Электрорадиоэлементы устройства функциональной микроэлектроники и технология радиоэлектронных (стр. 6 из 102)
Рисунок 1.3.3 Подложка с тонкоплѐноч- ными резисторами, проводниками и контактными площадками: Рисунок 1.3.4 Переменный
1,2 – низкоомный и высокоомный непроволочный резисторы прямоугольной формы. резистор круглой формы:3 – высокоомный резистор типа «меандр», 4 – ситаловая подложка толциной 0,5-0,6 мм, 5 – высокоомный составной резистор,
6 – контактная площадка.
Рисунок 1.3.4
1 подвижный контакт, 2 – пластмассовый корпус,3 – токопроводящий элемент, 4 – вывод, 5 – ограничитель угла поворота, 6 – заклѐпка,
7 – расчеканенный торец оси,
8 – подвижная часть.
Рисунок 1.3.5 Переменный проволочный
резистор.
Сильноточные переменные проволочные резисторы (рис. 1.3.5) отличаются по материалам и способам установки от слаботочных и подстроечных как круглой, так и прямоугольной формы. В пластмассовом корпусе 7 с помощью цанговой втулки 3 укреплена поворотная ось 2 с кольцом-ползуном 4, которое при повороте оси скользит по ―зачищенному‖ сверху проводу обмотки 9, укрепленной на гетинаксовой (или металлической оксидированной) дугообразной пластине 6.
Основные параметры
Номинальное сопротивление Rном и его допустимое отклонение ±δR.
Сопротивление резисторов (Ом) в общем случае определяется формулой
R = р1/S,
где р и S – удельное электрическое сопротивление, Ом • мм2/м, и площадь
поперечного сечения, мм2, токопроводящего элемента; 1– длина пути прохождения тока, м.
Сопротивление поверхностных резисторов цилиндричесхой формы без спиральной нарезки и с нарезкой
R = рl/(πD1h); R = рN πD2/[(t-a)h];
где 1 – длина образующей цилиндра резистора без нарезки, м; h – толщина токопроводящего слоя, мм; D1 и D2 – наружные диаметры керамических стержней соответственно в мм и м; N, t и а – число витков, шаг и ширина спиральной нарезки, мм.
Сопротивление объемных резисторов прямоугольной формы
R = рl/(bc);
где 1, b и с – длина, ширина и высота композиционного стержня, мм.
Сопротивление проволочных резисторов
R = 4рl/(πd2); где 1 и d – длина, м, и диаметр, мм, проволоки.
Сопротивление непроволочных переменных резисторов с токопроводящей ―подковкой‖
R = р(r1+r2) πφ/[(r1+r2) h*360];
где р – удельное поверхностное электрическое сопротивление
композиции, Ом • см; r1 и r2 – внешний и внутренний радиусы ―подковы‖, см; θ – угол, соответствующий повороту ползуна на конкретную длину токопроводящего слоя, град.
Сопротивление тонкопленочных резисторов ГИС
R = рٱl/b;
где рٱ – удельное электрическое сопротивление пленки металла или сплава, пасты, отнесенное к произвольному квадрату ее поверхности, Ом/ٱ; 1 и b – длина и ширина пленочного резистора, мм.
Номинальное сопротивление резистора обычно указано маркировкой на нем. Для резисторов широкого назначения, согласно ГОСТ 10318 – 74, существует шесть рядов номинальных сопротивлений. Е6, Е12, Е24, Е48, Е96 и Е192. Цифра указывает число номинальных значений в данном ряду, которые зависят от допустимого отклонения сопротивления резистора и его номинала. Допустимые в ГОСТ 9б64--74 отклонения сопротивления от номиналов даны (в процентах) рядом чисел: ± 0,01; ± 0,02; ± 0,05; ± 0,1,. ± 0,2,. ± 0,5,. ± 1,. ± 2,. ± 5,. ± 10., ± 20,. ± 30. Прецизионные резисторы имеют допустимые отклонения сопротивления не хуже ± 2%, резисторы общего назначения – ± 5%; ± 10%; и ± 20% а переменные – до ± 30%.
Номинальная мощность рассеивания РномПод этой величиной понимают максимально допустимую мощность, которую резистор может длительное время рассеивать при непрерывной электрической нагрузке в заданных условиях эксплуатации, сохраняя параметры в установленных ТУ пределах. Эта величина зависит от температуры окружающей среды и приложенного напряжения, что отражается ТУ на резисторы в зависимостях коэффициента нагрузки k= Рдоп / Рном от этих двух факторов.
Согласно ГОСТ 9663 – 61, значения Рном (Вт) выбирают из ряда 0,01; 0,025; 0,05; 0,125; 0,25; 0,5; 1; 2; 5; 8; 10; 16; 25; 50; 75; 100; 160; 250; 500. Как правило, чем выше номинальная мощность рассеивания, тем больше габариты резисторов. В большинстве блоков РЭА и ЭВА применяют резисторы, номинальная мощность рассеивания которых не выше 2 Вт. При этом следует учесть, что для надежного функционирования аппаратуры коэффициент нагрузки обычно выбирают не более 0,3.
Предельное рабочее напряжение Uпр. Максимально допустимое напряжение, приложенное к выводам резистора, которое не вызывает превышения
норм ТУ на электрические параметры, называют предельным рабочим напряжением. Эта величина обычно задается для нормальных условий эксплуатации и зависит от длины резистора, шага спиральной нарезки, температуры и давления окружающей среды. Чем выше температура и ниже атмосферное давление, тем вероятнее тепловой или электрический пробой и отказ резистора.
Температурный коэффициент сопротивления (ТКС). Этот параметр характеризует относительное изменение сопротивления резистора при изменении температуры окружающей среды на 1оС и выражается в 1 оС:
ТКС = дR/(R0 дt),
где дR – абсолютное изменение сопротивления резистора, Ом, в диапазоне температур дt = t – t0, оС; R0– сопротивление резистора (Ом) при нормальной температуре t0; t – положительная или отрицательная предельная температура эксплуатации резистора по ТУ, оС.
Значения ТКС для группы резисторов С1 не превышают – (5 ÷ 20)*104 1/оС, для группы С2 – ± (7 ÷ 16) *104 1/оС,. для группы С3 – + (10 ÷ 25) *104 1/ оС, для группы С4 – ( – 20 ÷ + 6) *104 1/ оС. и для группы С5 – ( – 5÷ + 10) *104 1/ оС, в том числе для прецизионных + (0,15 ÷ 1,5)*104 1/ оС. Для большинства групп резисторов эта величина является линейной, а в случаях, когда она изменяется по резко нелинейному закону, в ТУ указывают не ее, а предельные относительные изменения сопротивления при крайних значениях рабочих температур. Значение и знак ТКС определяются в основном температурным коэффициентом удельного сопротивления - (ТКр) материала токопроводящего слоя. Так, проволочные резисторы имеют малый положительный ТКС; углеродистые – отрицательный среднего значения (с увеличением температуры увеличивается контактируемость «зерен» слоя и сопротивление уменьшается); полупроводниковые – большой отрицательный (уменьшается сопротивление р-n-переходов), а металлизированные и композиционные – знакопеременный средний и большой (в зависимости от того, что преобладает: контактируемость «зерен» или увеличение сопротивления под действием хаотического движения электронов в «зернах»).
Шумы. При приложении к резисторам постоянного или переменного напряжения в них наблюдаются шумы. Шум представляет собой переменную составляющую, накладываемую на постоянный уровень напряжения резистора, что создает помехи для прохождения сигнала и ограничивает, в частности, чувствительность радиоприемных трактов РЭА. Особенно вредны шумы резисторов, используемых во входных цепях радиоприемников, так как они усиливаются вместе с принимаемым полезным сигналом.
Собственные шумы резисторов имеют двоякую структуру. Это так называемые тепловые и токовые шумы. Тепловые шумы возникают под действием хаотического движения электронов в токопроводящем слое («броуновское движение»), что приводит к случайным микроизменениям сопротивления резистора и, следовательно, к появлению переменных пуль- саций напряжения на нем. Тепловые шумы при увеличении температуры возрастают. Они- присущи всем видам резисторов, но по значению меньше токовых и поэтому характерны лишь для проволочных резисторов, в которых ―токовые‖ шумы отсутствуют.
Злектродвижущая сила (мкВ) тепловых шумов Еш.т.= 4kТКдЕ, где-k – постоянная Больцмана, равная 1,38 • 10-23 Дж/К; Т – температура, К; R – сопротивление, Ом; дF – полоса частот применяемого резистора, Гц.
Токовые шумы возникают в резисторах с зернистой структурой – углеродистых, металлизированных и композиционных. Прохождение тока носит случайный характер и наиболее вероятно там, где в данный момент соприкасаемость «зерен» повышена. Уровень токовых шумов, мкВ/В, определяется отношением действующего значения случайной составляющей Е, к постоянному напряжению U, приложенному к резистору: D = Еш.т./U. С увеличением приложенного напряжения токовые шумы возрастают.
Наиболее шумящими резисторами являются композиционные, поэтому применение их во входных цепях приемных устройств ограничено. По уровню токовых шумов резисторы делятся на следующие группы: С1 и С2 < 1,5 мкВ/В, С3 ( 40 мкВ/В; С4 < 45 мкВ/В. Проволочные резисторы группы С5, как уже отмечалось, обладают лишь тепловыми шумами, гораздо меньшими (на порядок), чем токовые.
Частотные свойства резисторов. При работе резисторов в диапазоне ча- стот сопротивление может изменяться относительно его номинала при постоянном токе, что приводит к изменению выходных параметров и устойчивости работы функциональных узлов, блоков и РЭА в целом. Эти изменения, особенно для мегагерцевого диапазона частот, могут составлять единицы децибел.
В общем случае упрощенная эквивалентная схема резистора для высоких частот (рис.71) кроме собственно активного сопротивления R включает реактивные составляющие – индуктивности L’пар и L"пар и емкость Спар. Так как они ухудшают частотные свойства резисторов, их часто называют паразитными. В различных типах резисторов паразитные индуктивности и емкость образуются по-разному, поэтому и меры, предусматривающие их уменьшение, также отличаются. Более подробно мы рассмотрим это при описании конкретных типов резисторов. В проволочных резисторах паразитные индуктивности образуются в обмотке провода и в выводах, а паразитная емкость - между витками обмотки.