Rendiment i aplicació de resistències d’alta precisió

El desenvolupament i l’ús de noves tecnologies a la indústria de les resistència han comportat una forta reducció de la mida de les resistències. Les noves demandes del mercat també han impulsat els fabricants de components electrònics per desenvolupar productes amb un millor rendiment i estabilitat. A mesura que l’ús de diversos tipus de resistències de precisió es fa cada vegada més estès, el rendiment de les resistències de precisió ha esdevingut més important. Els principals paràmetres de les resistències de precisió inclouen el coeficient de temperatura (TCR), el coeficient de potència (PCR), l'estabilitat a llarg termini, la capacitat antiestàtica (ESD), la força electromotriu tèrmica (EMF), el soroll, etc.
La millora del rendiment global del sistema s’aconsegueix a través de cada component o subsistema electrònic. El rendiment global està determinat per l’enllaç més feble del sistema de circuits. Cada component aporta algunes limitacions de rendiment al sistema de circuit global. En particular, la sobrecàrrega a curt termini, l'estabilitat a llarg termini, la resposta de freqüència i el soroll. A la discreta indústria de resistència, hi ha quatre tecnologies de resistència populars, resistències de filferro, resistències de pel·lícules gruixudes, resistències de pel·lícules primes i resistències de paper, proporcionant als clients solucions amb requisits de rendiment diferents i pressupostos diferents.
La taula 1 resumeix breument els avantatges i els desavantatges de diverses tecnologies de resistència, efectes tèrmics, tensió mecànica i característiques elèctriques.
L’estrès, ja sigui mecànic o tèrmic, provoca canvis en les propietats elèctriques de les resistències. Si la resistència canvia de forma, longitud, configuració o estructura molecular a causa de l’estrès, les propietats elèctriques de la resistència també canviaran.
Quan el corrent flueix a través de l’element de resistència, genera l’autoescalfament i els canvis en la temperatura fan que el material s’expandeixi o es contracti mecànicament. L’element de resistència ideal té la capacitat d’equilibrar automàticament aquests fenòmens. El sistema de millora d’estabilitat pot mantenir la integritat de les propietats físiques de l’element de resistència a través del procés de fabricació i eliminar la necessitat de compensar l’autoescalfament i l’estrès durant l’ús de la resistència.
Compararem les característiques de diferents tecnologies de resistència i discutirem l’ús de cada tipus de resistència en circuits de precisió.
Resistències de paper
Els aliatges especials de resistència a la làmina (níquel/crom i additius) estan units a una matriu de ceràmica especial amb resistència controlada per equilibrar les tensions causades per la calor i la tensió mecànica. El patró de la ruta de la resistència és gravat en làser en l'aliatge de resistència al paper. Aquest procés combina de manera exclusiva les característiques importants de la deriva de baixa temperatura, l’estabilitat a llarg termini, no inductiva, insensible a l’electricitat estàtica, la baixa capacitança, l’estabilitat tèrmica ràpida i el baix soroll en una sola tecnologia de resistència.
Aquestes característiques aporten una alta estabilitat i fiabilitat al sistema de circuits. No es considera cap compromís entre la precisió de la resistència, l'estabilitat i la velocitat de resposta. Per obtenir valors de resistència precisos, la làmina metàl·lica a granel s’equilibra i elimina selectivament les tires d’intercanvi interna. Quan es tracta de requisits d’alta resistència, l’àrea es talla selectivament en increments de resistència coneguts per augmentar el valor de resistència en petits passos.
Coeficient de temperatura estàndard ± 1 ppm/ grau 0 grau a + 60 grau (0. 05 ppm/ grau z-foil), obtingut a partir de l'aliatge de resistència de la làmina i la matriu equilibrada de tensió tèrmica i mecànica Es combina amb (taula 1).

El disseny de la ruta de resistència paral·lela en el pla de làmina metàl·lica redueix la inductància, amb una inductància màxima de {{0}}}. 08 μH. La capacitança màxima és de 0,5 pf. El temps de resposta d’una resistència 1- Kω és inferior a 1 ns fins a 100 MHz. El temps de pujada està determinat pel valor de la resistència, però els valors superiors o inferiors només són lleugerament més lents que els valors intermedis. No hi ha cap sonar especialment important en els circuits de commutació d’alta velocitat, com ara els convertidors de senyal.
Es pot comparar la resistència de corrent continu d’un 1- KΩ de metall a granel amb la seva resistència de CA a 100 MHz mitjançant la fórmula següent:
Resistència de CA/Resistència DC=1. 001
Les tecnologies de resistència al paper produeixen resistències amb especificacions especials que abans no estaven disponibles i desitjables. Aquests inclouen la deriva de temperatura de {{0}}. 2 ppm/ grau, precisió tan baixa com ± 0.
Què tan bo ha de ser realment un bon producte?
Per descomptat, no tots els dissenys d’enginyers de circuit requereixen un alt rendiment general. En moltes aplicacions, les resistències de baix rendiment seran suficients, de manera que les respostes entren en quatre categories.
1. Les resistències de làmina metàl·lica poden millorar el rendiment global d’un dispositiu.
2. Una o més resistències de paper metàl·lic poden aconseguir el millor rendiment d’un dispositiu.
3. Les resistències de paper metàl·lic poden millorar el desenvolupament de la tecnologia del circuit i millorar moltes propietats favorables de les resistències de precisió.
4. Planifiqueu clarament utilitzar resistències de precisió per a consideracions a llarg termini (per exemple: les resistències de làmina metàl·lica són més rendibles que afegir dispositius costosos per millorar lleugerament el rendiment del circuit per mantenir la precisió del circuit).
A la segona categoria, per exemple, s’ha de pesar un paràmetre únic contra l’economia general del disseny. L'ús d'una resistència de rendiment més elevada pot estalviar costos perquè es pot reduir el circuit de compensació (i es estalvia el cost dels components relacionats i la seva instal·lació). La millora de la precisió de la resistència és més rendible que millorar el dispositiu, perquè millorar el dispositiu per millorar algun rendiment és més car que les resistències de precisió.
Resistències de filferro de precisió
Les resistències del filferro es divideixen generalment en resistències de cablejat de potència i resistències del filferro de precisió. Les resistències del cablejat de potència canviaran molt durant l’ús i no es poden utilitzar en aplicacions que requereixen un rendiment de precisió de resistències. Per tant, no discutirem les resistències de Wirewound Power.
Durant el procés de fabricació de resistències de filferro, la superfície interior del fil de resistència (el costat proper a l’esquelet aïllant) s’esprèn i la seva superfície exterior està sotmesa a tensió. Es produeix una deformació permanent.
La deformació causada per aquest procés i durant el recompte posterior del fil és artificial, a diferència de la deformació elàstica o reversible. La deformació mecànica permanent imprevisible provoca canvis aleatoris en les propietats elèctriques i la resistència del filferro. El resultat és una àmplia gamma de paràmetres de rendiment.
Les resistències del filferro estan fetes de ferides de fil amb un esquelet aïllant. Els cables de diferents diàmetres i longituds proporcionen resistència i característiques previsibles. Les resistències del filferro de precisió tenen millors propietats antistàtiques i un soroll inferior a la pel·lícula fina i les resistències gruixudes de la pel·lícula. Les resistències del filferro també tenen una baixa deriva de temperatura i una millor estabilitat.
Les resistències de WireWound poden tenir una precisió inicial de ± 0. 005 %. La deriva de la temperatura pot ser tan baixa com 3 ppm/ grau típic; Però per a resistències de cablejat de baixa resistència, generalment és de 15 ppm/ grau a 25 ppm/ grau. El soroll tèrmic és baix i la deriva de la temperatura de seguiment fora del rang de temperatura de funcionament també pot arribar a ± 2 ppm/ grau. Hauria de quedar clar que les resistències de filferro no disposen de productes d’embalatge SMD (SMD no està modelat i que algunes resistències de muntatge de superfície modelada no són resistències SMD), de manera que no es poden utilitzar resistències de filferro en situacions en què es requereix el pes i el volum de la resistència.
No obstant això, a causa de l'estructura de bobinatge de les resistències del filferro, les resistències del filferro són inductives i els bobinatges similars produeixen capacitança. Es pot utilitzar una tecnologia de bobinatge especial per reduir la inductància per millorar el temps de resposta durant l’ús de la resistència. A causa del disseny inductiu i capacitiu inherent, les resistències del filferro no tenen bones característiques d'alta freqüència. Especialment en aplicacions superiors a 50 kHz. A causa de la inductància i els factors de preus, actualment les resistències de cablejat de precisió estan a punt de ser eliminades.
Resistències de cinema primes
Les resistències de pel·lícules primes es fan evaporant un material de pel·lícula amb una certa resistivitat de 50 a 250 angstroms de gruix en un substrat ceràmic mitjançant un mètode similar a l’evaporació [1 angstrom (a)=10 nanòmetres]. Les resistències de pel·lícules primes poden produir valors de resistència més alts en una àrea determinada que les resistències del filferro i les resistències de paper i són més barates. Això fa que les resistències de la pel·lícula fina siguin una elecció més econòmica en aplicacions on es requereixin resistències d’alta resistència a mitjana precisió i es consideri l’eficiència espacial.
Les resistències de pel·lícula primes són sensibles a la temperatura. Es pot seleccionar el gruix adequat de la pel·lícula per produir diversos valors de resistència, però una pel·lícula específica només pot produir resistències amb un cert rang de resistència. Per tant, les pel·lícules de diversos gruixos s’utilitzen per produir resistències amb diversos intervals de resistència.
L’estabilitat de la pel·lícula es veu afectada per l’augment de la temperatura. El procés de canvi de l’estabilitat d’envelliment de la pel·lícula depèn del gruix de la pel·lícula per aconseguir el valor de resistència especificat, de manera que el rang de resistència canvia constantment. L’envelliment químic/mecànic també inclou l’oxidació de l’aliatge de resistència causada per l’augment de la temperatura.
La deriva de temperatura de la pel·lícula de gruix adequat també pot tenir un efecte negatiu sobre el valor de resistència. Les resistències de pel·lícula fina d’alta resistència tenen una taxa de deteriorament més gran. Com que com més fina sigui la pel·lícula, més susceptible és l’oxidació. Com que les resistències de pel·lícula fina són molt primes, es veuen afectades fàcilment per l’electricitat estàtica.
A més, com que la part de l’element metàl·lic és molt petita, les resistències de pel·lícules primes també són molt susceptibles a la corrosió causada per la humitat. Quan el vapor d’aigua passa pel paquet de resistència, aporta impureses i desenvolupa corrosió química, fent que la pel·lícula de resistència falli en poques hores d’aplicar una càrrega de baixa tensió de corrent continu.
Mitjançant la deposició de pel·lícules a llarg termini a llarg termini, ajust de resistència a alta precisió i post-projecció, les millors resistències de pel·lícula de precisió també poden aconseguir una deriva de temperatura de ± 2 ppm/ grau i una precisió de ± {0. 01%, així com una bona estabilitat a llarg termini. Tanmateix, la potència no és alta, la part de baixa resistència té un mal rendiment, no és antiestàtic, el coeficient de potència és pobre, és difícil complir amb el petit subministrament per lots i la consistència de diferents lots no és bona.
Resistències de pel·lícula gruixudes
A la discussió anterior, vam explicar que les resistències del filferro no es poden utilitzar en aplicacions de xip a causa de la mida, els envasos i el pes. En aplicacions menys precises que les resistències de filferro, les resistències de pel·lícules gruixudes s’utilitzen més freqüentment perquè les resistències de pel·lícules gruixudes tenen valors de resistència més densos (alta resistència/mida petita) i són més barates.
Les resistències gruixudes de la pel·lícula tenen una resposta de freqüència més ràpida, similar a les resistències de pel·lícules primes i les resistències de paper, però entre diverses tecnologies de resistència, les resistències de pel·lícules gruixudes són les més sorolloses. Si s’utilitza en aplicacions menys precises, es discutiran i s’utilitzaran àmpliament resistències de pel·lícules gruixudes en diversos tipus de circuits, incloses parts menys precises dels circuits d’alta precisió.
La pel·lícula gruixuda es basa en el contacte de partícules a partícules en una matriu de vidre per formar un camí de resistència. Aquests punts de contacte formen tota la resistència. Tot i això, aquestes partícules estan bloquejades per l’estrès tèrmic durant l’ús de la resistència. Com que tenen molts camins paral·lels, la ruta de resistència no es trencarà. Tot i això, el valor de resistència augmentarà amb el pas del temps i a mesura que augmenta la temperatura. Per tant, les resistències de pel·lícules gruixudes no són tan estables com altres tecnologies de resistència.
L’estructura de partícules també significa que les resistències de pel·lícules gruixudes tenen un coeficient de soroll elevat, perquè el moviment d’agregació i alliberament dels electrons de resistència a través d’aquesta estructura genera soroll relativament gran. Per a una resistència de mida determinada, com més gran sigui el valor de resistència i més baix del contingut metàl·lic, més gran és el soroll i menys estable. L’estructura de vidre de les resistències de pel·lícules gruixudes forma un abric protector semblant al vidre per protegir la resistència durant el processament, cosa que també fa que les resistències de pel·lícules gruixudes siguin més resistents a la humitat que les resistències de pel·lícula fina.
Mitjançant la millora contínua de les pastes gruixudes de resistència de la pel·lícula, la tecnologia de resistència de cinema més precisa ha pogut aconseguir una deriva de temperatura de ± 5 ppm/ grau, i fins i tot mitjançant múltiples xips de resistència de pel·lícula gruixuts que es poden compensar, pot arribar a una deriva de temperatura de ± 2 ppm/ grau. La seva màxima precisió també pot arribar a ± 0. 01%. Les resistències de pel·lícules gruixudes de precisió són la tecnologia principal en aplicacions d’alta tensió, d’alta resistència i d’alta precisió. El desavantatge de les resistències de pel·lícules gruixudes és que és difícil aconseguir una alta precisió i la deriva de baixa temperatura a la part de baixa resistència, l’índex de soroll no és bo i l’estabilitat a llarg termini és generalment pitjor que altres resistències de precisió.