10

Білоруський державний університет

Інформатики і радіоелектроніки

Кафедра ЕТТ

РЕФЕРАТ

На тему:

"Прецизійні, високочастотні, НВЧ, високомегаомние і високовольтні резистори і резистори інтегральних схем"

МІНСЬК, 2008

прецизійні резистори

Прецизійними є резистори підвищеної точності ± (0,05 ч 5)% і стабільності (ТКС? 10-4 1 / оС), номінальні опору яких складають від 1 Ом до 1 МОм, граничні робочі напруги - не більше сотень вольт, діапазон номінальних потужностей розсіювання - від 0,05 до 2 Вт, частотний діапазон - до одиниць мегагерц, а зміна опору до кінця терміну служби - кілька відсотків.

Малюнок 1. Прецизійні резистори:

а - С2-31, б - С5-5-1, в - С5-41, г - С5-53.

Прецизійні резистори застосовують в точної вимірювальної апаратури і відповідальних ланцюгах апаратури спеціального призначення, а також як елементи магазинів опорів, в ланцюгах дільників і шунтів підвищеної точності і в якості різних датчиків і навантажень схем, деякі їх типи показані на рисунку 1, а - р

Прецизійні резистори можуть бути дротяними і недротяних. В обох випадках для забезпечення їх високої точності виконують технологічну підгонку під заданий допуск номінального опору. У першому випадку змінюють число витків при намотуванні, а в другому - юстіруют струмопровідний елемент, наприклад додатково нарізаючи витки на каркасі. Щоб забезпечити високу стабільність прецизійних резисторів, використовують різні способи. У недротяних резисторах зменшують перегрів струмопровідного шару, збільшуючи поверхню тепловіддачі, резистори піддають тривалій електротермотреніровке.

Очевидно що ці заходи не є найбільш раціональними, тому в даний час використовується лише обмежена кількість недротяних прецизійних резисторів: з раніше випущених типів - Улі (вуглецеві лаковані для вимірювальної техніки) та БЛП (бороуглеродістие лаковані прецизійні) і випускаються в даний час С2-13, С2-14.

Як прецизійних резисторів найбільш часто використовують дротові, які виготовляють з дроту, що має позитивний малий температурний коефіцієнт питомого опору, а також не змінює своїх властивостей в процесі старіння і слабо схильною до дії навколишнього середовища.

Основними недоліками дротяних резисторів є досить висока вартість, великі габарити і часто обмежений частотний діапазон.

Однак розвиток мікрометаллургіі (отримання мікродроту в скляній ізоляції) дозволило виготовляти дротяні резистори, габарити яких порівнянні з габаритами прецизійних недротяних резисторів і навіть менше. В результаті прийняття ряду конструктивних заходів (зустрічна намотування, намотування подвійним проводом, застосування металевих каркасів) паразитні індуктивність і ємність дротяних резисторів можуть бути зведені до необхідного мінімуму, а тим самим може бути забезпечена робота цих резисторів в мегагерцовому діапазоні.

Резистори ПКВ (дротові на керамічному каркасі вологостійкі), призначені для роботи в умовах високої вологості і підвищених температур, кріплять на платах гвинтами, шпильками і шайбами. Так як резистори ПКВ мають значні габарити і масу; застосування їх в малогабаритній апаратурі недоцільно.

Резистори С5 встановлюються в мікроелектронної апаратури на друкованих платах і підкладках гібридних ІС. Резистори С5-5 звичайного і тропічного виконання виконують намотуванням з кроком манганінового дроти на керамічний каркас, який ущільнюють кремнийорганической гумою, фторопластовою стрічкою і захищають металевим кожухом, а з торців - керамічними шайбами. Діаметр цих резисторів від 6,15 до 11,2 мм, а довжина від 20 до 52 мм.

Резистори С5-15 прямокутної форми, виконані з мікродроту в скляній ізоляції, мають найменші розміри (4 х 3, 6 х 2,5 мм), масу, номінальну потужність, найбільш віброміцності і встановлюються на підкладках гібридних ІС. Резистори С5-22, призначені для роботи в умовах високого вакууму, мають широкий діапазон номінальних опорів і розміри 8 х 8 х 3,6 мм. Резистори С5-25В діаметром від 7 до 11 мм і довжиною від 17 до 22,5 мм на відміну від резисторів С5-5 не мають металевого корпусу і захищені від дії зовнішнього середовища лише компаундом. Тому верхня межа їх робочої температури менше.

Резистори С5-41 (високочастотні - до 1МГц) прямокутної форми (27 х 10 х 3,5 мм) використовуються тільки для друкованого монтажу. Резистори С5-53 і С5-54, що застосовуються на частотах до 1 кГц, мають діаметр від 9 до 19 мм і довжину від 20 до 56 мм.

Високочастотні резистори і резистори СВЧ

Високочастотними є резистори, що не змінюють істотно свій опір на радіочастотах вище 10 МГц. Такі резистори обл адают малим опором (від одиниць до сотень ом), середніми точністю ± (5 год 20) і стабільністю (ТКС? 5 * 104 1 / оС).

Номінальна потужність розсіювання лежить в межах від 0,1 - 200 Вт, робочі напруження не перевищують сотень вольт, а опір в процесі старіння змінюється не більше ніж на 5 - 15%.

Високочастотні резистори зазвичай використовують при конструюванні високо і надвисокочастотних трактів апаратури в якості узгоджувальних навантажень, а також в вимірювальної приймально-передавальної і радіолокаційної апаратури.

Головне властивість цих резисторів - високочастотні - забезпечується відсутністю нарізки, а в ряді випадків - дротяних висновків і покривної емалі.

Відсутність нарізки призводить до того, що в резисторі не виникає паразитна ємність, а отже, його опір не залежить від частоти, так як відсутній ємнісний шунт. Це обмежує діапазон номінальних опорів (не більше 200 - 300 Ом), але в діапазоні СВЧ більш високих номіналів опорів не потрібно.

Відсутність дротяних висновків зводить до мінімуму паразитне індуктивність, що також розширює частотний діапазон використання резисторів. Нарешті, відсутність - покровной емалі зменшує шунтуючі дію діелектрика на струмопровідний шар і покращує тепловідвід з поверхні резисторів розсіюється, яка в діапазоні СВЧ є обмежуючим фактором.

Деякі типи високочастотних резисторів наведені - на рис.2, а, б.

Резистори МОН (металлоокісние незахищені) діаметром від 4,2 до 8,6 мм і довжиною від 10,8 до 18,5 мм випускаються звичайного і тропічного виконання в трьох варіантах: з аксіальним висновками від стрижня циліндричної форми; без висновків, тієї ж форми, але з контактними ковпачками, по торцях стрижня або з контактними пасками на його краях.

Резистори МОУ (металлоокісние ультрависокочастотні) використовуються в якості безреактивное поглиначів енергії і виконуються у вигляді стрижнів, трубок і шайб.

Резистори С2-11, конструктивно оформлені так само, як різі - сторі МЛТ, мають підвищену "висотністю", тобто можуть експлуатуватися при значно низьких атмосферних тисках. Резистори С2-34 циліндричної форми мають діаметр від 2,2 до 4,2 мм і довжину від 6 до 10,8 мм, тобто

досить мініатюрні і використовуються в високочастотних мікроузли.

Малюнок 2. Високочастотні, високомегаомние, високо-

вольтні і спеціальні резистори:

а - МОН-0,5, б - С5-32Т, в - КІМ-Е, г - С3-6, д - терморе-

зістор СТ3-14, е - фоторезистор СФ2-5, ж - Магніторезістори

Резистори С5-32Т (мікропроволочние малогабаритні) мають довжину 6 мм і діаметр 2,6 мм і мають підвищену "висотністю". Паразитна індуктивність становить не більше 0,1 мкГн. Герметизація кремній-органічних компаундом робить їх стійкими до дії нейтронного і г-випромінювання.

Р е з и с т о р и СВЧ представляють особливу групу і здатні працювати на частотах до 10 ГГц. Ці резистори розраховані на експлуатацію в діапазоні температур від - 60 до + 85 і навіть до + 125 ° С при вібраційних навантаженнях від 7,5 до 40 g, ударах від 35 до 150 g і зниженому атмосферному тиску від 666 до 1,33 * 10 4Па.

Резистори С6-1, що мають номінальну потужність розсіювання від 0,125 до 1 Вт і масу від 0,7 до 6,5 г, виконані у вигляді тонкошарової (1 мм) металлізіровайной пластини зі стороною квадрата від 4,5 до 45,6 мм. Резистори С6-3 діаметром 3,1 мм і довжиною (з висновками) 14 мм виконані у вигляді керамічної трубки звичайного запобіжника. Резйстори С6-4 використовуються в мікросмужкових гібридних ІС на частотах до 10 ГГц і випускаються на замовлення заводів-виготовлювачів РЕА. Резистори С6-6 призначені для роботи в діапазоні потужностей від 0,5 до 10 Вт йа частотах до 4 ГГ ц і мають пластинчасту форму довжиною від 4 до 20 мм, шириною від 3-до 6 мм, товщиною 1 мм, або циліндричну діаметром від 1,5 до 4 мм і довжиною від 12 до 24 мм.

Високомегаомние і високовольтні резистори.

Резистори спеціального призначення

Високо мегаомние резистори, відмінною рисою яких є низький рівень номінальної потужності розсіювання (близько д есятков милливатт і менше), мають опір від одиниць - десятків мегаом до тисячі Гіга.

Точність цих резисторів ± (5 год 30)%, ТКС? 10-31 / оС, робочі напруги - сотні вольт, зміна опору до кінця терміну служби 10 - 30%. Високомегаомние резистори застосовують у вимірювальній РЕА (для вимірювання дуже слабких струмів низької частоти, в дозиметрах випромінювань і д. Р).

Підвищені значення опорів високомегаомних резисторів отримують застосуванням композицій із значним питомим опором у вигляді тонких плівок, що обмежує потужність, що розсіюється на поверхні резисторів, до одиниць - часткою милливатт.

Високовольтні резистори, мають граничні робочі напруги порядку. десятків кіловольт; номінальні опору - сотні кіло - десятки Гіга, точність 10 - 20%, ТКС = 10-3 1 / оС і змінюють опір до кінця терміну служби на 10 - 25%. Номінальна потужність розсіювання коливається від десятків милливатт до десятків ват. Ці резистори застосовують в високовольтних ланцюгах передавальної і інший РЕА як дільників напруги, поглиначів і ін., Деякі типи високомегаомних і високовольтних резисторів наведені - на ріс.78, в, г.

Високомегаомние резистори КІМ-Е (композиційний ізольований малогабаритний), номінальна потужність розсіювання яких дорівнює 0,125 і 0,05 Вт, мають відповідно довжину 8 і 3,8 мм і діаметр 2,5 і 1,8 мм. Приблизно аналогічні по конструкції резистори С3-10.

Високовольтні резистори С3-6 циліндричної форми з радіальними висновками, номінальна потужність розсіювання яких дорівнює 0,5 і 1 Вт, мають відповідно діаметр 5,7 і 9,5 мм і довжину 26 і 47 мм. Резистор С3-14 може бути як високовольтним, так і високомегаомним. У другому випадку його граничні робочі напруження не перевищують 350 В (при номінальній потужності розсіювання від 0,01 до 0,125 Вт).

Резистори спеціального призначення (рис.2, д - ж) засновані на принципах зміни опору в залежності від прикладеної напруги (варистори), освітленості (фоторезистори), температури (терморезистори) або потужності (термістори). Ця група резисторів по експлуатаційним параметрам і їх діапазонами не може бути охарактеризована як єдине ціле. Зазвичай такі резистори застосовують в якості вимірників, стабілізаторів і перетворювачів різного роду сигналів в електричні сигнали і використовують в апаратурі автоматики і телемеханіки, а також вимірювальної і індикаторної РЕА.

Резистори інтегральних мікросхем

Всі елементи напівпровідникових інгегральних схем транзистори, діоди, резистори та конденсатори) створюються на базі р- n-переходів в тілі кремнієвої підкладки методами, епітаксії і дифузії.Резистори напівпровідникових схем отримують в базовій області та їх опір визначається її опором, яке лежить в межах від 25 Ом до одиниць кіло. Технологічна точність резисторів не перевищує ± 30%, а ТКС = ± 103,1 / оС. Резистори товстоплівкова мікросхем отримують методом шовкографії - нанесення через трафарети на поверхню керамічних підкладок (кераміки 22ХС) спеціальних паст з подальшим їх вжіганіем (методом гарячого кераміки). Найбільшого поширення в мікроелектронної техніки спеціального призначення отримали тонкоплівкові мікросхеми, на базі яких створюються великі гібридні інтегральні схеми. Пояснюється це тим, що тонкоплівкових технологія дозволяє розширити межі номінальних значень параметрів елементів і отримати більш високу точність, стабільність і надійність.

Резистори тонкоплівкових схем створюють, напиляя метали або інші струмопровідні речовини зазвичай на сіталловие підкладки. Конфігурація резисторів визначається топологією (розміщенням і розмірами) резистивного шару масок, через "вікна" в яких проводиться напилення. При цьому використовують як вакуумне термічне випаровування, так і катодного розпилення. Процес напилення виконують в спеціальних вакуумних установках.

Малюнок 3. Геометрія тонкопленочного резистора типу "меандр":

1ср і b - середня довжина і ширина резистора, t, a, L і В -крок, відстань між ланками, довжина і ширина меандру.

Таблиця 1. Основні параметри тонкоплівкових резисторів

Маски можуть бути металевими і фоторезистивной. Фоторезистивной маски отримують методом фотолітографії, роздільна здатність якого становить одиниці мікрометра. Однак з технологічних і точностних міркувань мінімально допустиму ширину "вікна" в масці вибирають рівній 50-100 мкм.

Для напилення резисторів застосовують сплав МЛТ-ЗМ, тантал, кермети і силіциди.

Основним параметром напилюваного матеріалу є опір квадрата його поверхні з? = Сх / d, де сх - питомий об'ємні опір, Ом * см; d - товщина напиляемой плівки, см.

Важливими параметрами для, розрахунку тонкоплівкових резисторів є також ТКС і питома потужність розсіювання Р0. Основні параметри тонкоплівкових резисторів, одержуваних на основі різних напилюються матеріалів, наведені в табл.1.

Тонкоплівкові резистори можуть мати форму смужки або меандру мають ряд переваг перед напівпровідниковими: вони більш стабільні (± 10-41 / оС), точні (до ± 5%) і мають діапазон номіналів опорів до 100 кОм, який зазвичай обмежується в межах від 50 Ом до 50 кОм.

ЛІТЕРАТУРА

Ричіна Т.А., Зеленський А.В. Пристрої функціональної електроніки та електрорадіоелементи: Підручник для вузів. -М: Радио и связь. -2001.

Світенко В.І. Електрорадіоелементи. -М: Вища школа. -2000.

Прилади з зарядовим зв'язком / Под ред.М. Хоуз, Д. Моргана. -М. -Енергоіздат. -2002.

Верещагін І. К., Косяченко Л. К., Кокін С.М. Введення в оптоелектроніку. -М: Вища школа. -2001.