Výkon a aplikace vysoce přesných odporů

Vývoj a využití nových technologií v odvětví rezistoru vedlo k prudkému zmenšení velikosti rezistorů. Nové požadavky na trh také vedly výrobce elektronických komponent k vývoji produktů s lepší výkonem a stabilitou. Vzhledem k tomu, že se používání různých typů přesných rezistorů stává stále rozšířenějším, výkonnost přesných rezistorů se stala důležitější. Mezi hlavní parametry přesných rezistorů patří teplotní koeficient (TCR), koeficient výkonu (PCR), dlouhodobá stabilita, antistatická schopnost (ESD), tepelná elektromotorická síla (EMF), šum atd.
Zlepšení celkového výkonu systému je dosaženo prostřednictvím každé elektronické komponenty nebo subsystému. Celkový výkon je určen nejslabším odkazem v systému obvodu. Každá komponenta přináší určitá omezení výkonu celkovému systému obvodu. Zejména krátkodobé přetížení, dlouhodobá stabilita, frekvenční odezva a hluk. V odvětví diskrétního odporu existují čtyři populární technologie rezistorů, drátěné rezistory, silné filmové rezistory, tenké filmové rezistory a fóliové rezistory, které zákazníkům poskytují řešení s různými požadavky na výkon a různými rozpočty.
Tabulka 1 stručně shrnuje výhody a nevýhody různých rezistorových technologií, tepelných efektů, mechanického napětí a elektrických vlastností.
Stres, ať už mechanický nebo tepelný, způsobuje změny v elektrických vlastnostech rezistorů. Pokud rezistor změní tvar, délku, konfiguraci nebo molekulární strukturu v důsledku stresu, změní se také elektrické vlastnosti rezistoru.
Když proud protéká prvkem rezistoru, generuje samohry a změny teploty způsobí, že se materiál mechanicky rozšiřuje nebo uzavře. Ideální prvek rezistoru má schopnost tyto jevy automaticky vyvážit. Systém zvyšování stability může udržovat integritu fyzikálních vlastností rezistorového prvku prostřednictvím výrobního procesu a eliminovat potřebu kompenzovat samohry a stres během používání rezistoru.
Porovnáme charakteristiky různých technologií rezistorů a diskutujeme o použití každého typu rezistoru v přesných obvodech.
Fóliové rezistory
Speciální slitiny fóliové rezistory (nikl/chrom a přísady) jsou spojeny se speciální keramickou matricí s kontrolovanou odolností k rovnováze napětí způsobené teplem a mechanickým stresem. Vzorec rezistorové dráhy je laserem leptán do slitiny rezistoru fólie. Tento proces jedinečně kombinuje důležité vlastnosti driftu s nízkou teplotou, dlouhodobé stability, neinduktivní, necitlivé na statickou elektřinu, nízkou kapacitu, rychlou tepelnou stabilitu a nízký šum v jedné technologii odporu.
Tyto vlastnosti přinášejí vysokou stabilitu a spolehlivost systému obvodu. Nezohledňuje se žádný kompromis mezi přesností rezistoru, stabilitou a rychlostí odezvy. Pro získání přesných hodnot odporu je kovová fólie objemové kovové fólie vyvážená a selektivně eliminuje vnitřní zkratovací proužky. Při řešení požadavků na vysoký odpor je oblast selektivně zkrácena ve známých přírůstcích odporu ke zvýšení hodnoty odporu v malých krocích.
Standardní teplotní koeficient ± 1 ppm/ stupeň 0 stupeň na + 60 stupeň (0. 05 ppm/ stupeň Z-FOIL), získaný z fóliové rezistorové slitiny a tepelné a mechanické stresové vyvážené matrice, s nimiž je kombinován (tabulka 1).

Konstrukce cesty paralelního rezistoru v rovině kovové fólie snižuje indukčnost s maximální indukcí {{0}}. 08 μh. Maximální kapacita je 0,5 pf. Doba odezvy rezistoru 1-} je menší než 1 ns až 100 MHz. Doba vzestupu je stanovena hodnotou rezistoru, ale vyšší nebo nižší hodnoty jsou jen o něco pomalejší než střední hodnoty. Žádné vyzvánění není zvláště důležité ve vysokorychlostních přepínacích obvodech, jako jsou převaděče signálu.
Odolnost DC odolnosti A 1- KΩ Oblusová kovová fólie lze porovnat s jejím odolností proti AC při 100 MHz pomocí následujícího vzorce:
Odolnost proti AC/DC odpor=1. 001
Technologie fóliových rezistorů vytváří rezistory se speciálními specifikacemi, které byly dříve nedostupné a žádoucí. Patří sem teplotní drift {{0}}. 2 ppm/ stupeň, přesnost až ± 0. 001 %, 1000- hodinová zatížení stability ± 0,005 % (50 ppm) a statický odpor) a nejméně 25 kv.
Jak dobrý musí být dobrý produkt opravdu?
Samozřejmě, že ne každý návrh inženýrů obvodů vyžaduje celkově vysoký výkon. V mnoha aplikacích budou stačit rezistory nižšího výkonu, takže odpovědi spadají do čtyř kategorií.
1. Kovové fóliové rezistory mohou zlepšit celkový výkon zařízení.
2. Jeden nebo více kovových fóliových rezistorů může dosáhnout nejlepšího výkonu zařízení.
3. Rezistory kovových fólií mohou zlepšit vývoj technologie obvodů a zlepšit mnoho příznivých vlastností přesných rezistorů.
4. Jasně plánujte používat přesné rezistory pro dlouhodobé úvahy (například: Nedovádějící rezistory kovové fólie jsou nákladově efektivnější než přidávání drahých zařízení ke zlepšení výkonu obvodu mírně pro udržení přesnosti obvodu).
Například ve druhé kategorii musí být zvážen jeden parametr proti celkové konstrukční ekonomice. Použití rezistoru s vyšším výkonem může ušetřit náklady, protože kompenzační obvod může být snížen (a ukládá se náklady na související komponenty a jejich instalaci). Zlepšení přesnosti rezistoru je nákladově efektivnější než zlepšení zařízení, protože zlepšení zařízení pro zlepšení určitého výkonu je dražší než přesné odpory.
Přesné odpory drátu
Rezistory drátu jsou obecně rozděleny na energetické drátěné rezistory a přesné odpory drátu. Power Wirewound Resistors se během používání výrazně změní a nelze je použít v aplikacích, které vyžadují přesný výkon rezistorů. Proto nebudeme diskutovat o odporech elektrické dráty.
Během výrobního procesu vodivých rezistorů je stlačen vnitřní povrch rezistorového drátu (strana blízko izolační kostra) a jeho vnější povrch je vystaven napětí. Dochází k trvalé deformaci.
Deformace způsobená tímto procesem a během následného žíhání drátu je umělá, na rozdíl od elastické nebo reverzibilní deformace. Nepředvídatelná trvalá mechanická deformace způsobuje náhodné změny v elektrických vlastnostech a odporu drátu. Výsledkem je široká škála parametrů výkonu.
Rezistory drátu jsou vyrobeny z rány drátu na izolační kostru. Dráty různých průměrů a délek poskytují předvídatelný odpor a vlastnosti. Přesné odpory drátu mají lepší antistatické vlastnosti a nižší hluk než tenký film a silné filmové rezistory. Dráhané odpory mají také nižší teplotu a lepší stabilitu.
Rezistory drátu mohou mít počáteční přesnost ± 0 005 %. Drift teploty může být typický až 3 ppm/ stupeň; Ale pro rezistory drátu s nízkým odporem je obecně 15 ppm/ stupeň až 25 ppm/ stupeň. Tepelný šum je nízký a sledovací teplotní drift mimo rozsah provozní teploty může také dosáhnout ± 2 ppm/ stupeň. Mělo by být jasné, že odpory v drátu nemají balicí produkty SMD (SMD není formován a některé lisované povrchové drážkové odpory nejsou rezistory SMD), takže vodicí rezistory nelze použít v situacích, kdy je vyžadována hmotnost a objem rezistoru.
Avšak vzhledem k navíjecí struktuře vodicích rezistorů jsou drátěné rezistory induktivní a podobné vinutí způsobují kapacitu. Speciální technologie vinutí může být použita ke zkrácení indukčnosti ke zlepšení doby odezvy během používání rezistoru. Vzhledem k přirozenému induktivnímu a kapacitnímu designu nemají drátěné rezistory dobré vysokofrekvenční vlastnosti. Zejména v aplikacích nad 50 kHz. V důsledku indukčnosti a cenových faktorů jsou v současné době na pokraji eliminujícího odporu přesné dráty.
Rezistory tenkého filmu
Rezistory tenkých filmů se vyrábějí odpařováním filmového materiálu s určitým odporem 50 až 250 angstromů tlustých na keramický substrát za použití metody podobné odpařování [1 angstrom (a)=10 nanometry]. Rezistory tenkých filmů mohou produkovat vyšší hodnoty odporu v dané oblasti než rezistory drátu a rezistory fólie a jsou levnější. Díky tomu je tenká filmová rezistory ekonomičtější volbou v aplikacích, kde jsou nutné středně přesné rezistory s vysokou rezistencí a zvažuje se účinnost prostoru.
Rezistory tenkých filmů jsou citlivé na teplotu. Vhodnou tloušťku filmu lze vybrat tak, aby se vytvořila řada hodnot odporu, ale konkrétní film může produkovat pouze odpory s určitým rozsahem odporu. Proto se filmy různých tloušťky používají k výrobě rezistorů s různými rozsahy odporu.
Stabilita filmu je ovlivněna zvýšením teploty. Proces změn stability stárnutí filmu závisí na tloušťce filmu k dosažení stanovené hodnoty odporu, takže rozsah odporu se neustále mění. Chemické/mechanické stárnutí také zahrnuje oxidaci slitiny rezistoru způsobené zvýšením teploty.
Druh teploty filmu vhodné tloušťky může mít také nepříznivý účinek na hodnotu odporu. Rezistory tenkých filmů s vysokou rezistencí mají větší míru zhoršení. Protože čím tenčí film, tím náchylnější je oxidace. Protože rezistory tenkých filmů jsou velmi tenké, jsou snadno ovlivněny statickou elektřinou.
Kromě toho, protože část kovového prvku je velmi malá, je tenké filmové rezistory také velmi náchylné k korozi způsobené vlhkostí. Když vodní pára prochází balíčkem rezistoru, přinese nečistoty a vyvíjí chemickou korozi, což způsobí selhání rezistorového filmu během několika hodin od použití nízkého napětí stejnosměrného napětí.
Prostřednictvím dlouhodobé vícevrstvé depozice filmu, nastavení vysokého přesného odporu a po screeningu může nejlepší přesné tenké filmové rezistory také dosáhnout teplotního driftu ± 2ppm/ stupeň a přesnost ± 0 01%, stejně jako dobrá dlouhodobá stabilita. Síla však není vysoká, část s nízkým odporem má špatný výkon, není antistatický, koeficient výkonu je špatný, je obtížné splnit malou dávkovou dodávku a konzistence různých šarží není dobrá.
Silné filmové rezistory
V předchozí diskusi jsme vysvětlili, že rezistory drátu nelze použít v aplikacích čipu kvůli velikosti, balení a hmotnosti. V méně přesných aplikacích než v drátěných rezistorech se husté filmové rezistory používají častěji, protože silné filmové rezistory mají hodnoty hustší rezistence (vysoká odpor/malá velikost) a jsou levnější.
Silné filmové rezistory mají rychlejší frekvenční odezvu, podobně jako rezistory tenkých filmů a fóliových rezistorů, ale mezi různými technologiemi rezistorů jsou silné filmové rezistory nejhlubší. Při použití v méně přesných aplikacích budou diskutovány a široce používány silné filmové rezistory v různých typech obvodů, včetně méně přesných částí vysoce přesných obvodů.
Silný film se spoléhá na kontakt na částice na částice na skleněné matrici a vytvoří cestu odporu. Tyto kontaktní body tvoří celý odpor. Tyto částice jsou však blokovány tepelným napětím během použití rezistoru. Protože mají mnoho paralelních cest, nebude cesta odporu rozbitá. Hodnota odporu se však v průběhu času zvyšuje a jak teplota stoupá. Silné filmové rezistory proto nejsou tak stabilní jako jiné technologie rezistorů.
Struktura částic také znamená, že silné filmové rezistory mají vysoký koeficient šumu, protože agregace a uvolňování rezistorových elektronů prostřednictvím této struktury vytváří relativně velký šum. U rezistoru dané velikosti, čím vyšší je hodnota odporu a čím nižší je obsah kovu, tím větší je hluk a méně stabilní. Skleněná struktura hustých filmových rezistorů tvoří skleněný ochranný kabát, který chrání rezistor během zpracování, což také dělá silné filmové rezistory odolnější vůči vlhkosti než rezistory tenkých filmů.
Prostřednictvím neustálého zlepšování tlustých filmových rezistorových past byla nejpřesnější technologie silného filmového rezistoru schopna dosáhnout teplotního driftu ± 5ppm/ stupeň a dokonce pomocí více tlustých filmových rezistorů, které mohou navzájem kompenzovat, může nakonec dosáhnout teplotního driftu ± 2ppm/ stupeň. Jeho nejvyšší přesnost může také dosáhnout ± 0. 01%. Přesné silné filmové rezistory jsou technologií hlavního proudu ve vysokých napětích, vysokých odolných a vysokých přesných aplikacích. Nevýhodou hustých filmových rezistorů je to, že je obtížné dosáhnout vysoké přesnosti a driftu nízké teploty v části nízké rezistence, index šumu není dobrý a dlouhodobá stabilita je obecně horší než jiné přesné odpory.