Ydeevne og anvendelse af modstande med høj præcision

Udviklingen og brugen af ​​nye teknologier i modstandsindustrien har ført til en kraftig reduktion i størrelsen på modstande. Nye krav til marked har også drevet elektroniske komponentproducenter til at udvikle produkter med bedre ydelse og stabilitet. Efterhånden som brugen af ​​forskellige typer præcisionsmodstande bliver mere og mere udbredt, er ydeevnen for præcisionsmodstande blevet vigtigere. De vigtigste parametre for præcisionsmodstande inkluderer temperaturkoefficient (TCR), effektkoefficient (PCR), langvarig stabilitet, antistatisk evne (ESD), termisk elektromotorisk kraft (EMF), støj osv.
Forbedringen af ​​systemets samlede ydelse opnås gennem hver elektronisk komponent eller delsystem. Den samlede ydelse bestemmes af det svageste led i kredsløbssystemet. Hver komponent bringer nogle ydelsesbegrænsninger til det samlede kredsløbssystem. Især kortvarig overbelastning, langvarig stabilitet, frekvensrespons og støj. I den diskrete modstandsindustri er der fire populære modstandsteknologier, wirewound -modstande, tykke filmmodstande, tynde filmmodstande og folie -modstande, hvilket giver kunderne løsninger med forskellige ydelseskrav og forskellige budgetter.
Tabel 1 opsummerer kort fordelene og ulemperne ved forskellige modstandsteknologier, termiske effekter, mekanisk stress og elektriske egenskaber.
Stress, hvad enten det er mekanisk eller termisk, forårsager ændringer i de elektriske egenskaber hos modstande. Hvis modstanden ændrer form, længde, konfiguration eller molekylær struktur på grund af stress, ændres også modstandens elektriske egenskaber.
Når strømmen strømmer gennem modstandselementet, genererer det selvopvarmning, og temperaturændringerne får materialet til at udvide eller kontrahere mekanisk. Det ideelle modstandselement har evnen til automatisk at afbalancere disse fænomener. Stabilitetsforbedringssystemet kan opretholde integriteten af ​​de fysiske egenskaber ved modstandens element gennem fremstillingsprocessen og eliminere behovet for at kompensere for selvopvarmning og stress under brugen af ​​modstanden.
Vi vil sammenligne egenskaberne ved forskellige modstandsteknologier og diskutere brugen af ​​hver type modstand i præcisionskredsløb.
Folie modstande
Specialfoliemodstandslegeringer (nikkel/krom og tilsætningsstoffer) er bundet til en speciel keramisk matrix med kontrolleret modstand mod balance mellem spændinger forårsaget af varme og mekanisk stress. Modstandens sti -mønster er laser ætset i foliemodstandslegeringen. Denne proces kombinerer unikt de vigtige egenskaber ved lav temperaturdrift, langvarig stabilitet, ikke-induktiv, ufølsom over for statisk elektricitet, lav kapacitet, hurtig termisk stabilitet og lav støj i en enkelt modstandsteknologi.
Disse funktioner bringer høj stabilitet og pålidelighed til kredsløbssystemet. Intet kompromis mellem modstandsnøjagtighed, stabilitet og responshastighed overvejes. For at opnå præcise modstandsværdier er bulk metalfolie metalfolie afbalanceret og eliminerer selektivt interne kortslutningsstrimler. Når man beskæftiger sig med krav til høj modstand, skæres området selektivt i kendte resistensforøgelser for at øge modstandsværdien i små trin.
Standardtemperaturkoefficient ± 1 ppm/ grad 0 grad til + 60 grad (0. 05 ppm/ grad Z-Foil), opnået fra foliemodstandslegeringen og den termiske og mekaniske stressafbalancerede matrix, den kombineres med (tabel 1).

Den parallelle modstandsdesign i metalfolieplanet reducerer induktansen med en maksimal induktans af {{0}}. 08 μH. Maksimal kapacitans er 0,5 pf. Responstiden for en 1- kΩ -modstand er mindre end 1 NS op til 100 MHz. Stigningstiden bestemmes af modstandens værdi, men højere eller lavere værdier er kun lidt langsommere end mellemværdier. Ingen ringning er især vigtig i højhastighedskontaktkredsløb, såsom signalomformere.
DC -modstanden for en 1- kΩ bulk metalfolie kan sammenlignes med dens vekselstrømsmodstand ved 100 MHz ved hjælp af følgende formel:
AC Resistance/DC Resistance=1. 001
Foliemodstandsteknologier producerer modstande med særlige specifikationer, der tidligere ikke var tilgængelige og ønskelige. Disse inkluderer temperaturdrift på {{0}}. 2 ppm/ grad, nøjagtighed så lav som ± 0. 001 %, 1000- times belastningstabilitet på ± 0,005 % (50 ppm) og statisk modstand på mindst 25 kV.
Hvor godt har et godt produkt virkelig brug for?
Naturligvis kræver ikke alle kredsløbsingeniørdesign den samlede høje ydelse. I mange anvendelser vil modstande med lavere ydeevne være tilstrækkelige, så svarene falder i fire kategorier.
1. Metalfolie -modstande kan forbedre den samlede ydelse af en enhed.
2.. En eller flere metalfolie -modstande kan opnå den bedste ydelse af en enhed.
3. Metalfolie -modstande kan forbedre udviklingen af ​​kredsløbsteknologi og forbedre mange gunstige egenskaber ved præcisionsmodstande.
4. Planlæg klart at bruge præcisionsmodstande til langsigtede overvejelser (for eksempel: metalfolie-modstande er mere omkostningseffektive end at tilføje dyre enheder for at forbedre kredsløbets ydelse lidt for at opretholde kredsløbsnøjagtighed).
I den anden kategori skal for eksempel en enkelt parameter vejes mod den overordnede designøkonomi. Brug af en højere præstationsmodstand kan spare omkostninger, fordi kompensationskredsløbet kan reduceres (og omkostningerne ved relaterede komponenter og deres installation gemmes). Forbedring af præcisionen af ​​modstanden er mere omkostningseffektiv end at forbedre enheden, fordi det er dyrere end præcisionsmodstande at forbedre enheden til at forbedre nogle ydelser.
Præcisions WIREWOUND Modstande
Wirewound -modstande er generelt opdelt i strømstyrkeforstande og præcisions wirewound -modstande. Modstande med strøm Wirewound ændres meget under brug og kan ikke bruges i applikationer, der kræver præcisionsydelse af modstande. Derfor vil vi ikke diskutere modstande til Wirewound.
Under fremstillingsprocessen med ledningsresistens er den indre overflade af modstandens ledning (siden tæt på det isolerende skelet) presset, og dens ydre overflade udsættes for spænding. Permanent deformation forekommer.
Deformation forårsaget af denne proces og under efterfølgende udglødning af ledningen er kunstig i modsætning til elastisk eller reversibel deformation. Uforudsigelig permanent mekanisk deformation forårsager tilfældige ændringer i ledningens elektriske egenskaber og modstand. Resultatet er en lang række ydelsesparametre.
Wirewound -modstande er lavet af ledningssår på et isolerende skelet. Ledninger med forskellige diametre og længder giver forudsigelig modstand og egenskaber. Præcisions wirewound -modstande har bedre antistatiske egenskaber og lavere støj end tynde film- og tykke filmmodstande. Wirewound -modstande har også lavere temperaturdrift og bedre stabilitet.
Wirewound -modstande kan have en indledende nøjagtighed på ± 0. 005 %. Temperaturdrift kan være så lav som 3 ppm/ grad typisk; Men for lavt modstandsdygtige modstande er det generelt 15 ppm/ grad til 25 ppm/ grad. Termisk støj er lav, og sporingstemperaturdrift uden for driftstemperaturområdet kan også nå ± 2 ppm/ grad. Det skal være tydeligt, at WIREWOUND -modstande ikke har SMD -emballageprodukter (SMD er ikke støbt, og nogle støbte overflademonterings WIREWOUND -modstande er ikke SMD -modstande), så ledningsmodstande kan ikke bruges i situationer, hvor modstandens vægt og volumen er påkrævet.
På grund af den snoede struktur af ledningsresistens er ledningsresistens imidlertid induktive, og lignende viklinger producerer kapacitans. Særlig viklingsteknologi kan bruges til at reducere induktansen for at forbedre responstiden under brugen af ​​modstanden. På grund af det iboende induktive og kapacitive design har wirewound-modstande ikke gode højfrekvente egenskaber. Især i applikationer over 50 kHz. På grund af induktans- og prisfaktorer er præcisions wirewound -modstande i øjeblikket på randen af ​​at blive fjernet.
Tynde filmmodstande
Tynde filmmodstande fremstilles ved at fordampe et filmmateriale med en bestemt resistivitet på 50 til 250 angstroms tykke på et keramisk underlag ved anvendelse af en metode, der ligner fordampning [1 Angstrom (a)=10 nanometer]. Tynde filmmodstande kan producere højere modstandsværdier i et givet område end wirewound -modstande og folie -modstande og er billigere. Dette gør tynde filmmodstande til et mere økonomisk valg i applikationer, hvor mellempræcisionshøjresistensmodstande er påkrævet, og pladseffektivitet overvejes.
Tynde filmmodstande er følsomme over for temperatur. Den passende tykkelse af filmen kan vælges til at producere en række modstandsværdier, men en specifik film kan kun producere modstande med et bestemt modstandsområde. Derfor bruges film med forskellige tykkelser til at producere modstande med forskellige modstandsområder.
Filmens stabilitet påvirkes af stigningen i temperatur. Ændringsprocessen for den aldrende stabilitet af filmen afhænger af filmens tykkelse for at opnå den specificerede modstandsværdi, så modstandsområdet ændrer sig konstant. Kemisk/mekanisk aldring inkluderer også oxidation af modstandens legering forårsaget af temperaturstigning.
Temperaturdriften af ​​filmen med passende tykkelse kan også have en negativ indvirkning på modstandsværdien. Tynde filmmodstande med høj modstand har en større forringelse. Fordi jo tyndere filmen er, jo mere modtagelig er det for oxidation. Da tynde filmmodstande er meget tynde, påvirkes de let af statisk elektricitet.
Fordi metalelementdelen er meget lille, er tynde filmmodstande også meget modtagelige for korrosion forårsaget af fugt. Når vanddamp passerer gennem modstandspakken, bringer den urenheder og udvikler kemisk korrosion, hvilket får modstanden til at mislykkes inden for et par timer efter påføring af en DC lavspændingsbelastning.
Gennem langvarig flerlags filmaflejring, højpræcisionsmodstandjustering og post-screening kan de bedste præcisionstynde filmmodstande også opnå en temperaturdrift på ± 2 ppm/ grad og en nøjagtighed på ± 0. 01%såvel som god langvarig stabilitet. Imidlertid er kraften ikke høj, den lave modstandsdel har dårlig ydelse, den er ikke anti-statisk, effektkoefficienten er dårlig, det er vanskeligt at imødekomme den lille batchforsyning, og konsistensen af ​​forskellige batches er ikke god.
Tykke filmmodstande
I den foregående diskussion forklarede vi, at Wirewound -modstande ikke kan bruges i ChIP -applikationer på grund af størrelse, emballering og vægt. I mindre præcise applikationer end Wirewound -modstande bruges tykke filmmodstande mere almindeligt, fordi tykke filmmodstande har tættere modstandsværdier (høj modstand/lille størrelse) og er billigere.
Tykke filmmodstande har hurtigere frekvensrespons, der ligner tynde filmmodstande og folie -modstande, men blandt forskellige modstandsteknologier er tykke filmmodstande de støjende. Når de bruges i mindre præcise applikationer, vil tykke filmmodstande blive diskuteret og vidt brugt i forskellige typer kredsløb, herunder mindre præcise dele af højpræcisionskredsløb.
Tyk film er afhængig af partikel-til-partikelkontakt på en glasmatrix for at danne en modstandssti. Disse kontaktpunkter danner hele modstanden. Imidlertid er disse partikler blokeret af termisk stress under brugen af ​​modstanden. Fordi de har mange parallelle stier, vil modstandsstien ikke blive brudt. Modstandsværdien vil dog stige over tid, og når temperaturen stiger. Derfor er tykke filmmodstande ikke så stabile som andre modstandsteknologier.
Partikelstrukturen betyder også, at tykke filmmodstande har en høj støjkoefficient, fordi aggregerings- og frigørelsesbevægelsen af ​​modstandens elektroner gennem denne struktur genererer relativt stor støj. For en given størrelse modstand, jo højere modstandsværdi og desto lavere er metalindholdet, jo større er støjen og jo mindre stabile det er. Glasstrukturen af ​​tykke filmmodstande danner en glaslignende beskyttelsesfrakke til at beskytte modstanden under forarbejdning, hvilket også gør tykke filmmodstande mere modstandsdygtige over for fugt end tynde filmmodstande.
Gennem kontinuerlig forbedring af tyk filmmodstandspastaer har den mest præcise tykke filmmodstandsteknologi været i stand til at opnå en temperaturdrift på ± 5 ppm/ grad, og endda ved at bruge flere tykke filmmodstandschips, der kan kompensere for hinanden, kan den til sidst nå en temperaturdrift på ± 2 ppm/ grad. Dens højeste nøjagtighed kan også nå ± 0. 01%. Præcision tykke filmmodstande er mainstream-teknologien i højspændings-, høj-resistens- og højpræcisionsapplikationer. Ulempen ved tykke filmmodstande er, at det er vanskeligt at opnå høj præcision og lav temperaturdrift i den lave modstandsdel, støjindekset er ikke godt, og den langsigtede stabilitet er generelt værre end andre præcisionsmodstande.