Hiệu suất và ứng dụng điện trở chính xác cao

Việc phát triển và sử dụng các công nghệ mới trong ngành công nghiệp điện trở đã dẫn đến việc giảm mạnh quy mô của các điện trở. Nhu cầu thị trường mới cũng đã thúc đẩy các nhà sản xuất thành phần điện tử phát triển các sản phẩm với hiệu suất và sự ổn định tốt hơn. Khi việc sử dụng các loại điện trở chính xác khác nhau ngày càng phổ biến, hiệu suất của các điện trở chính xác đã trở nên quan trọng hơn. Các thông số chính của các điện trở chính xác bao gồm hệ số nhiệt độ (TCR), hệ số công suất (PCR), độ ổn định dài hạn, khả năng chống tĩnh (ESD), lực điện động nhiệt (EMF), nhiễu, v.v.
Việc cải thiện hiệu suất tổng thể của hệ thống đạt được thông qua từng thành phần điện tử hoặc hệ thống con. Hiệu suất tổng thể được xác định bởi liên kết yếu nhất trong hệ thống mạch. Mỗi thành phần mang đến một số giới hạn hiệu suất cho hệ thống mạch tổng thể. Cụ thể, quá tải ngắn hạn, ổn định dài hạn, đáp ứng tần số và tiếng ồn. Trong ngành công nghiệp điện trở riêng biệt, có bốn công nghệ điện trở phổ biến, điện trở dây, điện trở màng dày, điện trở màng mỏng và điện trở giấy bạc, cung cấp cho khách hàng các giải pháp với các yêu cầu hiệu suất khác nhau và ngân sách khác nhau.
Bảng 1 tóm tắt ngắn gọn những ưu điểm và nhược điểm của các công nghệ điện trở khác nhau, hiệu ứng nhiệt, ứng suất cơ học và đặc tính điện.
Căng thẳng, cho dù là cơ học hay nhiệt, gây ra thay đổi tính chất điện của điện trở. Nếu điện trở thay đổi hình dạng, chiều dài, cấu hình hoặc cấu trúc phân tử do ứng suất, các tính chất điện của điện trở cũng sẽ thay đổi.
Khi dòng điện chảy qua phần tử điện trở, nó tạo ra tự làm nóng và thay đổi nhiệt độ khiến vật liệu mở rộng hoặc co lại một cách cơ học. Phần tử điện trở lý tưởng có khả năng tự động cân bằng các hiện tượng này. Hệ thống tăng cường độ ổn định có thể duy trì tính toàn vẹn của các tính chất vật lý của phần tử điện trở thông qua quy trình sản xuất và loại bỏ sự cần thiết phải bù cho tự làm nóng và căng thẳng trong quá trình sử dụng điện trở.
Chúng tôi sẽ so sánh các đặc điểm của các công nghệ điện trở khác nhau và thảo luận về việc sử dụng từng loại điện trở trong các mạch chính xác.
Điện trở lá
Hợp kim điện trở lá đặc biệt (niken/crom và phụ gia) được liên kết với một ma trận gốm đặc biệt với điện trở được kiểm soát để cân bằng các ứng suất gây ra bởi nhiệt và căng thẳng cơ học. Mẫu đường dẫn điện trở được khắc laser vào hợp kim điện trở lá. Quá trình này kết hợp duy nhất các đặc điểm quan trọng của sự trôi dạt nhiệt độ thấp, độ ổn định lâu dài, không cảm ứng, không nhạy cảm với tĩnh điện, điện dung thấp, ổn định nhiệt nhanh và nhiễu thấp trong một công nghệ điện trở.
Các tính năng này mang lại sự ổn định và độ tin cậy cao cho hệ thống mạch. Không có sự thỏa hiệp giữa độ chính xác điện trở, độ ổn định và tốc độ phản hồi được xem xét. Để có được các giá trị điện trở chính xác, lá kim loại kim loại số lượng lớn được cân bằng và loại bỏ có chọn lọc các dải rút ngắn bên trong. Khi xử lý các yêu cầu điện trở cao, khu vực này được cắt giảm có chọn lọc theo mức tăng điện trở đã biết để tăng giá trị điện trở trong các bước nhỏ.
Hệ số nhiệt độ tiêu chuẩn ± 1 ppm/ độ 0 độ đến + 60 độ (0. 05 ppm/ độ z), thu được từ hợp kim điện trở lá và ma trận cân bằng ứng suất và cơ học.

Thiết kế đường dẫn điện trở song song trong mặt phẳng lá kim loại làm giảm độ tự cảm, với độ tự cảm tối đa của {{0}}. 08 μH. Điện dung tối đa là 0,5 pf. Thời gian phản hồi của điện trở 1- kΩ nhỏ hơn 1 ns lên đến 100 MHz. Thời gian tăng được xác định bởi giá trị điện trở, nhưng giá trị cao hơn hoặc thấp hơn chỉ chậm hơn một chút so với các giá trị trung gian. Không có tiếng chuông đặc biệt quan trọng trong các mạch chuyển mạch tốc độ cao, chẳng hạn như bộ chuyển đổi tín hiệu.
Điện trở DC của một lá kim loại số lượng lớn 1- KΩ có thể được so sánh với điện trở AC của nó ở 100 MHz bằng công thức sau:
Điện trở AC/Điện trở DC=1. 001
Các công nghệ điện trở lá tạo ra các điện trở với các thông số kỹ thuật đặc biệt trước đây không có sẵn và mong muốn. Chúng bao gồm sự trôi dạt nhiệt độ của {{0}}. 2 ppm/ độ, độ chính xác thấp như ± 0.
Làm thế nào tốt một sản phẩm tốt thực sự cần phải được?
Tất nhiên, không phải mọi thiết kế kỹ sư mạch đều yêu cầu hiệu suất cao tổng thể. Trong nhiều ứng dụng, các điện trở hiệu suất thấp hơn sẽ đủ, vì vậy các câu trả lời rơi vào bốn loại.
1. Điện trở lá kim loại có thể cải thiện hiệu suất tổng thể của thiết bị.
2. Một hoặc nhiều điện trở lá kim loại có thể đạt được hiệu suất tốt nhất của thiết bị.
3. Điện trở lá kim loại có thể cải thiện sự phát triển của công nghệ mạch và cải thiện nhiều tính chất thuận lợi của các điện trở chính xác.
4. Kế hoạch rõ ràng để sử dụng các điện trở chính xác để xem xét dài hạn (ví dụ: điện trở lá kim loại hiệu quả hơn so với việc thêm các thiết bị đắt tiền để cải thiện hiệu suất mạch một chút để duy trì độ chính xác của mạch).
Ví dụ, trong loại thứ hai, một tham số duy nhất phải được cân nhắc so với nền kinh tế thiết kế tổng thể. Sử dụng điện trở hiệu suất cao hơn có thể tiết kiệm chi phí vì mạch bồi thường có thể được giảm (và chi phí của các thành phần liên quan và cài đặt của chúng được lưu). Cải thiện độ chính xác của điện trở hiệu quả hơn so với việc cải thiện thiết bị, bởi vì việc cải thiện thiết bị để cải thiện một số hiệu suất đắt hơn các điện trở chính xác.
Điện trở dây chính xác
Các điện trở dây thường được chia thành các điện trở dây điện và điện trở dây chính xác. Các điện trở dây điện sẽ thay đổi rất nhiều trong quá trình sử dụng và không thể được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu hiệu suất chính xác của các điện trở. Do đó, chúng tôi sẽ không thảo luận về các điện trở dây điện.
Trong quá trình sản xuất các điện trở dây, bề mặt bên trong của dây điện trở (bên gần với bộ xương cách điện) được vắt, và bề mặt bên ngoài của nó phải chịu lực căng. Biến dạng vĩnh viễn xảy ra.
Biến dạng gây ra bởi quá trình này và trong quá trình ủ dây tiếp theo là nhân tạo, trái ngược với biến dạng đàn hồi hoặc có thể đảo ngược. Biến dạng cơ học vĩnh viễn không thể đoán trước gây ra những thay đổi ngẫu nhiên trong tính chất điện và điện trở của dây. Kết quả là một loạt các tham số hiệu suất.
Điện trở dây được làm bằng vết thương dây trên bộ xương cách điện. Dây có đường kính và chiều dài khác nhau cung cấp điện trở và đặc điểm có thể dự đoán được. Điện trở dây chính xác có đặc tính chống tĩnh điện tốt hơn và nhiễu thấp hơn so với điện trở màng mỏng và điện trở màng dày. Điện trở dây cũng có độ trôi nhiệt độ thấp hơn và độ ổn định tốt hơn.
Các điện trở WireWound có thể có độ chính xác ban đầu là ± 0. 005 %. Nhiệt độ trôi có thể thấp tới 3 ppm/ độ điển hình; Nhưng đối với các điện trở điện trở thấp, nó thường là 15 ppm/ độ đến 25 ppm/ độ. Tiếng ồn nhiệt thấp và nhiệt độ theo dõi trôi bên ngoài phạm vi nhiệt độ hoạt động cũng có thể đạt ± 2 ppm/ độ. Cần phải rõ ràng rằng các điện trở Wirewound không có các sản phẩm đóng gói SMD (SMD không được đúc và một số điện trở dây gắn trên bề mặt đúc không phải là điện trở SMD), do đó, các điện trở dây có thể được sử dụng trong các tình huống mà trọng lượng và khối lượng của điện trở được yêu cầu.
Tuy nhiên, do cấu trúc cuộn dây của các điện trở dây, các điện trở Wirewound là cảm ứng và cuộn dây tương tự tạo ra điện dung. Công nghệ cuộn đặc biệt có thể được sử dụng để giảm độ tự cảm để cải thiện thời gian đáp ứng trong quá trình sử dụng điện trở. Do thiết kế quy nạp và điện dung vốn có, các điện trở Wirewound không có đặc điểm tần số cao tốt. Đặc biệt là trong các ứng dụng trên 50kHz. Do khả năng tự cảm và các yếu tố giá cả, các điện trở Wirewound chính xác hiện đang trên bờ vực bị loại bỏ.
Điện trở màng mỏng
Các điện trở màng mỏng được chế tạo bằng cách làm bay hơi một vật liệu màng với điện trở suất nhất định từ 50 đến 250 angstroms trên đế gốm bằng phương pháp tương tự như bay hơi [1 angstrom (A)=10 nanometer]. Điện trở màng mỏng có thể tạo ra các giá trị điện trở cao hơn trong một khu vực nhất định so với điện trở dây và điện trở lá và rẻ hơn. Điều này làm cho các điện trở màng mỏng trở thành một lựa chọn kinh tế hơn trong các ứng dụng trong đó cần có các điện trở có độ bền cao trung bình và hiệu quả không gian.
Điện trở màng mỏng nhạy cảm với nhiệt độ. Độ dày thích hợp của màng có thể được chọn để tạo ra nhiều giá trị kháng thuốc, nhưng một bộ phim cụ thể chỉ có thể tạo ra các điện trở với phạm vi điện trở nhất định. Do đó, màng có độ dày khác nhau được sử dụng để tạo ra các điện trở với các phạm vi điện trở khác nhau.
Tính ổn định của màng bị ảnh hưởng bởi sự gia tăng nhiệt độ. Quá trình thay đổi của sự ổn định lão hóa của bộ phim phụ thuộc vào độ dày của màng để đạt được giá trị điện trở được chỉ định, do đó phạm vi điện trở liên tục thay đổi. Lão hóa hóa học/cơ học cũng bao gồm quá trình oxy hóa hợp kim điện trở do tăng nhiệt độ.
Nhiệt độ trôi của màng có độ dày thích hợp cũng có thể có tác động bất lợi đến giá trị điện trở. Điện trở màng mỏng có độ bền cao có tỷ lệ suy giảm lớn hơn. Bởi vì màng càng mỏng thì càng dễ bị oxy hóa. Bởi vì điện trở màng mỏng rất mỏng, chúng dễ dàng bị ảnh hưởng bởi điện tĩnh.
Ngoài ra, vì phần phần tử kim loại rất nhỏ, điện trở màng mỏng cũng rất dễ bị ăn mòn do độ ẩm. Khi hơi nước đi qua gói điện trở, nó mang lại tạp chất và phát triển ăn mòn hóa học, khiến màng điện trở bị hỏng trong vòng vài giờ sau khi áp dụng tải điện áp thấp DC.
Thông qua sự lắng đọng phim nhiều lớp dài hạn, điều chỉnh điện trở chính xác cao và sau sàng lọc, các điện trở màng mỏng chính xác tốt nhất cũng có thể đạt được độ lệch nhiệt độ ± 2ppm/ độ và độ chính xác của ± {5}}. 01%, cũng như ổn định lâu dài. Tuy nhiên, sức mạnh không cao, phần điện trở thấp có hiệu suất kém, không phải là chống tĩnh, hệ số công suất kém, rất khó để đáp ứng nguồn cung cấp nhỏ và tính nhất quán của các lô khác nhau là không tốt.
Điện trở phim dày
Trong các cuộc thảo luận trước đây, chúng tôi đã giải thích rằng các điện trở WireWound không thể được sử dụng trong các ứng dụng chip do kích thước, bao bì và trọng lượng. Trong các ứng dụng ít chính xác hơn các điện trở dây, điện trở màng dày được sử dụng phổ biến hơn vì các điện trở màng dày có giá trị điện trở dày đặc hơn (điện trở cao/kích thước nhỏ) và rẻ hơn.
Điện trở màng dày có đáp ứng tần số nhanh hơn, tương tự như điện trở màng mỏng và điện trở lá, nhưng trong số các công nghệ điện trở khác nhau, các điện trở màng dày là tiếng ồn nhất. Khi được sử dụng trong các ứng dụng ít chính xác hơn, các điện trở màng dày sẽ được thảo luận và sử dụng rộng rãi trong các loại mạch khác nhau, bao gồm các phần ít chính xác hơn của các mạch chính xác cao.
Phim dày phụ thuộc vào tiếp xúc hạt từ hạt trên ma trận thủy tinh để tạo thành một đường kháng. Những điểm tiếp xúc tạo thành toàn bộ điện trở. Tuy nhiên, các hạt này bị chặn bởi ứng suất nhiệt trong quá trình sử dụng điện trở. Bởi vì chúng có nhiều đường dẫn song song, đường đề kháng sẽ không bị phá vỡ. Tuy nhiên, giá trị điện trở sẽ tăng theo thời gian và khi nhiệt độ tăng. Do đó, điện trở màng dày không ổn định như các công nghệ điện trở khác.
Cấu trúc hạt cũng có nghĩa là các điện trở màng dày có hệ số nhiễu cao, bởi vì sự kết tụ và giải phóng chuyển động của các electron điện trở thông qua cấu trúc này tạo ra tiếng ồn tương đối lớn. Đối với một điện trở kích thước nhất định, giá trị điện trở càng cao và hàm lượng kim loại càng thấp thì nhiễu càng lớn và càng ít ổn định. Cấu trúc thủy tinh của các điện trở màng dày tạo thành một lớp bảo vệ giống như thủy tinh để bảo vệ điện trở trong quá trình xử lý, điều này cũng làm cho điện trở màng dày có khả năng chống ẩm hơn so với điện trở màng mỏng.
Thông qua việc cải tiến liên tục các loại bột nhão điện trở dày, công nghệ điện trở màng dày chính xác nhất đã có thể đạt được độ lệch nhiệt độ là ± 5ppm/ độ và thậm chí bằng cách sử dụng nhiều chip điện trở màng dày có thể bù cho nhau, cuối cùng nó có thể đạt đến độ lệch nhiệt độ ± 2ppm/ độ. Độ chính xác cao nhất của nó cũng có thể đạt đến ± 0. 01%. Điện trở màng dày chính xác là công nghệ chính trong các ứng dụng cao áp, độ bền cao và độ chính xác cao. Nhược điểm của các điện trở màng dày là rất khó để đạt được độ chính xác cao và nhiệt độ thấp trong phần điện trở thấp, chỉ số nhiễu không tốt và độ ổn định dài hạn thường tệ hơn các điện trở chính xác khác.