Prestazioni e applicazione di resistori ad alta precisione

Lo sviluppo e l'uso di nuove tecnologie nel settore della resistenza hanno portato a una forte riduzione delle dimensioni dei resistori. Nuove richieste di mercato hanno anche spinto i produttori di componenti elettronici a sviluppare prodotti con prestazioni e stabilità migliori. Man mano che l'uso di vari tipi di resistori di precisione diventa sempre più diffusa, le prestazioni dei resistori di precisione sono diventate più importanti. I principali parametri dei resistori di precisione comprendono il coefficiente di temperatura (TCR), il coefficiente di potenza (PCR), la stabilità a lungo termine, la capacità antia-statica (ESD), la forza elettromotiva termica (EMF), il rumore, ecc.
Il miglioramento delle prestazioni complessive del sistema si ottiene attraverso ciascun componente o sottosistema elettronico. Le prestazioni complessive sono determinate dal collegamento più debole nel sistema di circuiti. Ogni componente porta alcune limitazioni delle prestazioni al sistema di circuiti complessivi. In particolare, sovraccarico a breve termine, stabilità a lungo termine, risposta in frequenza e rumore. Nell'industria di resistenza discreta, ci sono quattro tecnologie di resistenza popolari, resistori Wirewound, resistori di film spessi, resistori a film sottili e resistori in foglio, fornendo ai clienti soluzioni con requisiti di prestazione diversi e budget diversi.
La tabella 1 riassume brevemente i vantaggi e gli svantaggi di varie tecnologie di resistenza, effetti termici, stress meccanico e caratteristiche elettriche.
Lo stress, sia meccanico che termico, provoca cambiamenti nelle proprietà elettriche dei resistori. Se il resistore cambia forma, lunghezza, configurazione o struttura molecolare dovuta alla sollecitazione, cambieranno anche le proprietà elettriche del resistore.
Quando l'attuale fluisce attraverso l'elemento resistore, genera auto-riscaldamento e le variazioni della temperatura causano l'espansione o il contratto meccanicamente del materiale. L'elemento di resistenza ideale ha la capacità di bilanciare automaticamente questi fenomeni. Il sistema di potenziamento della stabilità può mantenere l'integrità delle proprietà fisiche dell'elemento resistore attraverso il processo di produzione ed eliminare la necessità di compensare l'auto-riscaldamento e lo stress durante l'uso della resistenza.
Confronteremo le caratteristiche delle diverse tecnologie di resistenza e discuteremo l'uso di ciascun tipo di resistenza nei circuiti di precisione.
Resistori in flaciali
Le leghe speciali per resistenti di fogli (nichel/cromo e additivi) sono legate a una speciale matrice ceramica con resistenza controllata per bilanciare le sollecitazioni causate da calore e sollecitazione meccanica. Il motivo del percorso del resistore viene inciso laser nella lega di resistore del foglio. Questo processo combina in modo univoco le caratteristiche importanti della deriva a bassa temperatura, della stabilità a lungo termine, non induttiva, insensibile all'elettricità statica, a bassa capacità, stabilità termica rapida e basso rumore in una singola tecnologia di resistenza.
Queste caratteristiche portano elevata stabilità e affidabilità al sistema circuit. Non viene considerato alcun compromesso tra precisione della resistenza, stabilità e velocità di risposta. Per ottenere valori di resistenza precisi, il foglio di metallo metallico in blocco viene bilanciato ed elimina selettivamente strisce di cortocircuito interne. Quando si tratta di requisiti di resistenza elevati, l'area viene tagliata selettivamente con incrementi di resistenza noti per aumentare il valore di resistenza in piccoli passi.
Coefficiente di temperatura standard ± 1 ppm/ gradi 0 gradi in + 60 gradi (0. 05 ppm/ gradi Z-foil), ottenuto dalla lega di resistenza di lamina e dalla matrice bilanciata termica e meccanica che è combinato con (Tabella 1).

Il design del percorso della resistenza parallela nel piano della lamina metallica riduce l'induttanza, con una massima induttanza di {{0}}. 08 μH. La massima capacità è 0,5 pf. Il tempo di risposta di una resistenza 1- kΩ è inferiore a 1 ns fino a 100 MHz. Il tempo di aumento è determinato dal valore della resistenza, ma i valori più alti o inferiori sono solo leggermente più lenti rispetto ai valori intermedi. Nessun squillo è particolarmente importante nei circuiti di commutazione ad alta velocità, come i convertitori di segnale.
La resistenza DC di un foglio di metallo sfuso 1- KΩ può essere confrontata con la sua resistenza CA a 100 MHz usando la seguente formula:
Resistenza AC/resistenza DC=1. 001
Le tecnologie di resistenza di fogli produce resistori con specifiche speciali che non erano precedentemente disponibili e desiderabili. Questi includono la deriva della temperatura di {{0}}. 2 ppm/ gradi, accuratezza a partire da ± 0. 001 %, 1000- Hour Carical Life Stability di ± 0,005 % (50 ppm) e resistenza statica di almeno 25 kv.
Quanto deve essere buono un buon prodotto?
Naturalmente, non tutti i progetti di ingegnere del circuito richiedono prestazioni complessive. In molte applicazioni, i resistori a bassa prestazione saranno sufficienti, quindi le risposte rientrano in quattro categorie.
1. I resistori del foglio di metallo possono migliorare le prestazioni complessive di un dispositivo.
2. Uno o più resistori di fogli di metallo possono ottenere le migliori prestazioni di un dispositivo.
3. I resistori del foglio di metallo possono migliorare lo sviluppo della tecnologia dei circuiti e migliorare molte proprietà favorevoli dei resistori di precisione.
4. Pianifica chiaramente di utilizzare resistori di precisione per considerazioni a lungo termine (ad esempio: i resistori per fogli di metallo sono più convenienti rispetto all'aggiunta di dispositivi costosi per migliorare leggermente le prestazioni dei circuiti per mantenere l'accuratezza del circuito).
Nella seconda categoria, ad esempio, un singolo parametro deve essere valutato contro l'economia di progettazione complessiva. L'uso di una resistenza alle prestazioni più elevata può risparmiare costi perché il circuito di compensazione può essere ridotto (e il costo dei componenti correlati e la loro installazione viene salvato). Migliorare la precisione del resistore è più conveniente rispetto al miglioramento del dispositivo, poiché migliorare il dispositivo per migliorare alcune prestazioni è più costoso dei resistori di precisione.
Resistori Wirewound di precisione
I resistori Wirewound sono generalmente divisi in resistori Wirewound di alimentazione e resistori a Wirewound di precisione. I resistori Wirewound di potenza cambieranno notevolmente durante l'uso e non possono essere utilizzati in applicazioni che richiedono prestazioni di precisione dei resistori. Pertanto, non discuteremo di resistori Wirewound di potere.
Durante il processo di produzione dei resistori wirewound, viene schiacciata la superficie interna del filo della resistenza (il lato vicino allo scheletro isolante) e la sua superficie esterna è soggetta a tensione. Si verifica una deformazione permanente.
La deformazione causata da questo processo e durante la successiva ricottura del filo è artificiale, al contrario della deformazione elastica o reversibile. La deformazione meccanica permanente imprevedibile provoca cambiamenti casuali nelle proprietà elettriche e la resistenza del filo. Il risultato è una vasta gamma di parametri di prestazione.
I resistori Wirewound sono realizzati in ferita a filo su uno scheletro isolante. Fili di diversi diametri e lunghezze forniscono resistenza e caratteristiche prevedibili. I resistori a Wirewound di precisione hanno migliori proprietà antistatiche e rumori più bassi rispetto al film sottile e resistori di film spessi. I resistori Wirewound hanno anche una deriva di temperatura inferiore e una migliore stabilità.
I resistori Wirewound possono avere una precisione iniziale di ± 0. 005 %. La deriva della temperatura può essere bassa di 3 ppm/ grado tipico; Ma per resistenza a bassa resistenza Wirewound è generalmente da 15 ppm/ grado a 25 ppm/ grado. Il rumore termico è basso e la deriva della temperatura di tracciamento al di fuori dell'intervallo di temperatura operativa può anche raggiungere ± 2 ppm/ grado. Dovrebbe essere chiaro che i resistori Wirewound non dispongono di prodotti di imballaggio SMD (SMD non è modellato e alcuni resistori a monte della superficie modellati non sono resistori SMD), quindi i resistori Wirewound non possono essere utilizzati in situazioni in cui sono richiesti il ​​peso e il volume della resistenza.
Tuttavia, a causa della struttura dell'avvolgimento dei resistori wirewound, i resistori Wirewound sono induttivi e avvolgimenti simili producono capacità. Una tecnologia di avvolgimento speciale può essere utilizzata per ridurre l'induttanza per migliorare i tempi di risposta durante l'uso della resistenza. A causa del design intrinseco induttivo e capacitivo, i resistori Wirewound non hanno buone caratteristiche ad alta frequenza. Soprattutto in applicazioni superiori a 50kHz. A causa di induttanza e fattori di prezzo, i resistori Wirewound di precisione sono attualmente sul punto di essere eliminati.
Resistori a film sottile
I resistori a film sottile sono realizzati evaporando un materiale di film con una certa resistività di 50-250 angstrom spessa su un substrato ceramico usando un metodo simile all'evaporazione [1 angstrom (a)=10 nanometri]. I resistori del film sottile possono produrre valori di resistenza più elevati in una determinata area rispetto ai resistori Wirewound e ai resistori del foglio e sono più economici. Ciò rende i resistori di film sottili una scelta più economica nelle applicazioni in cui sono necessari resistori ad alta resistenza a media cerimonia e viene presa in considerazione l'efficienza dello spazio.
I resistori del film sottile sono sensibili alla temperatura. Lo spessore appropriato del film può essere selezionato per produrre una varietà di valori di resistenza, ma un film specifico può produrre solo resistori con un certo intervallo di resistenza. Pertanto, i film di vari spessori vengono utilizzati per produrre resistori con vari gamme di resistenza.
La stabilità del film è influenzata dall'aumento della temperatura. Il processo di cambiamento della stabilità dell'invecchiamento del film dipende dallo spessore del film per ottenere il valore di resistenza specificato, quindi l'intervallo di resistenza è in continua evoluzione. L'invecchiamento chimico/meccanico include anche l'ossidazione della lega di resistenza causata dall'aumento della temperatura.
La deriva della temperatura del film dello spessore appropriato può anche avere un effetto negativo sul valore di resistenza. I resistori di film sottili ad alta resistenza hanno un tasso di deterioramento maggiore. Perché più il film è più sottile, più è suscettibile all'ossidazione. Poiché i resistori di film sottili sono molto sottili, sono facilmente influenzati dall'elettricità statica.
Inoltre, poiché la parte dell'elemento metallico è molto piccola, i resistori di film sottili sono anche molto suscettibili alla corrosione causata dall'umidità. Quando il vapore acqueo passa attraverso il pacchetto di resistenza, porta impurità e sviluppa la corrosione chimica, causando il fallimento del film di resistenza entro poche ore dall'applicazione di un carico a bassa tensione CC.
Attraverso la deposizione di film multistrato a lungo termine, la regolazione della resistenza ad alta precisione e il post-screening, i migliori resistori di film sottile di precisione possono anche ottenere una deriva di temperatura di ± 2 ppm e un'accuratezza di ± 0. 01%, nonché una buona stabilità a lungo termine. Tuttavia, la potenza non è elevata, la parte a bassa resistenza ha scarse prestazioni, non è antiame, il coefficiente di potenza è scarso, è difficile soddisfare la piccola fornitura di lotti e la coerenza di diversi lotti non è buona.
Resistori di film spessi
Nella discussione precedente, abbiamo spiegato che i resistori Wirewound non possono essere utilizzati nelle applicazioni CHIP a causa di dimensioni, imballaggi e peso. In applicazioni meno precise rispetto ai resistori Wirewound, i resistori di film spessi sono più comunemente usati perché i resistori di film spessi hanno valori di resistenza più densi (elevata resistenza/dimensioni ridotte) e sono più economici.
I resistori di film spessi hanno una risposta in frequenza più rapida, simile ai resistori di film sottili e ai resistori del foglio, ma tra le varie tecnologie di resistenza, i resistori di film spessi sono i più rumorosi. Se utilizzati in applicazioni meno precise, verranno discussi resistori di film spessi e ampiamente utilizzati in vari tipi di circuiti, comprese parti meno precise dei circuiti ad alta precisione.
Il film spesso si basa sul contatto particella-particella su una matrice di vetro per formare un percorso di resistenza. Questi punti di contatto formano l'intera resistenza. Tuttavia, queste particelle sono bloccate dallo stress termico durante l'uso del resistore. Poiché hanno molti percorsi paralleli, il percorso di resistenza non sarà rotto. Tuttavia, il valore di resistenza aumenterà nel tempo e quando la temperatura aumenta. Pertanto, i resistori di film spessi non sono stabili come le altre tecnologie di resistenza.
La struttura delle particelle significa anche che i resistori di film spessi hanno un coefficiente di rumore elevato, poiché l'aggregazione e il movimento di rilascio degli elettroni della resistenza attraverso questa struttura generano un rumore relativamente grande. Per una data resistenza di dimensioni, maggiore è il valore di resistenza e maggiore è il contenuto di metallo, maggiore è il rumore e più stabile. La struttura in vetro di resistori di film spessi forma un cappotto protettivo simile a un vetro per proteggere la resistenza durante la lavorazione, che rende anche resistori di film spessi più resistenti all'umidità rispetto ai resistori a film sottili.
Attraverso il continuo miglioramento delle paste di resistenza di film spesse, la tecnologia di resistenza di film più spessa più precisa è stata in grado di ottenere una deriva di temperatura di ± 5ppm/ grado e anche usando più chip di resistenza di film spessi che possono compensare l'uno per l'altro, può eventualmente raggiungere una deriva di temperatura di ± 2ppm. La sua più alta precisione può anche raggiungere ± 0. 01%. I resistori di film di precisione spessi sono la tecnologia tradizionale in applicazioni ad alta tensione, ad alta resistenza e ad alta precisione. Lo svantaggio dei resistori di film spessi è che è difficile ottenere una deriva ad alta precisione e bassa temperatura nella parte a bassa resistenza, l'indice di rumore non è buono e la stabilità a lungo termine è generalmente peggiore rispetto ad altri resistori di precisione.