Электрорадиоэлементы устройства функциональной микроэлектроники и технология радиоэлектронных (стр. 7 из 102)
Рисунок 1.3.6 Эквивалентная схема резистора для высоких частот Проволочные резисторы по сравнению с непроволочными гораздо менее высокочастотны и применение их без принятия специальных мер ограничивается областью постоянного тока и диапазоном звуковых частот.
С увеличением частоты, как известно, индуктивная составляющая полного сопротивления растет, а емкостная уменьшается, поэтому сопротивление проволочного резистора может в принципе изменяться и в ту и в другую сторону. Однако с увеличением частоты сопротивление проволочного сопротивления резистора всегда увеличивается. Объясняется это и другой более важной причиной– действием поверхностного эффекта. С увеличением частоты переменного поля в толще проводника индуцируются токи (токи Фуко), которые вытесняют проходящий переменный ток на поверхность проводника. При этом действующее сечение проводника по сравнению с его сечением для постоянного тока (полным сечением) уменьшается и в проводниках круглого сечения принимает форму кольца, образованного разностью между внешним диаметром проволоки d и диаметром, равным d – хэ,.Величину хэ≈1/2 р/(fµ) называют глубиной (мм) проникновения высокочастотного тока в проводник (где р – удельное объемное сопротивление, Ом • мм2/м; f – частота переменного тока, МГц; µ – относительная магнитная проницаемость). Чем выше частота, тем меньше хэ,.
и площадь кольца и тем больше сопротивление проволочного резистора.
В непроволочных резисторах действием поверхностного эффекта можно. пренебречь, так как они имеют зернистую структуру и диаметр зерен, как правило, гораздо меньше глубины проникновения. Для них частотные зависимости сопротивления в основном определяются паразитными емкостью и индуктивностью. В непроволочных резисторах без спиральной нарезки (низкоомных) сопротивление увеличивается с частотой, так как в их эквивалентной схеме нет паразитной емкости, а есть паразитная индуктивность. Для непроволочных резисторов со спиральной нарезкой, на- оборот, влиянием паразитной индуктивности можно пренебречь. Уменьшение сопротивления обусловлено шунтирующим действием паразитной емкости, образуемой как распределенная емкость в пазах нарезки. Чем толще поверхностный токопроводящий слой, выше диэлектрическая проницаемость покрытия и больше число витков нарезки, тем больше паразитная емкость и хуже частотные свойства резистора.
Нелинейные свойства резисторов. Сопротивление резистора может изменяться также в зависимости от режима его работы (приложенного напряжения, протекающего тока, вида переменного поля – непрерывный или импульсный режим). При этом изменения сопротивления выражаются в процентах на единицу напряжения или тока либо просто в процентах при переходе на единицу напряжения или тока либо просто в процентах при переходе от непрерывного режима к импульсному и оцениваются соответственно коэффициентами напряжения, нагрузки или коэффициентом импульсной нагрузки.
Резисторы общего назначения
Резисторы общего назначения используются в качестве элементов аппаратуры средней точности (5 – 20%) и имеют номинальные значения сопротивления от единиц ом до 10 МОм, рабочие напряжения в пределах сотен вольт, диапазон номинальных мощностей рассеивания от 0,125 до 2 Вт и вьше, частотный диапазон до десятков мегагерц, среднее значение ТКС порядка 103 1/oС и изменяют сопротивление к концу срока службы (хранения) не более чем на ±10%.
Резисторы этой группы используются в РЭА широкого потребления, а также в электрических цепях аппаратуры специального назначения, к которым не, предъявляют повышенных требований точности, стабильности и высокочастотности, в качестве анодных и коллекторных нагрузок, сопротивлений утечки и смещения в цепях эмиттера, базы, истока и стока, шунтов колебательных контуров и др.
Постоянные резисторы. Среди множества типов резисторов, выпускаемых промышленностью, большинство является постоянными общего назначения. В их конструкциях используются практически все виды токопроводящих элементов. Так как резисторы, применяемые в микроэлектронной аппаратуре, должны иметь малые массу. и габариты, постепенно исчезают резисторы больших номинальных мощностей рассеивания и, наоборот, появляются резисторы милливаттных мощностей. Учитывая это, рассмотрим постоянные резисторы общего назначения, номинальная мощность которых не превышает 2Вт.
Угл е р од и с т ы е р е з и с т о р ы , предназначенные для цепей постоянного, переменного и импульсного токов радиотехнической и электронной аппаратуры, изготовляются термическим испарением гептана на керамические цилиндрические стержни, имеют радиальные или аксиальные выводы и являются резисторами поверхностного типа. Снаружи резисторы покрыты гидрофобной эмалью зеленого цвета и выпускаются обычного и тропического исполнения. Большинство этих резисторов имеют максимальную рабочую температуру 100оС и рабочую температуру 40 оС, при которой допустим коэффициент нагрузки, равный единице; для резисторов тропического исполнения эти температуры соответственно равны 125 и 70 оС.
Резисторы этой группы достаточно высокочастотны, так как обладают небольшой паразиткой емкостью в витках нарезки из-за меньшей толщины токопроводящего слоя (сотые доли микрометра), малогабаритны и стабильны
(их ТКС средний и всегда отрицательный). Однако из-за широкого применения металлопленочных и быстрого развития микропроволочных высокостабильных резисторов, некоторые типы которых по массе и габаритам не уступают углеродистым, их применение ограничено.
В настоящее время выпускаются углеродистые резисторы С1, предназначенные для работы в условиях сухого и влажного тропического климата, габариты и масса которых значительно меньше, чем у ранее выпускаемых резисторов ВС. Кроме того, они более влагостойки и менее подвержены обрастанию плесневыми грибками.
Металлопленочные резисторы, предназначенные для цепей постоянного, переменного и импульсного токов аппаратуры нормального и тропического исполнения, тепло и влагостойкости, обладают повышенной механической прочностью и часто используются в РЭА. широкого и специального назначения, особенно малогабаритной, так как по размерам они совместимы с ИС. Эти резисторы обладают лучшими электрическими параметрами, чем углеродистые и композиционные при сравнительно небольшой стоимости, что объясняет их широкое применение.
Основанием металлопленочных резисторов служат керамические стержни, на которые наносят термическим испарением пленки (толщиной от десятых долей до единиц микрометра) специальных сплавов, оксидов металлов и металлодиэлектриков. Резисторы имеют аксиальные выводы и снаружи покрыты гидрофобной эмалью, как правило, красного цвета.
По сравнению с углеродистыми металлопленочные резисторы при одной и той же номинальной мощности рассеивания имеют меньшие габариты, так как они в результате применения в качестве токопроводящего слоя оксидов металлов или сплавов, а не углерода более теплостойки. Применение температуростойкого покрьттия обеспечивает им повышенную влагозащиту. Недостатками металлопленочных резисторов являются сравнительно небольшая стойкость к импульсной нагрузке и меньший частотный диапазон, чем у углеродистых. Объясняется это большей толщиной токопроводящего слоя, ввиду чего в нарезке возникают локальные перегревы, разрушающие его края, а также увеличивается паразитная межвитковая емкость.
Основными типами металлопленочных резисторов, применяемых в настоящее время, являются МЛТ, ОМЛТ, МТ, МТЕ и группы С2. Металлизированные резисторы МТ и МТЕ имеют немного более вытянутую форму, чем резисторы МЛТ и ОМЛТ, и более теплостойки. Металлоокисные резисторы, С2-6 способны работать до температуры + 300 оС, станатные (из сплава олова) ниточные микрорезисторы С2-12 применяют в гибридных ИС.
К о м п о з и ц и о н н ы е р е з и с т о р ы, используемые для тех же целей, что углеродистые и металлопленочные, пригодны для работы в условиях сухого и влажного тропического климата. Отличительными особенностями этих резисторов являются высокая вибропрочность, обеспечиваемая запрессовкой выводов в основание, большой уровень собственных шумов до 10мкВ/В) и зависимость сопротивления от приложенного напряжения. Число типов в этой группе невелико.
Композиционные ниточные резисторы С3-3 длиной 3 и 6 мм, шириной 0,45 мм и толщиной 0,8 и 1 мм используются для установки на подложках гибридных ИС.
Резисторы группы С4 и ранее выпускаемые ТВО (тепло- и влагостойкие объемные) имеют прямоугольную форму. Объемный токопроводящий слой запрессован в стеклоэмалевую или стеклокерамическую оболочку (см. рис. 67). Эти резисторы имеют сравнительно малые габариты и массу и хорошо компонуются на печатных платах. Номинальная мощность рассеивая резисторов ТВО до 60 Вт. Резисторы С4-1 длиной от 13,5 до 36,5 мм, высотой от 4 до 6 мм и шириной от 2,2 до 5 мм – наиболее теплостойкие (до 350 оС).
П р о в о л о ч н ы е р е з и с т о р ы обладают повышенной температурной стабильностью и термостойкостью. Основные недостатки этих резисторов – ограниченный диапазон значений сопротивлений (до сотен кОм) и довольно высокая стоимость.