Производителност и прилагане на резистори с висока прецизност

Разработването и използването на нови технологии в резисторната индустрия доведе до рязко намаляване на размера на резисторите. Новите изисквания на пазара също накараха производителите на електронни компоненти да разработват продукти с по -добра производителност и стабилност. Тъй като използването на различни видове прецизни резистори става все по -широко разпространено, ефективността на прецизните резистори стана по -важна. Основните параметри на прецизните резистори включват температурен коефициент (TCR), коефициент на мощност (PCR), дългосрочна стабилност, антистатична способност (ESD), термична електромоторна сила (EMF), шум и др.
Подобряването на общата работа на системата се постига чрез всеки електронен компонент или подсистема. Общата производителност се определя от най -слабата връзка в системата на веригата. Всеки компонент носи някои ограничения на производителността на общата система на веригата. По-специално, краткосрочно претоварване, дългосрочна стабилност, честотна реакция и шум. В индустрията на дискретния резистор има четири популярни резисторни технологии, живи резистори, дебели филмови резистори, резистори на тънки филми и резистори на фолио, осигуряващи на клиентите решения с различни изисквания за производителност и различни бюджети.
Таблица 1 накратко обобщава предимствата и недостатъците на различни резисторни технологии, топлинни ефекти, механично напрежение и електрически характеристики.
Стресът, независимо дали е механично или термично, причинява промени в електрическите свойства на резисторите. Ако резисторът промени формата, дължината, конфигурацията или молекулната структура поради напрежението, електрическите свойства на резистора също ще се променят.
Когато токът преминава през резисторния елемент, той генерира самомогряване, а промените в температурата причиняват материала да се разширява или договаря механично. Идеалният резисторен елемент има способността автоматично да балансира тези явления. Системата за подобряване на стабилността може да поддържа целостта на физическите свойства на резисторния елемент чрез производствения процес и да премахне необходимостта от компенсиране на самостоятелното загряване и стрес по време на използването на резистора.
Ще сравним характеристиките на различните резисторни технологии и ще обсъдим използването на всеки тип резистор в прецизни вериги.
Резистори на фолио
Специалните сплави на резистор на фолио (никел/хром и добавки) се свързват към специална керамична матрица с контролирана устойчивост за балансиране на напреженията, причинени от топлина и механично напрежение. Моделът на резисторния път е лазерен вграден в сплавта на резистора на фолиото. Този процес уникално комбинира важните характеристики на ниската температура, дългосрочната стабилност, неиндуктивната, нечувствителната към статичната електричество, ниския капацитет, бързата термична стабилност и ниския шум в една резисторна технология.
Тези характеристики носят висока стабилност и надеждност на системата на веригата. Не се взема предвид компромиси между точността на резистора, стабилността и скоростта на реакция. За да се получат прецизни стойности на съпротивление, металното фолио от метално фолио е балансирано и селективно елиминира вътрешните ленти за скъсяване. Когато се справя с изискванията за висока устойчивост, площта се избира селективно на известни стъпки на съпротивление, за да се увеличи стойността на съпротивлението в малки стъпки.
Стандартен температурен коефициент ± 1 ppm/ степен 0 градус до + 60 градус (0. 05 ppm/ градус z-фолио), получен от сплав на резистор на фолиото и термичното и механичното балансирано на напрежението матрица се комбинира с (Таблица 1).

Дизайнът на паралелния резисторен път в равнината на металното фолио намалява индуктивността с максимална индуктивност на {{0}}. 08 μH. Максималният капацитет е 0,5 pf. Времето за реакция на 1- kΩ резистор е по -малко от 1 ns до 100 MHz. Времето за повишаване се определя от стойността на резистора, но по -високите или по -ниските стойности са само малко по -бавни от междинните стойности. Нито един звънец не е особено важен при високоскоростни превключващи вериги, като преобразуватели на сигнали.
DC съпротивлението на 1- kω насипни метални фолио може да се сравни с неговата променлива устойчивост при 100 MHz, като се използва следната формула:
AC съпротивление/DC съпротивление=1. 001
Foil Reesistor Technologies произвежда резистори със специални спецификации, които преди това не са били налични и желани. Те включват температурен дрейф от {{0}}.
Колко добър наистина трябва да бъде добрият продукт?
Разбира се, не всеки дизайн на инженери на вериги изисква обща висока производителност. В много приложения резисторите с по-ниска ефективност ще са достатъчни, така че отговорите попадат в четири категории.
1. Резисторите на металното фолио могат да подобрят цялостната производителност на устройство.
2. Един или повече резистори на метално фолио могат да постигнат най -добрата производителност на устройство.
3. Резисторите на металното фолио могат да подобрят развитието на технологията на веригата и да подобрят много благоприятни свойства на прецизните резистори.
4. Ясно е, че планирайте да използвате прецизни резистори за дългосрочни съображения (например: резисторите на металното фолио са по-рентабилни от добавянето на скъпи устройства, за да подобрят леко производителността на веригата, за да поддържат точността на веригата).
Във втората категория, например, един параметър трябва да се претегля спрямо общата икономика на дизайна. Използването на резистор с по -висока производителност може да спести разходите, тъй като компенсационната верига може да бъде намалена (и цената на свързаните компоненти и тяхната инсталация се спестява). Подобряването на точността на резистора е по-рентабилно от подобряването на устройството, тъй като подобряването на устройството за подобряване на известната производителност е по-скъпо от прецизните резистори.
Прецизни резистори на Wirewound
Увеличените резистори обикновено се разделят на мощностни резистори и прецизни резистори на Wirewound. Захранващите резистори на Wirewound ще се променят значително по време на употреба и не могат да се използват в приложения, които изискват прецизна ефективност на резисторите. Следователно няма да обсъждаме захранващите резистори.
По време на производствения процес на живи резистори, вътрешната повърхност на резисторния проводник (страната близо до изолационния скелет) се изстиска и външната му повърхност е подложена на напрежение. Възниква постоянна деформация.
Деформацията, причинена от този процес и по време на последващо отгряване на жицата, е изкуствено, за разлика от еластичната или обратима деформация. Непредсказуемата постоянна механична деформация причинява случайни промени в електрическите свойства и съпротивлението на жицата. Резултатът е широк спектър от параметри на производителността.
Върхните резистори са изработени от телена рана върху изолационен скелет. Проводниците с различни диаметри и дължини осигуряват предвидима устойчивост и характеристики. Прецизните живи резистори имат по -добри антистатични свойства и по -нисък шум от тънките филмови и дебели филмови резистори. Унижителните резистори също имат по -ниска температура и по -добра стабилност.
Тел резисторите могат да имат първоначална точност ± 0. 005 %. Температурният дрейф може да бъде типичен за 3 ppm/ степен; Но за резистори с ниско съпротивление на Wirewound обикновено е 15 ppm/ степен до 25 ppm/ степен. Термичният шум е нисък, а температурният отклонение на температурата извън работен температурен диапазон може също да достигне ± 2 ppm/ градус. Трябва да е ясно, че резисторите на Wirewound нямат продукти за опаковане на SMD (SMD не е формован, а някои формовани повърхностни монтирани резистори не са SMD резистори), така че резисторите на Wirewound не могат да се използват в ситуации, когато теглото и обема на резистора са необходими.
Въпреки това, поради намотката на намотката на резисторите на тел, живи резистори са индуктивни, а подобни намотки произвеждат капацитет. Специалната технология на намотката може да се използва за намаляване на индуктивността за подобряване на времето за реакция по време на използването на резистора. Поради присъщия индуктивен и капацитивен дизайн, живи резистори нямат добри високочестотни характеристики. Особено в приложения над 50kHz. Поради индуктивността и факторите на цените, прецизните живи резистори в момента са на прага да бъдат елиминирани.
Тънки филмови резистори
Тънките филмови резистори се правят чрез изпаряване на филмов материал с определено съпротивление от 50 до 250 Angstroms дебел върху керамичен субстрат, използвайки метод, подобен на изпаряването [1 Angstrom (A)=10 нанометри]. Тънките филмови резистори могат да произвеждат по -високи стойности на съпротивление в дадена зона от резисторите на Wirewound и резисторите на фолио и са по -евтини. Това прави резисторите на тънки филми по-икономичен избор в приложения, при които се изискват резистори със средна точност с висока устойчивост и се разглежда ефективността на пространството.
Тънките филмови резистори са чувствителни към температурата. Подходящата дебелина на филма може да бъде избрана за получаване на различни стойности на съпротивление, но конкретен филм може да произвежда резистори само с определен диапазон на съпротивление. Следователно филмите с различни дебелини се използват за производство на резистори с различни диапазони на съпротивление.
Стабилността на филма се влияе от повишаването на температурата. Процесът на промяна на стареещата стабилност на филма зависи от дебелината на филма, за да се постигне определената стойност на съпротивлението, така че диапазонът на съпротивление непрекъснато се променя. Химическото/механичното стареене включва също окисляване на резисторната сплав, причинена от повишаване на температурата.
Температурното отклонение на филма с подходяща дебелина също може да има неблагоприятен ефект върху стойността на съпротивлението. Тънките филмови резистори с висока резистентност имат по-голяма степен на влошаване. Тъй като колкото по -тънък е филмът, толкова по -податлив е на окисляването. Тъй като тънките филмови резистори са много тънки, те лесно се влияят от статичното електричество.
Освен това, тъй като частта от металния елемент е много малка, резисторите на тънките филми също са много податливи на корозия, причинена от влага. Когато водната пара преминава през резисторния пакет, тя носи примеси и развива химическа корозия, което води до провала на резисторния филм в рамките на няколко часа след прилагането на DC ниско напрежение натоварване.
Чрез дългосрочно отлагане на многослоен филм, регулиране на високата точност и след екраниране, най-добрите точни резистори на тънките филми също могат да постигнат температурен дрейф ± 2ppm/ градус и точност ± 0. 01%, както и добра дългосрочна стабилност. Въпреки това, мощността не е висока, частта с ниско съпротивление има лоша ефективност, тя не е антистатична, коефициентът на мощност е лош, трудно е да се посрещне малкото захранване, а консистенцията на различните партиди не е добра.
Дебели филмови резистори
В предишната дискусия обяснихме, че резисторите на Wirewound не могат да се използват в приложения за чип поради размер, опаковане и тегло. В по -малко прецизни приложения от резисторите на Wirewound, дебелите филмови резистори се използват по -често, тъй като дебелите филмови резистори имат стойности на по -плътно съпротивление (висока устойчивост/малък размер) и са по -евтини.
Дебелите филмови резистори имат по -бърза честотна реакция, подобна на резисторите на тънки филми и резисторите на фолио, но сред различни резисторни технологии, дебелите филмови резистори са най -шумните. Когато се използват в по-малко прецизни приложения, дебелите филмови резистори ще бъдат обсъждани и широко използвани в различни видове вериги, включително по-малко прецизни части от високоточни вериги.
Дебелият филм разчита на контакт от частица до частици върху стъклена матрица, за да образува път на съпротивление. Тези точки за контакт образуват цялата съпротивление. Тези частици обаче са блокирани от термичен стрес по време на използването на резистора. Тъй като имат много паралелни пътеки, пътят на съпротивление няма да бъде разбит. Стойността на съпротивлението обаче ще се увеличи с течение на времето и с повишаване на температурата. Следователно, дебелите филмови резистори не са толкова стабилни, колкото другите резисторни технологии.
Структурата на частиците също означава, че дебелите филмови резистори имат висок коефициент на шум, тъй като агрегирането и движението на освобождаването на резисторните електрони през тази структура генерира сравнително голям шум. За резистор на даден размер, колкото по -висока е стойността на съпротивлението и по -ниското съдържание на метали, толкова по -голям е шумът и по -малко стабилен е той. Стъклената структура на дебелите филмови резистори образува стъклен защитен слой за защита на резистора по време на обработката, което също прави дебелите филмови резистори по-устойчиви на влага, отколкото тънки филмови резистори.
Чрез непрекъснато усъвършенстване на дебелите филмови пасти, най -прецизната технология на резистора на дебели филми успя да постигне температурен дрейф от ± 5ppm/ градус и дори като използва множество дебели филмови резисторни чипове, които могат да компенсират един друг, в крайна сметка може да достигне температурен дрейф от ± 2ppm/ градус. Най -високата му точност също може да достигне ± 0. 01%. Прецизните дебели филмови резистори са основната технология във високо напрежение, високо съпротивление и приложения с висока точност. Недостатъкът на дебелите филмови резистори е, че е трудно да се постигне висока точност и ниска температура в частта с ниско съпротивление, индексът на шума не е добър, а дългосрочната стабилност като цяло е по-лоша от другите прецизни резистори.