Augstas precizitātes rezistoru veiktspēja un pielietojums

Jaunu tehnoloģiju izstrāde un izmantošana rezistoru nozarē ir izraisījusi strauju rezistoru lieluma samazināšanos. Jaunās tirgus prasības ir arī virzījušas elektronisko komponentu ražotājus, lai izstrādātu produktus ar labāku veiktspēju un stabilitāti. Tā kā dažāda veida precizitātes rezistoru izmantošana kļūst arvien izplatītāka, precizitātes rezistoru veiktspēja ir kļuvusi svarīgāka. Galvenie precizitātes rezistoru parametri ir temperatūras koeficients (TCR), jaudas koeficients (PCR), ilgtermiņa stabilitāte, anti-statiskās spējas (ESD), termiskā elektromotīvā spēks (EMF), troksnis utt.
Vispārējās sistēmas veiktspējas uzlabošana tiek panākta caur katru elektronisko komponentu vai apakšsistēmu. Kopējo veiktspēju nosaka ķēdes sistēmas vājākā saite. Katrs komponents nodrošina dažus veiktspējas ierobežojumus kopējai shēmas sistēmai. Jo īpaši īstermiņa pārslodze, ilgtermiņa stabilitāte, frekvences reakcija un troksnis. Diskrētās rezistoru nozarē ir četras populāras rezistoru tehnoloģijas, stiepļu rezistori, biezi plēves rezistori, plāni plēves rezistori un folijas rezistori, nodrošinot klientiem risinājumus ar atšķirīgām veiktspējas prasībām un dažādiem budžetiem.
1. tabulā īsi ir apkopotas dažādu rezistoru tehnoloģiju priekšrocības un trūkumi, siltuma efekti, mehāniskais spriegums un elektriskās īpašības.
Spriegums, neatkarīgi no tā, vai tas ir mehānisks vai termisks, izraisa izmaiņas rezistoru elektriskajās īpašībās. Ja rezistors maina formu, garumu, konfigurāciju vai molekulāro struktūru stresa dēļ, mainīsies arī rezistora elektriskās īpašības.
Kad strāva plūst cauri rezistora elementam, tā ģenerē pašsildīšanu, un temperatūras izmaiņas liek materiālam mehāniski paplašināties vai sarauties. Ideālajam rezistora elementam ir iespēja automātiski līdzsvarot šīs parādības. Stabilitātes uzlabošanas sistēma var saglabāt rezistora elementa fizikālo īpašību integritāti ražošanas procesā un novērst nepieciešamību kompensēt pašapsildīšanas un stresu rezistora lietošanas laikā.
Mēs salīdzināsim dažādu rezistoru tehnoloģiju īpašības un apspriedīsim katra veida rezistora izmantošanu precizitātes ķēdēs.
Folijas rezistori
Īpašie folijas rezistora sakausējumi (niķelis/hroms un piedevas) ir saistīti ar īpašu keramikas matricu ar kontrolētu pretestību, lai līdzsvarotu spriegumus, ko izraisa siltums un mehāniskais spriegums. Rezistora ceļa modelis ir iegravēts folijas rezistora sakausējumā. Šis process unikāli apvieno svarīgās zemas temperatūras novirzes, ilgtermiņa stabilitātes, neinduktīvas, nejutīgas pret statisko elektrību, zemu kapacitāti, ātru termisko stabilitāti un zemu troksni vienā rezistora tehnoloģijā.
Šīs funkcijas rada augstu stabilitāti un uzticamību ķēdes sistēmai. Tiek ņemts vērā nekāds kompromiss starp rezistora precizitāti, stabilitāti un reakcijas ātrumu. Lai iegūtu precīzas pretestības vērtības, lielapjoma metāla folijas metāla folija ir līdzsvarota un selektīvi novērš iekšējās īsās sloksnes. Risinot augstas pretestības prasības, laukums tiek selektīvi sagriezts zināmos pretestības pieaugumā, lai mazos soļos palielinātu pretestības vērtību.
Standarta temperatūras koeficients ± 1 ppm/ pakāpe 0 pakāpe uz + 60 pakāpi (0. 05 ppm/ z-folijas pakāpe), kas iegūts no folijas rezistora sakausējuma un termiskā un mehāniskā sprieguma līdzsvarota matricas, to apvieno (1. tabula).

Paralēlā rezistora ceļa dizains metāla folijas plaknē samazina induktivitāti ar maksimālo induktivitāti {{0}}. 08 μh. Maksimālā kapacitāte ir 0,5 pf. A 1- KΩ rezistora reakcijas laiks ir mazāks par 1 ns līdz 100 MHz. Pacelšanas laiku nosaka rezistora vērtība, bet augstākas vai zemākas vērtības ir tikai nedaudz lēnākas nekā starpposma vērtības. Nav īpaši svarīga zvana, piemēram, signālu pārveidotāji, kas ir īpaši svarīgi.
1- kΩ lielapjoma metāla folijas līdzstrāvas pretestību var salīdzināt ar tā maiņstrāvas pretestību 100 mHz frekvencē, izmantojot šādu formulu:
Maiņstrāvas pretestība/DC pretestība=1. 001
Folijas rezistoru tehnoloģijas rada rezistorus ar īpašām specifikācijām, kas iepriekš nebija pieejamas un vēlamas. Tajos ietilpst temperatūras novirze {{{0}}. 2 ppm/ pakāpes, precizitāte, kas ir tik zema kā ± 0. 001 %, 1000- stundas slodzes dzīves stabilitāte ± 0,005 % (50 ppm), un vismaz 25 kV statiskā izturība.
Cik labam produktam patiešām jābūt?
Protams, ne katram shēmas inženierim ir nepieciešama vispārēja augstas veiktspējas. Daudzos lietojumos pietiks ar zemākas veiktspējas rezistoriem, tāpēc atbildes ietilpst četrās kategorijās.
1. Metāla folijas rezistori var uzlabot ierīces kopējo veiktspēju.
2. Viens vai vairāki metāla folijas rezistori var sasniegt labāko ierīces veiktspēju.
3. Metāla folijas rezistori var uzlabot ķēdes tehnoloģijas attīstību un uzlabot daudzas labvēlīgas precizitātes rezistoru īpašības.
4. skaidri plānojiet izmantot precizitātes rezistorus ilgtermiņa apsvērumiem (piemēram: metāla folijas rezistori ir rentablāki nekā dārgu ierīču pievienošana, lai nedaudz uzlabotu ķēdes veiktspēju, lai saglabātu ķēdes precizitāti).
Piemēram, otrajā kategorijā viens parametrs ir jāizvērtē pret kopējo dizaina ekonomiku. Izmantojot augstāku veiktspējas rezistoru, var ietaupīt izmaksas, jo kompensācijas ķēdi var samazināt (un saistīto komponentu izmaksas un to uzstādīšana tiek saglabāta). Rezistora precizitātes uzlabošana ir rentablāka nekā ierīces uzlabošana, jo ierīces uzlabošana, lai uzlabotu kādu veiktspēju, ir dārgāka nekā precizitātes rezistori.
Precision stiepļu rezistori
Stiepļu rezistorus parasti sadala strāvas vadu rezistoros un precīzas stieples rezistoros. Power stieples rezistori lietošanas laikā ievērojami mainīsies, un tos nevar izmantot lietojumprogrammās, kurām nepieciešama precīza rezistoru veiktspēja. Tāpēc mēs neapspriedīsim strāvas vadu rezistorus.
Stiepļu rezistoru ražošanas procesa laikā tiek izspiesta rezistora stieples iekšējā virsma (sāni, kas atrodas tuvu izolējošajam skeletam), un tā ārējā virsma tiek pakļauta spriedzei. Notiek pastāvīga deformācija.
Deformācija, ko izraisa šis process un turpmākā stieples atkvēlināšana, ir mākslīga, nevis elastīga vai atgriezeniska deformācija. Neparedzama pastāvīga mehāniskā deformācija izraisa nejaušas izmaiņas stieples elektriskajās īpašībās un pretestībā. Rezultāts ir plašs veiktspējas parametru diapazons.
Stiepļu rezistori ir izgatavoti no stieples brūces uz izolācijas skeleta. Dažādu diametru un garuma vadi nodrošina paredzamu pretestību un īpašības. Precision stiepļu rezistoriem ir labākas antistātiskas īpašības un zemāks troksnis nekā plānām plēvēm un biezām plēves rezistoriem. Stieples rezistoriem ir arī zemāka temperatūras novirze un labāka stabilitāte.
Stieples rezistoru sākotnējā precizitāte var būt ± 0. 005 %. Temperatūras novirze var būt tik zema kā 3 ppm/ grāda tipiska; Bet zemas pretestības stieples rezistoriem tas parasti ir 15 ppm/ grāds līdz 25 ppm/ grādam. Termiskais troksnis ir zems, un izsekošanas temperatūras novirze ārpus darba temperatūras diapazona var arī sasniegt ± 2 ppm/ grādu. Jebkurš, ka stiepļu rezistoriem nav SMD iepakojuma produktu (SMD nav veidots, un daži veidoti virsmas stiprinājuma stieples rezistori nav SMD rezistori), tāpēc stiepļu skalošanas rezistorus nevar izmantot situācijās, kad ir nepieciešams rezistora svars un tilpums.
Tomēr stiepļu rezistoru tinuma struktūras dēļ stiepļu rezistori ir induktīvi, un līdzīgi tinumi rada kapacitāti. Lai samazinātu induktivitāti, lai uzlabotu reakcijas laiku rezistora lietošanas laikā, var izmantot īpašu tinumu tehnoloģiju. Sakarā ar raksturīgo induktīvo un kapacitīvo dizainu, stiepļu rezistoriem nav labu augstfrekvences īpašību. It īpaši lietojumprogrammās virs 50 kHz. Induktivitātes un cenu koeficientu dēļ pašlaik tiek likvidēti precīzi vadu rezistori.
Plānas plēves rezistori
Plāno plēvju rezistori tiek izgatavoti, iztvaicējot plēves materiālu ar noteiktu pretestību no 50 līdz 250 angstromiem, kas ir biezi uz keramikas substrāta, izmantojot metodi, kas līdzīga iztvaikošanai [1 ​​angstrom (a)=10 nanometri]. Plāni plēves rezistori var radīt augstākas pretestības vērtības noteiktā vietā nekā stiepļu rezistori un folijas rezistori un ir lētāki. Tas padara plānas plēves rezistorus par ekonomiskāku izvēli lietojumos, kur ir nepieciešami vidēja precizitātes augstas pretestības rezistori un tiek ņemta vērā telpas efektivitāte.
Plāni plēves rezistori ir jutīgi pret temperatūru. Filmas atbilstošo biezumu var izvēlēties, lai iegūtu dažādas pretestības vērtības, bet konkrēta plēve var radīt rezistorus tikai ar noteiktu pretestības diapazonu. Tāpēc dažādu biezumu plēves tiek izmantotas, lai radītu rezistorus ar dažādiem pretestības diapazoniem.
Filmas stabilitāti ietekmē temperatūras paaugstināšanās. Filmas novecošanās stabilitātes izmaiņu process ir atkarīgs no plēves biezuma, lai sasniegtu norādīto pretestības vērtību, tāpēc pretestības diapazons pastāvīgi mainās. Ķīmiskā/mehāniskā novecošanās ietver arī rezistora sakausējuma oksidāciju, ko izraisa temperatūras paaugstināšanās.
Atbilstošā biezuma plēves temperatūras novirze var arī nelabvēlīgi ietekmēt pretestības vērtību. Augstas pretestības plānas plēves rezistorus ir lielāks pasliktināšanās ātrums. Jo, jo plānāka ir filma, jo jutīgāka ir oksidācija. Tā kā plānas plēves rezistori ir ļoti plāni, tos viegli ietekmē statiskā elektrība.
Turklāt, tā kā metāla elementa daļa ir ļoti maza, plāni plēves rezistori ir arī ļoti jutīgi pret mitruma izraisīto koroziju. Kad ūdens tvaiki iziet cauri rezistora paketei, tas rada piemaisījumus un attīsta ķīmisku koroziju, izraisot rezistora plēves izgāšanos dažu stundu laikā pēc līdzstrāvas zema sprieguma slodzes uzklāšanas.
Izmantojot ilgtermiņa daudzslāņu plēves nogulsnēšanos, augstas precizitātes rezistences pielāgošanu un pēcspēli, vislabākie precīzie plānie plēves rezistori var sasniegt arī temperatūras novirzi ± 2ppm/ grādu un precizitāti ± 0. 01%, kā arī labu ilgtermiņa stabilitāti. Tomēr jauda nav augsta, zemas pretestības daļai ir slikta veiktspēja, tā nav antistatiska, jaudas koeficients ir slikts, ir grūti izpildīt mazās partijas piegādi, un dažādu partiju konsistence nav laba.
Biezi plēves rezistori
Iepriekšējā diskusijā mēs paskaidrojām, ka stiepļu rezistorus nevar izmantot mikroshēmu lietojumos lieluma, iepakojuma un svara dēļ. Mazāk precīzos lietojumos nekā stiepļu rezistoros biežāk tiek izmantoti biezi plēves rezistori, jo bieziem plēves rezistoriem ir blīvākas pretestības vērtības (augsta pretestība/mazs izmērs) un tie ir lētāki.
Bieziem plēvju rezistoriem ir ātrāka frekvences reakcija, līdzīga plāniem plēves rezistoriem un folijas rezistoriem, bet dažādu rezistoru tehnoloģiju vidū biezie plēves rezistori ir trokšņainākie. Izmantojot mazāk precīzos lietojumos, biezie plēves rezistori tiks apspriesti un plaši izmantoti dažāda veida shēmās, ieskaitot mazāk precīzas augstas precizitātes shēmu daļas.
Bieza plēve balstās uz daļiņu kontaktu uz stikla matricu, veidojot pretestības ceļu. Šie kontaktpunkti veido visu pretestību. Tomēr šīs daļiņas rezistora lietošanas laikā bloķē termiskais spriegums. Tā kā viņiem ir daudz paralēlu ceļu, pretestības ceļš netiks salauzts. Tomēr pretestības vērtība laika gaitā palielināsies un, paaugstinoties temperatūrai. Tāpēc biezie plēves rezistori nav tik stabili kā citas rezistoru tehnoloģijas.
Daļiņu struktūra nozīmē arī to, ka bieziem plēves rezistoriem ir augsts trokšņa koeficients, jo rezistora elektronu agregācija un izdalīšanās kustība caur šo struktūru rada salīdzinoši lielu troksni. Dotajam lieluma rezistoram, jo ​​augstāka ir pretestības vērtība un jo zemāka metāla saturs, jo lielāks troksnis un mazāk stabils tas ir. Biezu plēvju rezistoru stikla struktūra veido stiklam līdzīgu aizsargu, lai apstrādes laikā aizsargātu rezistoru, kas arī padara biezus plēves rezistorus izturīgāku pret mitrumu nekā plāni plēves rezistori.
Nepārtraukti uzlabojot biezas plēves rezistoru pastas, visprecīzākā biezā plēves rezistoru tehnoloģija ir spējusi sasniegt temperatūras novirzi ± 5ppm/ grādi, un pat izmantojot vairākas biezas plēves rezistora mikroshēmas, kas var kompensēt viena otrai, tā galu galā var sasniegt temperatūras novirzi ± 2ppm/ grādu. Tā augstākā precizitāte var sasniegt arī ± 0. 01%. Precīzi biezi plēves rezistori ir galvenās tehnoloģija augstsprieguma, augsts pretestības un augstas precizitātes lietojumos. Biezu plēvju rezistoru trūkumi ir tā, ka ir grūti sasniegt augstas precizitātes un zemas temperatūras novirzes zemās pretestības daļā, trokšņa indekss nav labs, un ilgtermiņa stabilitāte parasti ir sliktāka nekā citi precizitātes rezistori.