях, але про використання прецизійних резисторів йтиметься далі.

Прецизійні резистори можуть бути дротяними і недротяними (товстоплівкові, тонкоплівкові і композиційні). У обох випадках для забезпечення їх високої точності виконують технологічну підгонку під заданий допуск номінального опору. У першому випадку змінюють число витків при намотуванні, а в другому - юстують струмопровідний елемент, наприклад, додатково нарізуючи витки на каркасі. Щоб забезпечити високу стабільність прецизійних резисторів, використовують різні методи. У недротяних резисторах зменшують перегрів струмопровідного шару, збільшуючи поверхню тепловіддачі, резистори піддають тривалому електротермотренуванню.

Очевидно що ці заходи не є найбільш раціональними, тому в даний час використовується лише обмежена кількість недротяних прецизійних резисторів: з раніше випущених типів - УЛІ (вуглецеві лаковані для вимірювальної техніки) і БЛП (боровуглецеві лаковані прецизійні) і які випускаються в даний час С2-13, С2-14.

Як прецизійні резистори найчастіше використовують дротяні. Їх виготовляють з дроту, що має позитивний малий температурний коефіцієнт питомого опору, вони не змінюють своїх властивостей в процесі старіння і є стійкими до дії навколишнього середовища.

Основними недоліками дротяних резисторів є досить висока вартість, великі габарити і часто обмежений частотний діапазон. Проте розвиток мікрометалургії (отримання мікродроту в скляній ізоляції) дозволив виготовляти дротяні резистори, розміри яких подібні до розмірів прецизійних недротяних резисторів і навіть менше. В результаті ухвалення ряду конструктивних заходів(зустрічне намотування, намотування подвійним дротом, застосування металевих каркасів) паразитна індуктивність і ємність дротяних резисторів можуть бути зведені до необхідного мінімуму, а тим самим може бути забезпечена робота цих резисторів в мегагерцевому діапазоні. Дротяні прецизійні резистори є дуже точними і стабільними (0.05%, <10ppm/°c). Вони використовуються тільки в дуже критичних схемах, таких як схеми підстроювання і прецизійних аттенюатори. Типові номінали - від 0.1 Ом до 1.2 МОм.

Металоплівкові резистори зазвичай вибирають для прецизійних схем, де потрібна висока точність, низький температурний коефіцієнт, і низький шум. Такі резистори зазвичай складаються з ніхрому, оксиду олова або нітриду танталу і випускаються в герметичних або, опресованих фенольних корпусах. Типове їх використання в мостових схемах, RC- генераторах і активних фільтрах. Початкова точність варіюється від 0.1 до 1%, температурний коефіцієнт від 10 до 100 ppm/°c. Стандартні номінали від 10 Ом до 301 КОм з кроком 2% (для допусків 0.5% і 1%). Металоплівкові маркіруються послідовністю з чотирьох цифр (три перших - число, четверта - кількість нулів. Приклад "4991" - 4990ом, "49R9" - 49.9 Ом).

У резисторі С5 встановлюються в мікроелектронній апаратурі на друкованих платах і підкладках гібридних ІС. Резистори С5-5 звичайного і тропічного виконання виконують намотуванням з кроком манганієвого дроту на керамічний каркас, який ущільнюють кремнійорганічною гумою, фторопластовою стрічкою і захищають металевим кожухом, а з торців - керамічними шайбами. Діаметр цих резисторів від 6,15 до 11,2 мм, а довжина від 20 до 52 мм.

Резистори С5-15 прямокутної форми, виконані з мікродроту в скляній ізоляції, мають найменші розміри (4 х 3, 6 х 2,5 мм), масу, номінальну потужність, вібронайміцніші і встановлюються на підкладках гібридних ІС. Резистори С5-22, призначені для роботи в умовах високого вакууму, мають широкий діапазон номінальних опорів і розміри 8 х 8 х 3,6 мм. Резистори С5-25в діаметром від 7 до 11 мм і завдовжки від 17 до 22,5 мм на відміну від резисторів С5-5 не мають металевого корпусу і захищені від дії зовнішнього середовища лише кампаундом. Тому верхня межа їх робочої температури менша.

Резистори С5-41 (високочастотні - до 1МГц) прямокутної форми (27 х 10 х 3,5 мм) використовуються тільки для друкованого монтажу. Резистори С5-53 і С5-54, що використовуються на частотах до 1кГц, мають діаметр від 9 до 19 мм і довжину від 20 до 56 мм.

Вуглецеві прецизійні резистори - це тонкошарові резистори, резистивний елемент якого являє собою плівку піролітичного вуглецю на керамічній підставці, отриману розкладанням вуглеводнів у вакуумі або в середовищі інертного газу при високій температурі. В даний час вуглецеві резистори є одним з найбільш поширених типів постійних резисторів. Вони широко застосовуються в електронній апаратурі завдяки високій стабільності параметрів, стійкості до імпульсних перевантажень, низькому рівню шумів, невеликому температурному коефіцієнту опору, малій залежності опору від напруги і частоти та щодо низької собівартості.

Вказані особливості вуглецевих резисторів обумовлені властивостями піролітичного вуглецю - його термостійкістю, хімічною стійкістю, порівняно великим питомим опором, можливістю отримання провідних шарів з різним опором і низьким ТКР, причому за значенням ТКР піролітічного вуглецю може бути значно понижений при введені в нього певного відсоткового змісту бору, що і використовується у виробництві вуглецевих прецизійних резисторів.

Дуже тонкі шари піролітичного вуглецю, що використовуються для отримання високоомних резисторів, мають порівняно малу стабільність параметрів, тому граничні значення опорів вуглецевих прецизійних резисторів складають 104-105 Ом.

Піролітичний вуглець отримують шляхом термічного розкладання пари вуглеводнів без доступу повітря.

Найбільш поширені способи виготовлення композиційних резисторів засновані на змішуванні провідного компонента, наприклад графіту або сажі з органічними чи неорганічними сполуками, що їх пов’язують приклад фенольними або ефірними смолами (епоксидною, гліфтальовою, кремнійорганічною), наповнювачів пластифікатором і затверджувачем. Такі системи називаються гетерогенними.

Сучасна технологія виробництва складних гетерогенних систем дозволяє отримати резистори з широким діапазоном значень опорів від десятків ом до декількох мегаом.

Завдяки використанню композицій отримують резистивні елементи будь-якої форми - у вигляді масивного тіла або плівки, нанесеної на ізоляційну підставку. Композиційні високоомні резистори з великою площею поперечного перерізу резистивного елемента надійно працюють в різних режимах і умовах експлуатації. Технологія виготовлення композиційних резисторів не вимагає складного устаткування і дорогих матеріалів. Змінюючи склад композицій і умови їх обробки, можна варіювати опір і значення ТКС резистивного елемента.

Невисока вартість композиційних резисторів, простота технологічних процесів виробництва сприяли їх широкому застосуванню. Композиційні матеріали успішно використовуються для створення постійних прецизійних резисторів і потенціометрів.

Як провідні компоненти в композиціях використовуються в більшості випадків порошкоподібні провідники - сажа і графіт.

Сажа - продукт неповного згорання або термічного розкладу вуглецевих речовин. Сировиною для отримання сажі слугують газоподібні, рідкі і тверді вуглеводні (природні гази, антрацен, нафталін і т. п.). Загальною технологічною операцією у виробництві сажі з різних початкових матеріалів є спалювання сировини за допомогою пальників або форсунок в печах при обмеженому доступі повітря або його термічне розкладання за відсутності повітряного середовища.

Як провідний компонент в композиціях також широко використовується графіт - алотропна форма вуглецю. До складу графіту входять зазвичай механічні домішки різних мінеральних речовин, а також летючі (С0₂ , СН) та ін. У технології виробництва композицій застосовуються різні види колоїдного графіту, який є продуктом термохімічної переробки натурального графіту.

Параметри прецизійних резисторів, виготовлених за технологією BULKMETALFOIL, найбільш близькі до параметрів "ідеального резистора". Услід за науковим відкриттям доктора ф. Зандмана в 1962г. відбулось створення і промислове впровадження технології званої BULKMETALFOIL(BMF).Сьогодні ця технологія дозволяє створювати резистори найвищої точності, стабільності і надійності, максимально наближені до "ідеального опору". Запатентований метод з'єднання металевої фольги і керамічної підкладки дозволяє отримувати резистор з параметрами, недоступними для інших резисторів, - дротяних, товсто- і тонкоплівкових. Технологія BMF має три ключові відмінності. Перше - висока температурна стабільність і стабільність під навантаженням. Друге - висока точність отримуваного опору. І, нарешті, третє - висока надійність. В порівнянні з резисторами BMF, тонкоплівковим резисторам властивий ряд недоліків. Наприклад, при механічній або температурній деформації частинки, що формують плівку, розширюються. В процесі охолоджування вони не повертаються до початкового положення. Таким чином, кожна температурна дія або цикл деформації викликають зміну величини опору.Завдяки можливостям технології BMFможна досягти високих параметрів резисторів: температурного коефіцієнта опору(ТКR), коефіцієнта потужності опору, точність виготовлення номінального опору і його стабільності в часі під навантаженням, високої швидкодії, низького рівня шумів, ТЕРМО-ЕДС, малій залежності опору від напруги.З складного комплексу зовнішніх діючих чинників найбільший вплив на резистори створюють кліматичні і механічні навантаження. До них належать температура і вологість навколишнього середовища, атмосферний тиск, домішки в навколишньому середовищі, біологічні чинники, вібрація, удари, прискорення, що постійно діє, акустичні шуми. Окрім цього, при певних умовах можуть позначатися радіаційні дії (потік нейтронів, гамма-промені, сонячна радіація і т. п.) і чинники космічного простору. Температура і вологість навколишнього середовища є найважливішими чинниками, що впливають на надійність, строк дії і збереженість резисторів.Тривала дія підвищеної температури викликає старіння провідникових, контактних і ізоляційних матеріалів, внаслідок чого параметри резисторів зазнають необоротних змін. Добре ілюструє залежність потужності електричного навантаження від температури навколишнього середовища графік приведений нижче.

Залежність допустимої потужності електричного навантаження від температури навколишнього середовища

Pt - допустима потужність розсіяння, Вт; Pн - номінальна потужність розсіяння, Вт; t - температура навколишнього середовища °С.

В умовах підвищеної вологості на електричні параметри резисторів впливає як плівка води, що утворюється на поверхні, так і внутрішнє поглинання вологи. Підвищена вологість середовища викликає корозію металевих деталей і контактної арматури резисторів, погіршує електричні властивості ізоляції, сприяє розвитку грибкової цвілі.

Старіння резисторів виявляється головним чином в зміні їх основного параметра – опору. При цьому, як правило, відбуваються необоротні зміни, викликані електричним навантаженням, підвищеною температурою і підвищеною вологістю навколишнього середовища.

Характер і інтенсивність старіння резисторів залежить від їх конструкції, умов експлуатації і зберігання. У експлуатаційних умовах часто має місце складне поєднання різних зовнішніх кліматичних і механічних чинників, що діють одночасно або в різній послідовності з різною інтенсивністю.

Найбільш стійкими до дії чинників старіння є, дротяні резистори, а серед недротяних - тонкошарові металодіелектричні і металоксидні. Менш стійкими вважаються композиційні лакосажеві. Зміна опору цих резисторів залежить від співвідношення між інтенсивностями старіння різних компонентів, які можуть приводити як до зменшення (за рахунок структурних змін провідного елементу, виділення з нього летючих речовин, твердіння захисного покриття), так і до збільшення опору (за рахунок окислення провідного матеріалу і перехідних контактів, абсорбції газів і пари з навколишнього середовища)¹ .

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--