Performanse i primjena visokih preciznih otpornika

Razvoj i upotreba novih tehnologija u industriji otpornika doveli su do naglog smanjenja veličine otpornika. Novi zahtjevi na tržištu također su natjerali proizvođače elektroničkih komponenti da razviju proizvode s boljim performansama i stabilnošću. Kako upotreba različitih vrsta preciznih otpornika postaje sve raširenija, izvedba preciznih otpornika postala je važnija. Glavni parametri preciznih otpornika uključuju koeficijent temperature (TCR), koeficijent snage (PCR), dugotrajnu stabilnost, antistatičku sposobnost (ESD), toplinsku elektromotivnu silu (EMF), buku itd.
Poboljšanje ukupnih performansi sustava postiže se kroz svaku elektroničku komponentu ili podsustav. Ukupni učinak određuje se najslabijom vezom u sustavu kruga. Svaka komponenta donosi određena ograničenja performansi u cjelokupni sustav kruga. Konkretno, kratkoročno preopterećenje, dugoročna stabilnost, frekvencijski odziv i buka. U industriji diskretnih otpornika postoje četiri popularne tehnologije otpornika, žičane otpornike, debeli filmski otpornici, otpornici tankih filmova i otpornici na foliju, pružajući kupcima rješenja različitih zahtjeva za izvedbu i različitih proračuna.
Tablica 1 ukratko sažima prednosti i nedostatke različitih tehnologija otpornika, toplinskih učinaka, mehaničkih stresa i električnih karakteristika.
Napon, bilo mehanički ili toplinski, uzrokuje promjene u električnim svojstvima otpornika. Ako otpornik promijeni oblik, duljinu, konfiguraciju ili molekularne strukture zbog naprezanja, također će se promijeniti električna svojstva otpornika.
Kad struja teče kroz element otpornika, ona stvara samo zagrijavanje, a promjene temperature uzrokuju da se materijal mehanički proširi ili ugovara. Idealni element otpornika ima mogućnost automatskog uravnoteženja tih pojava. Sustav za poboljšanje stabilnosti može održavati integritet fizičkih svojstava elementa otpornika kroz proces proizvodnje i eliminirati potrebu da se nadoknadi samo zagrijavanje i stres tijekom upotrebe otpornika.
Usporedit ćemo karakteristike različitih tehnologija otpornika i raspravljati o uporabi svake vrste otpornika u prelaznim krugovima.
Otpornici na foliju
Posebne legure otpornika na foliju (nikl/krom i aditivi) vežu se na posebnu keramičku matricu s kontroliranim otporom kako bi se uravnotežila napona uzrokovana toplinom i mehaničkim stresom. Uzorak puta otpornika laser je urezan u leguru folije otpornika. Ovaj postupak jedinstveno kombinira važne karakteristike nagiba niskih temperatura, dugoročne stabilnosti, neinduktivne, neosjetljive na statičku električnu energiju, nisku kapacitet, brzu toplinsku stabilnost i nisku buku u jednoj tehnologiji otpornika.
Ove značajke donose visoku stabilnost i pouzdanost u sustav kruga. Ne uzima se u obzir kompromis između točnosti otpornika, stabilnosti i brzine odgovora. Za dobivanje preciznih vrijednosti otpornosti, skupna metalna folija od metalne folije je uravnotežena i selektivno eliminira unutarnje trake za kratke trake. Kada se bavi visokim zahtjevima otpora, područje se selektivno reže u poznatim koracima otpora kako bi se povećala vrijednost otpora u malim koracima.
Standardni temperaturni koeficijent ± 1 ppm/ stupanj 0 stupanj na + 60 stupanj ({0. 05 ppm/ stupanj z-folije), dobivenog iz legure otpornika folije i toplinske i mehaničke matrice uravnotežene s (tablica 1).

Dizajn paralelnog puta otpornika u ravnini metalne folije smanjuje induktivnost, s maksimalnom induktivnošću od {{0}}. 08 µH. Maksimalni kapacitet je 0,5 pf. Vrijeme reakcije 1- kΩ otpornika je manje od 1 ns do 100 MHz. Vrijeme porasta određuje se vrijednosti otpornika, ali veće ili niže vrijednosti su samo malo sporije od intermedijarnih vrijednosti. U krugovima prebacivanja velike brzine nije osobito važan, kao što su pretvarači signala.
DC otpor 1- kΩ skupne metalne folije može se usporediti s njegovim AC otporom na 100 MHz pomoću sljedeće formule:
AC otpor/DC otpor=1. 001
Tehnologije folije otpornika proizvode otpornike s posebnim specifikacijama koje su prethodno bile nedostupne i poželjne. Oni uključuju temperaturni nagib {{0}}. 2 ppm/ stupanj, točnost niža od ± 0. 001 %, 1000- stabilnost životnih opterećenja ± 0,005 % (50 ppm) i statičkog rezistencije od najmanje 25 kV.
Koliko dobar proizvod zaista treba biti?
Naravno, nije svaki dizajn inženjera kruga zahtijeva ukupne visoke performanse. U mnogim će aplikacijama biti dovoljni otpornici s nižim performansama, tako da odgovori spadaju u četiri kategorije.
1. otpornici metalne folije mogu poboljšati ukupne performanse uređaja.
2. Jedan ili više otpornika metalne folije mogu postići najbolje performanse uređaja.
3. otpornici metalne folije mogu poboljšati razvoj tehnologije kruga i poboljšati mnoga povoljna svojstva preciznih otpornika.
4. Jasno planirajte koristiti precizne otpornike za dugoročna razmatranja (na primjer: otporni na metalne folije su isplativiji od dodavanja skupih uređaja za lagano poboljšanje performansi kruga za održavanje točnosti kruga).
Na primjer, u drugoj kategoriji, jedan parametar mora se odmjeriti u odnosu na cjelokupnu ekonomiju dizajna. Korištenje otpornika s višim performansama može uštedjeti troškove jer se kompenzacijski krug može smanjiti (a trošak povezanih komponenti i njihova instalacija se sprema). Poboljšanje preciznosti otpornika isplativije je od poboljšanja uređaja, jer je poboljšanje uređaja za poboljšanje nekih performansi skuplje od preciznih otpornika.
Precizni otpornici s žičama
Otporni otpornici žice uglavnom su podijeljeni na otpornike na žičane žice i precizne otpornike žičane žice. Otporni otpornici napajanja uvelike će se promijeniti tijekom uporabe i ne mogu se koristiti u aplikacijama koje zahtijevaju preciznu performanse otpornika. Stoga nećemo raspravljati o otpornicima na žičane snage.
Tijekom procesa proizvodnje otpornika na žičane žice, unutarnja površina žice otpornika (strana blizu izolacijskog kostura) stisne se, a njegova vanjska površina podvrgava se napetosti. Događa se trajna deformacija.
Deformacija uzrokovana ovim postupkom i tijekom naknadnog žarenja žice je umjetna, za razliku od elastične ili reverzibilne deformacije. Nepredvidiva trajna mehanička deformacija uzrokuje slučajne promjene u električnim svojstvima i otpornosti žice. Rezultat je širok raspon parametara performansi.
Otporni otpornici žice izrađeni su od rane od žice na izolacijskom kosturu. Žice različitih promjera i duljina pružaju predvidljivu otpornost i karakteristike. Precizni otpornici žice imaju bolja antistatička svojstva i niži šum od tankog filma i debelih filmskih otpornika. Otporni otpornici također imaju nižu temperaturu i bolju stabilnost.
Otporni otpornici mogu imati početnu točnost ± 0. 005 %. Temperatura može biti niža od 3 ppm/ stupanj tipično; Ali za otpornike s niskim otporom, to je općenito 15 ppm/ stupanj do 25 ppm/ stupnja. Toplinski šum je nizak, a temperaturna temperatura praćenja izvan raspona radne temperature također može doseći ± 2 ppm/ stupanj. Treba biti jasno da otpornici žičanih udara nemaju SMD proizvode za pakiranje (SMD nije oblikovan, a neki oblikovani otpornici na površinsku montažu nisu otpornici na SMD), tako da se otpornici žica ne mogu koristiti u situacijama u kojima su potrebni težina i volumen otpornika.
Međutim, zbog namotavanja žičanih otpornika, otpornici žica su induktivni, a slični namoti stvaraju kapacitet. Posebna tehnologija namota može se koristiti za smanjenje induktivnosti kako bi se poboljšalo vrijeme odziva tijekom upotrebe otpornika. Zbog inherentnog induktivnog i kapacitivnog dizajna, otpornici Wirewound-a nemaju dobre visokofrekventne karakteristike. Posebno u aplikacijama iznad 50kHz. Zbog induktivnosti i faktora cijena, otpornici preciznih žica trenutno su na rubu uklanjanja.
Tanki filmski otpornici
Tanki filmski otpornici izrađeni su isparavanjem filmskog materijala s određenim otpornošću debljine 50 do 250 angstroma na keramički supstrat pomoću metode slične isparavanju [1 angstrom (a)=10 nanometrima]. Tanki filmski otpornici mogu proizvesti veće vrijednosti otpornosti na određenom području od otpornika na žičane i folije i jeftiniji su. To čini tanke filmske otpornike ekonomičnijim izborom u aplikacijama u kojima su potrebni srednjovjekovni otpornici visoke otpornosti i razmotrena je učinkovitost prostora.
Tanki filmski otpornici osjetljivi su na temperaturu. Odgovarajuća debljina filma može se odabrati za stvaranje različitih vrijednosti otpora, ali određeni film može proizvesti samo otpornike s određenim rasponom otpora. Stoga se filmovi različitih debljina koriste za stvaranje otpornika s različitim rasponima otpora.
Na stabilnost filma utječe porast temperature. Proces promjene stabilnosti starenja filma ovisi o debljini filma kako bi se postigla navedena vrijednost otpora, tako da se raspon otpora neprestano mijenja. Kemijsko/mehaničko starenje također uključuje oksidaciju legure otpornika uzrokovane povećanjem temperature.
Temperaturni nalet filma odgovarajuće debljine također može imati štetni učinak na vrijednost otpora. Tanki filmski otpornici visoke otpornosti imaju veću brzinu pogoršanja. Budući da je tanji film, to je osjetljiviji na oksidaciju. Budući da su tanki filmski otpornici vrlo tanki, na njih se lako utječe statički elektricitet.
Osim toga, budući da je dio metalnih elemenata vrlo mali, tanki filmski otpornici također su vrlo osjetljivi na koroziju uzrokovanu vlagom. Kad vodena para prođe kroz paket otpornika, ona donosi nečistoće i razvija kemijsku koroziju, uzrokujući da film otpornika propadne u roku od nekoliko sati od primjene istosmjernog opterećenja niskog napona.
Kroz dugoročno taloženje višeslojnih filmova, prilagođavanje otpornosti na visoku preciznu otpornost i nakon preciznog zaslona, ​​najbolji precizni tanki filmski otpornici također mogu postići temperaturni nagib od ± 2ppm/ stupnjeva i točnost ± 0} 01%, kao i dobra dugotrajna stabilnost. Međutim, snaga nije visoka, dio niskog otpora ima loše performanse, nije antistatičan, koeficijent snage je loš, teško je ispuniti malu opskrbu serijama, a konzistencija različitih serija nije dobra.
Debeli filmski otpornici
U prethodnoj raspravi objasnili smo da se otpornici na žičane žice ne mogu koristiti u aplikacijama za čip zbog veličine, pakiranja i težine. U manje preciznim primjenama od žičanih otpornika, gusti filmski otpornici se češće koriste jer debeli filmski otpornici imaju vrijednosti gušćeg otpora (visoka otpornost/mala veličina) i jeftiniji su.
Debeli filmski otpornici imaju brži odziv frekvencije, slično tankim filmskim otpornicima i otpornicima na foliju, ali među različitim tehnologijama otpornika debeli su filmski otpornici najčudniji. Kada se koriste u manje preciznim primjenama, raspravljat će se o debelim filmskim otpornicima i široko se koristi u različitim vrstama krugova, uključujući manje precizne dijelove kruga visokog preciznog.
Debeli film oslanja se na kontakt čestica-čestica na staklenoj matrici kako bi se stvorio put otpora. Ove kontaktne točke čine cijeli otpor. Međutim, ove čestice blokirane su toplinskim naponom tijekom uporabe otpornika. Budući da imaju mnogo paralelnih staza, put otpora neće biti slomljen. Međutim, vrijednost otpora će se s vremenom povećavati i kako temperatura raste. Stoga debeli filmski otpornici nisu tako stabilni kao ostale tehnologije otpornika.
Struktura čestica također znači da debeli filmski otpornici imaju visoki koeficijent buke, jer agregacija i oslobađanje kretanja elektrona otpornika kroz ovu strukturu stvara relativno veliku buku. Za određeni otpornik, što je veća vrijednost otpora i što je niži sadržaj metala, to je veća buka i to je manje stabilna. Staklena struktura debelih filmskih otpornika tvori stakleni zaštitni sloj za zaštitu otpornika tijekom obrade, što također čini debele filmske otpornike otpornijima na vlagu od tankih filmskih otpornika.
Kroz kontinuirano poboljšanje gustih paste filmskog otpornika, najpreciznija tehnologija debele filmske otpornike uspjela je postići temperaturni pomicanje od ± 5ppm/ stupnja, pa čak i korištenjem višestrukih debelih čipova filmskog otpornika koji mogu nadoknaditi jedni drugima, na kraju može dostići temperaturni odmor od ± 2ppm/ stupnjeva. Njegova najveća točnost također može doseći ± 0. 01%. Precizno debeli filmski otpornici glavna su tehnologija u aplikacijama visokog napona, visoke otpornosti i visoke preciznosti. Nedostatak debelih filmskih otpornika je u tome što je teško postići visoku preciznost i nisku temperaturu u dijelu niskog otpora, indeks buke nije dobar, a dugoročna stabilnost je općenito lošija od ostalih preciznih otpornika.