Прецизионное сопротивление что это
ПРЕЦИЗИОННЫЕ РЕЗИСТОРЫ
В местном магазине «Радиолюбитель», к слову старейшем в городе, есть отдел, а точнее прилавок который зовётся «радиоразбор», тоже самое, что «авторазбор» у автомобилистов. Вот там и попалась на глаза неказистая текстолитовая плата, изготовленная в середине прошлого века, и уж не как не позже. Внимание привлёк резистор С5-5В-1Вт номиналом 1 кОм с допуском 0,05%.
Такой резистор захочешь, так побегаешь – поищешь, а когда нужно и не найдёшь. А тут дело случая – надо брать, цена сплошной бонус – 25 рублей. На плате ещё какие-то электронные компоненты, по виду больше похожие на конденсаторы, но маркировка не знакомая и не понятная. Ну да не в них дело.
Принёс домой, стал рассматривать и вникать. С резистором в 1 кОм всё понятно: прецизионный, постоянный, проволочный, выводной, для постоянного и переменного тока мощностью 1 Вт, с допуском по точности 0,05%. В хозяйстве очень пригодится как эталонный. Использовать по-другому недопустимая роскошь для любителя, да и не нужная. Парочка так же прецизионных, постоянных, но не проволочных С2-14 номиналом 549 кОм уже менее интересна, нет надёжи на их допуск и всё тут. Попытался разобраться с крупными компонентами в стеклянном корпусе под маркировкой МРХ, забил в поисковик и выяснилось, что это старинные прецизионные резисторы с допуском отклонения от номинала 0,5% (в этом конкретном случаеРазобрал платку на составляющие и получил, для дальнейшего использования, желаемое + кучку полезностей коих на современных платах не найдёшь.
К купленному на AliExpress китайскому мультиметру Mastech MY62 отношение было всегда двойственное. С одной стороны никаких объективных нареканий, а с другой отсутствия полного доверия к его показаниям. Мало ли они что там понаписали в приложенном паспорте – руководстве пользователя. С первого по пятый пределы измерения сопротивления погрешность измерения 0,8%, шестой 1% и седьмой 5%. А тут представился случай как минимум удостовериться в этом, имея теперь резисторы с допуском не хуже 0,5%. Причём этим резисторам можно верить.
К сожалению, проверить предел «200» (200 Ом) не представилось возможным, подходящего номинала среди резисторов МРХ нет и не будет, их выпуск начинался с 10 кОм, зато приобретённый С5-5В в 1 кОм с допуском в 0,05% на пределе «2k» показал весьма отрадный результат. Даже и не надеялся на такое.
На пределе «20k» уже резистор МРХ подтверждает точность измерения сопротивления мультиметром не хуже 0,5%.
На четвёртом пределе «200k» уже сразу три резистора разного номинала «бьют в яблочко». По сути, далее, на следующих пределах измерения в радиолюбительских конструкциях достаточно высокая точность уже и не нужна.
Вот и в подтверждение моих слов предел «2М» вместо 898 кОм выдаёт 895 кОм, недостача 3 кОм или 0,3%. Учитывая, что производитель указывает здесь 1% всё равно хороший результат.
Шестой предел «20М» ожидаемо выдаёт погрешность. Вместо 4М99 в наличии 4М96, пропало 30 кОм – 0,6%. А 8М98 недобрали 60 кОм – почти 0,7%. Но это вместо заявленных 5%.
Для справки
Прецизионные резисторы применяют в точной измерительной аппаратуре и ответственных цепях аппаратуры специального назначения, а также как элементы магазинов сопротивлений, в цепях делителей и шунтов повышенной точности и в качестве различных датчиков и нагрузок схем.
Прецизионные резисторы могут быть проволочными и непроволочными. В обоих случаях для обеспечения их высокой точности выполняют технологическую подгонку под заданный допуск номинального сопротивления. В первом случае изменяют число витков при намотке, а во втором – юстируют токопроводящий элемент, например дополнительно нарезая витки на каркасе. Чтобы обеспечить высокую стабильность прецизионных резисторов, используют разные способы. В непроволочных резисторах уменьшают перегрев токопроводящего слоя, увеличивая поверхность теплоотдачи, резисторы подвергают длительной электротермотренировке.
Очевидно что эти меры не являются наиболее рациональными, поэтому в настоящее время используется лишь ограниченное количество непроволочных прецизионных резисторов: из ранее выпущенных типов – УЛИ (углеродистые лакированные для измерительной техники) и БЛП (бороуглеродистые лакированные прецизионные) и выпускаемые в настоящее время С2-13, С2-14.
В качестве прецизионных резисторов наиболее часто используют проволочные, которые изготовляют из проволоки, имеющей положительный малый температурный коэффициент удельного сопротивления, а также не изменяющей своих свойств в процессе старения и слабо подверженной действию окружающей среды.
Основными недостатками проволочных резисторов являются довольно высокая стоимость, большие габариты и часто ограниченный частотный диапазон.
Вывод
При этом отдаю себе отчет, что измерения производил не по максимально возможному сопротивлению указанных пределов. Тем не менее есть теперь достаточно высокая степень доверия к показаниям мультиметра Mastech. Вот такую пользу уже принесли древние резисторы обладателем, которых и стал-то случайно. Автор Babay iz Barnaula.
Форум по обсуждению материала ПРЕЦИЗИОННЫЕ РЕЗИСТОРЫ
Варианты выполнения гальванической развязки USB порта. Современные микросхемы для емкостной, оптической и электромагнитной развязки.
Микроконтроллер ATtiny13 и MOSFet транзисторы будут управлять светодиодными лентами в этой схеме ЦМУ.
В нескольких схемах рассмотрим, можно ли параллельно включать стабилизаторы напряжения, микросхемы типа LM317 и аналогичные.
Что такое резистор
Резистор (от латинского «resisto», что означает «сопротивляюсь») – это пассивный элемент электрической цепи, обладающий определённым или переменным значением электрического сопротивления. В отличие от активных элементов, пассивные не имеют возможности управлять потоком электронов.
В народе резисторы называют «резюками» или просто «сопротивление». Резисторы отвечают за линейное преобразование силы тока в напряжение и наоборот, а также для ограничения тока и поглощения электрической энергии.
Резистор является одним из самых популярных компонентов и используется в большинстве электронных устройств.
Содержание статьи
Для чего нужен резистор в электрической цепи
Наглядный пример работы резистора
С помощью резистора в электроцепи ограничивают ток, получая нужную его величину. В соответствии с законом Ома, чем больше сопротивление при стабильном напряжении, тем меньше сила тока.
Закон Ома выражается формулой U = I*R, в которой:
Также резисторы работают как:
Основные характеристики резисторов
Параметры, которые нужно учитывать при выборе резистора, зависят от характера схемы, в которой он будет использован. К основным характеристикам относятся:
При необходимости принимают во внимание предельное рабочее напряжение, избыточный шум, устойчивость к температуре и влаге, коэффициент напряжения. Если деталь планируется установить в аппарат, работающий на высоких и сверхвысоких частотах, учитывают паразитную емкость и паразитную индуктивность. Эти величины должны быть минимальными.
Способ монтажа
По технологии монтажа резисторы разделяют на выводные и SMD.
Выводные резисторы
Радиальный выводной резистор
Аксиальный выводной резистор
Предназначены для монтажа сквозь печатную плату. Выводы могут располагаться аксиально и радиально. Такие детали использовались в старой аудио- и видеоаппаратуре. Сейчас они применяются в простых аппаратах и в тех случаях, когда использование SMD-резисторов по каким-либо причинам невозможно.
Выводные резисторы по конструкции бывают проволочными, металлопленочными и композитными.
Из чего состоит резистор проволочного типа
В проволочных резисторах резистивным компонентом является проволока, намотанная на сердечник. Бифилярная намотка (двумя параллельными проводами, изолированными друг от друга, или обычным двужильным проводом) снижает паразитную индуктивность. К концам обмотки присоединяют выводы из многожильной меди или латунных пластин. Для защиты от влаги, механических повреждений и загрязнений, проволочные резюки покрывают неорганической эмалью, устойчивой к повышенным температурам.
Чем отличается металлопленочный резистор от проволочного
У металлопленочного резистора резистивным элементом является не проволока, а пленка из металлосплава. Резистивные компоненты (проволока или пленка) в резисторе изготавливаются из сплавов с высоким удельным сопротивлением: манганина, константана, нихрома, никелина.
SMD-резисторы
SMD-резисторы (или чип-резисторы) рассчитаны на поверхностный монтаж и выводов не имеют. Эти миниатюрные детали малой толщины изготавливаются прямоугольной или овальной формы. Имеют небольшие контакты, впаянные в поверхность. Их преимущества – экономия места на плате, упрощение и ускорение процесса сборки платы, возможность использования для автоматизированного монтажа.
SMD-резисторы изготавливают по пленочной технологии. Они могут быть тонко- и толстопленочными. Резистивную толстую или тонкую пленку наносят на изоляционную подложку. Подложка выполняет две функции: основания и теплоотводящего компонента.
Из чего делают чип-резисторы
Тонкопленочные элементы, к которым предъявляются особые требования по влагостойкости, изготавливаются из нихрома. При производстве толстопленочных моделей используются диоксид рутения, рутениты свинца и висмута.
Виды резисторов по характеру изменения сопротивления
Резисторы бывают постоянными и переменными. Постоянные имеют два вывода и стабильное сопротивление, отображенное в маркировке. В переменных (регулировочных и подстроечных) резисторах этот параметр меняется в допустимых пределах, в зависимости от рабочего режима.
В переменных резюках три вывода. На схеме указывается номинал между крайними выводами. Значение сопротивления между средним выводом и крайними регулируется путем перемещения скользящего контакта (бегунка) по резистивному слою. При этом сопротивление между средним и одним из крайних выводов возрастает, а между средним и другим крайним выводами – падает. При движении «бегунка» в другую сторону эффект обратный.
Что делают подстроечные резисторы
Они созданы для периодической подстройки, поэтому подвижная система рассчитана на небольшое количество циклов перемещения – до 1000.
Регулировочные резисторы рассчитаны на многократное использование – более 5 тысяч циклов.
Типы резисторов по характеру вольтамперной характеристики
По ВАХ резисторы разделяются на линейные и нелинейные. Сопротивление линейных резюков не зависит от напряжения и тока, а сопротивление нелинейных элементов меняется, в зависимости от этих (или других) величин. Малогабаритные линейные детали типа МЛТ (металлизированные лакированные термостойкие) используются в аппаратуре связи – магнитофонах и радиоприемниках.
Примером нелинейных резисторов может служить обычная осветительная лампочка, чье сопротивление в выключенном состоянии намного меньше, чем в режиме освещения. В фоторезисторах сопротивление меняется под действием света, в терморезисторах – температуры, тензорезисторах – деформации резисторного слоя, магниторезисторах – магнитного поля.
Виды резисторов по назначению
Резисторы по назначению разделяются на два основных типа – общего назначения и специальные. В свою очередь, специальные сопротивления делятся следующим образом:
Шумы резисторов и способы их уменьшения
Собственные шумы резистивных элементов состоят из тепловых и токовых шумов. Тепловые шумы, спровоцированные движением электронов в токопроводящем слое, усиливаются при повышении температуры нагрева детали и температуры окружающей среды. При протекании тока генерируются токовые шумы. Токовые шумы, значение которых существенно выше тепловых, в основном характерны для непроволочных резисторов.
Способы борьбы с шумами:
Обозначение резисторов на схеме
| Обозначение по ГОСТ 2.728-74 | Описание |
 | Постоянный резистор без указания номинальной мощности рассеивания |
 | Постоянный резистор номинальной мощностью рассеивания 0,05 Вт |
 | Постоянный резистор номинальной мощностью рассеивания 0,125 Вт |
 | Постоянный резистор номинальной мощностью рассеивания 0,25 Вт |
 | Постоянный резистор номинальной мощностью рассеивания 0,5 Вт |
 | Постоянный резистор номинальной мощностью рассеивания 1 Вт |
 | Постоянный резистор номинальной мощностью рассеивания 2 Вт |
 | Постоянный резистор номинальной мощностью рассеивания 5 Вт |
Обозначение переменных, подстроечных и нелинейных резисторов на схемах:
| Обозначение по ГОСТ 2.728-74 | Описание |  | Переменный резистор (реостат). |
 | Переменный резистор, включенный как реостат (ползунок соединён с одним из крайних выводов). |
 | Подстроечный резистор. |
 | Подстроечный резистор, включенный как реостат (ползунок соединён с одним из крайних выводов). |
 | Варистор (сопротивление зависит от приложенного напряжения). |
 | Термистор (сопротивление зависит от температуры). |
 | Фоторезистор (сопротивление зависит от освещённости). |
Условное обозначение резистора на схеме – прямоугольник размерами 4х10 мм. На схемах значение сопротивления постоянного резюка менее кОма проставляется рядом с его условным обозначением числом без единицы измерения. При номинале от одного кОм до 999 кОм рядом с числом ставят букву «К», от одного МОм – букву «М». Характеристики резисторов указывают на их поверхности, для чего применяют буквенно-цифровой код или группу цветных полосок.
Примеры буквенно-цифрового обозначения для сопротивления, выраженного целым числом:
Если для выражения величины сопротивления используется десятичная дробь, то порядок расположения цифр и букв будет иным, например:
Если сопротивление выражается числом, отличным от нуля и с десятичной дробью, то буква в обозначении играет роль запятой, например:
Производители в силу несовершенства производственной технологии не в состоянии на 100% гарантировать соответствие заявленного значения сопротивления фактическому. Допустимая погрешность обозначается в % и проставляется после номинального значения, например ±5%, ±10%, ±20%. Класс точности может определяться буквой, в зависимости от производителя, – русской или латинской.
Чип-резисторы Panasonic: надежность на первом месте
Вячеслав Гавриков (г. Смоленск)
Компания Panasonic является одним из лидеров рынка резисторов. В статье дан обзор чип-резисторов производства компании Panasonic, в частности – серий с оптимизированными параметрами: прецизионных тонкопленочных, токоизмерительных, антисерных, резисторов с повышенной стойкостью к статике и импульсным нагрузкам, резисторных сборок. Все чип-резисторы Panasonic сертифицированы по AEC-Q200.
Резисторы являются неотъемлемой частью современной электроники. Они используются для решения широкого спектра задач: для ограничения тока, для подтяжки в схемах с открытым стоком, измерения больших и малых токов, создания фильтров, реализации делителей напряжения и многого другого.
К сожалению, в настоящий момент невозможно создать универсальный резистор на все случаи жизни. Дело в том, что в каждом конкретном приложении к резисторам предъявляются различные требования. Например, для времязадающих цепочек требуются высокостабильные резисторы с минимальной температурной зависимостью и высокой начальной точностью. В то же время токоизмерительные резисторы должны обладать низким сопротивлением и высоким рейтингом мощности. Не стоит забывать и о таком важном параметре как стоимость, ведь для подавляющего большинства приложений вполне хватает резисторов общего назначения, которые не отличаются выдающимися электрическими характеристиками, зато их цена оказывается минимальной.
Таким образом, чтобы соответствовать требованиям различных приложений, производителям приходится выпускать не только резисторы общего назначения, но и специализированные серии. Причем каждый производитель стремится опередить конкурентов и предложить потребителям дополнительные фирменные технологии и инновации.
Одним из лидеров в данной отрасли является компания Panasonic, которая выпускает богатую номенклатуру резисторов [1, 3]:
Важнейшим преимуществом резисторов Panasonic является их высочайшая надежность. Это, с одной стороны, объясняется использованием новейших фирменных технологий, в частности технологии мягких выводов (Soft Termination Technology), а с другой – правильной организацией контроля качества. Подтверждением последнего является тот факт, что большая часть продукции компании сертифицирована в соответствии с AEC-Q200.
Надежность от Panasonic: технология мягких выводов (Soft Termination Technology) и сертификация AEC-Q200
В большинстве приложений SMD-резисторы распаиваются на жестких печатных платах, например, на платах из стеклотекстолита FR4. Однако, несмотря на жесткую основу печатной платы, SMD-резисторы сталкиваются с механическими напряжениями, вызванными двумя основными причинами, это:
В результате деформации печатной платы SMD-компоненты, в том числе резисторы, могут растрескиваться. На рисунке 1 поясняется механизм растрескивания традиционного SMD-резистора при тепловом расширении печатной платы. В традиционных резисторах внутренние электроды напрямую подключаются ко внешним электродам, образуя жесткое соединение. Чаще всего в качестве подложки для SMD-резисторов используют керамику на основе поликристаллического оксида алюминия Al2O3 (Alumina) [1, 2]. Коэффициент теплового расширения этого материала составляет 7,6 ppm/°С. В то же время коэффициент теплового расширения FR4 составляет 15 ppm/°С. Такое рассогласование температурных коэффициентов является вполне приемлемым для многих приложений, однако при работе в широком диапазоне рабочих температур разница в физическом расширении может привести к растрескиванию. Фотография такой ситуации представлена на рисунке 2.
Рис. 1. Разница температурных коэффициентов расширения может привести к растрескиванию резистора
Рис. 2. Растрескивание резистора при разогреве платы
При растрескивании происходит либо полный, либо частичный разрыв электрической связи. При неполном растрескивании резистор может вести себя абсолютно непредсказуемо, например, электрическая связь с этим компонентом может пропадать и появляться из-за локальных перегревов или элементарной тряски. Разумеется, такой сценарий является крайне нежелательным. Для решения проблемы была предложена технология мягких выводов.
Суть решения заключается в том, что между внутренними и внешними жесткими металлическими электродами размещают буферный слой из эластичного проводящего полимерного материала. Благодаря своей эластичности этот буферный слой компенсирует разницу в коэффициентах расширения. Структура резистора с мягкими выводами показана на рисунке 3.
Рис. 3. Благодаря своей эластичности буферный слой из проводящего полимера предотвращает растрескивание
Все ведущие производители имеют в своей линейке продукции отдельные серии резисторов, выполненные по технологии мягких выводов. Однако именно Panasonic использует эту технологию во всех своих SMD-резисторах, что является одной из причин их повышенной надежности.
Как показывают испытания, технология мягких выводов от Panasonic отличается высокой эффективностью, благодаря таким показателям как:
Рис. 4. Уменьшение числа полных растрескиваний благодаря использованию технологии мягких выводов от Panasonic
Рис. 5. Уменьшение степени растрескивания (отношение длины трещины к полной длине контакта) благодаря использованию технологии мягких выводов от Panasonic
Для большей наглядности на рисунке 6 представлены фотографии резисторов после прохождения ими различного числа тестовых циклов.
Рис. 6. Увеличение степени растрескивания при прохождении испытаний
Второй особенностью, присущей очень многим сериям резисторов от Panasonic, является их сертификация в соответствии с AEC-Q200. Это вовсе не означает, что они целенаправленно производятся для автомобильной отрасли. Дело в том, что к электронным компонентам для автомобильных приложений традиционно предъявляют повышенные требования. Зная это, разработчики очень часто выбирают компоненты с меткой «Automotive», даже если они проектируют электронный блок для промышленного применения. Именно по этой причине сертификация AEC-Q200 в последнее время становится своего рода подтверждением высокого качества и надежности.
Кроме того, компания Panasonic выпускает специальные серии резисторов с защитой от серосодержащих соединений и с повышенной устойчивостью к мощным импульсам. Подробнее о них рассказывается в следующих разделах статьи.
Резисторы общего назначения General Purpose
Резисторы общего назначения являются своего рода «рабочими лошадками» для большинства электронных устройств. Они применяются в тех случаях, когда никаких особых требований к резисторам не предъявляется, например, для ограничения тока в защитных цепях, для задания тока через светодиоды, для подтяжки в цепях с общим стоком и во многих других схемах.
Panasonic предлагает две большие группы резисторов общего назначения: толстопленочные SMD-резисторы общего назначения и толстопленочные прецизионные SMD-резисторы общего назначения.
Толстопленочные SMD-резисторы общего назначения
Данная группа объединяет резисторы десяти стандартных типоразмеров: 901005, 0201 0402, 0603, 0805, 1206, 1210, 1812, 2010, 2512 – с рейтингом мощности от 0,031 Вт (01005) до 1 Вт (2512). Все резисторы данной группы (за исключением ERJXGN) имеют квалификацию AEC-Q200.
Толстопленочные SMD-резисторы общего назначения выпускаются со стандартным разбросом номиналов ±5%, относительно высоким TKR и широким диапазоном сопротивлений 1 Ом…10 МОм (таблица 1).
Таблица 1. Толстопленочные резисторы общего назначения производства Panasonic
Конструкция толстопленочных резисторов общего назначения представлена на рисунке 7. Как уже было сказано, при производстве компания Panasonic использует технологию мягких выводов, что обеспечивает этим резисторам повышенную надежность по сравнению с конкурентами.
Рис. 7. Конструкция резисторов общего назначения
Для именования резисторов Panasonic используется цифро-буквенное обозначение, которое содержит информацию о серии, типоразмере, маркировке, отклонении, номинале сопротивления, упаковке. На рисунке 8 разобран пример именования резисторов общего назначения.
Рис. 8. Именование резисторов общего назначения
Резисторы общего назначения применяются в широком спектре приложений, начиная от коммерческих устройств и медицинской техники, и заканчивая промышленным оборудованием и автомобильной электроникой. В тех случаях, когда от резистора не требуется высокая точность и стабильность, именно резисторы общего назначения будут оптимальным выбором из-за их приемлемой стоимости.
Толстопленочные прецизионные SMD-резисторы общего назначения
Несмотря на большое сходство со стандартными резисторами общего назначения, прецизионные резисторы общего назначения могут использоваться в более широком спектре приложений. Например, для создания точных резистивных делителей, измерительных и времязадающих цепей, фильтров и так далее. При этом области применения прецизионных резисторов общего назначения остаются теми же: промышленная, медицинская, автомобильная электроника и прочее.
Высокоточные прецизионные резисторы High Precision
Panasonic предлагает три группы прецизионных резисторов: сверхточные толстопленочные SMD-резисторы; прецизионные металлопленочные (тонкопленочные) SMD-резисторы; высокостабильные тонкопленочные SMD-резисторы повышенной надежности (таблица 2).
Таблица 2. Высокоточные прецизионные резисторы производства Panasonic
Сверхточные толстопленочные SMD-резисторы
Точность данной группы резисторов ограничивается возможностями толстопленочной технологии. Если их погрешность оказывается слишком большой и не отвечает требованиям конкретного приложения, следует обратить внимание на прецизионные тонкопленочные резисторы.
Прецизионные металлопленочные (тонкопленочные) SMD-резисторы
Если сравнить конструкции толстопленочного резистора (рисунок 7) и тонкопленочного резистора (рисунок 9), с первого взгляда может показаться, что они практически идентичны и отличаются всего лишь типом резистивного элемента. Однако именно это незначительное изменение оказывает огромное влияние на характеристики резисторов.
Рис. 9. Конструкция тонкопленочного резистора
Рис. 10. Сравнение резистивных элементов тонкопленочного (а) и толстопленочного (б) резисторов
Данная группа резисторов является хорошим выбором для создания времязадающих и фазосдвигающих цепей, например, фильтров, критичных к погрешностям и отклонениям. По сути, эти резисторы совместно с прецизионными толстопленочными резисторами покрывают широкую область приложений с различными требованиями к точности и TKR (таблица 3).
Таблица 3. Выбор резисторов с учетом погрешности и TKR
| Отклонение/TKR | 10 ppm | 15 ppm | 25 ppm | 50 ppm | 100 ppm | >100 ppm |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0,05% | ERA ARW* | – | – | – | – | – |
| 0,10% | ERA ARB* | ERA APB* | ERA AEB* | – | – | – |
| 0,25% | ERA ARC* | – | – | – | – | – |
| 0,50% | – | – | ERA AED* | ERA AHD* | ERA AKD* | – |
| – | – | ERJ D** | ERJ D** | – | ||
| 1% | – | – | – | – | ERJ F** | – |
| 5% | – | – | – | – | – | ERJ J** |
| * – Тонкопленочные серии. ** – Толстопленочные серии. | ||||||
Высокостабильные тонкопленочные SMD-резисторы повышенной надежности
Главной проблемой тонкопленочных резисторов становится их чувствительность к мощным помехам и статическим разрядам. Для борьбы с этими недостатками компания Panasonic предлагает использовать ряд мер, реализованных в серии ERAхV:
Низкоомные и токоизмерительные резисторы Current Sensing
Контроль тока требуется в различных приложениях. Например, в портативных малопотребляющих устройствах с батарейным питанием мониторинг тока необходим для контроля уровня заряда батареи, причем речь идет об измерении относительно небольших токов в единицы…сотни мА. В таких приложениях важно, чтобы резистор имел малое сопротивление и очень компактные габариты. С другой стороны, в электроприводах и инверторах очень часто приходится иметь дело с токами в несколько десятков ампер. Очевидно, что в таких приложениях токоизмерительный резистор должен обладать высокой мощностью и очень низким сопротивлением. Если речь идет о работе с очень мощными импульсами, тогда следует рассмотреть возможность использования специализированных серий резисторов с повышенной устойчивостью к импульсным нагрузкам.
Компания Panasonic предлагает широкий выбор низкоомных и токоизмерительных SMD-резисторов (таблица 4):
Таблица 4. Низкоомные и токоизмерительные резисторы Current Sensing производства Panasonic
Стандартные низкоомные толстопленочные SMD-резисторы
По сути, эти резисторы можно считать токоизмерительными резисторами общего назначения. Они могут использоваться в самых различных приложениях от управления двигателями до контроля уровня заряда аккумуляторов.
Разработчикам предлагается широкий выбор типоразмеров (0402/0603/0805/1206/1210/1812/2010/2512) и номинальных сопротивлений 0,1 Ом…9,1 Ом. Резисторы выпускаются со стандартными отклонениями ±0,5/±1/±2/±5% и TKR.
Низкоомные толстопленочные SMD-резисторы повышенной мощности
Отличаются от предыдущей группы удвоенным значением мощности. Например, резисторы типоразмера 0603 имеют номинальную емкость 0,25 Вт, в то время как мощность стандартных резисторов ограничена значением 0,1 Вт.
Очевидно, что эти резисторы будут востребованы в приложениях с жестким ограничением свободного места, так как для решения одной и той же задачи разработчик может использовать меньшее число резисторов или резисторы меньшего типоразмера.
Сверхнизкоомные толстопленочные SMD-резисторы с двухсторонним нанесением резистивного слоя
Для работы с повышенными токами предназначена специализированная серия резисторов с двухсторонним нанесением резистивного слоя. Такая конструкция позволяет обеспечивать высокую мощность и сверхнизкие номинальные сопротивления от 5 мОм.
Так как рейтинг мощности этих резисторов остается таким же, как и у предыдущей группы, а номинал сопротивлений оказывается существенно ниже, эти резисторы способны работать с более высокими токами. Например, резистор ERJ 3BS (типоразмер 0603) с сопротивлением 0,1 Ом и мощностью 0,25 Вт имеет пиковый ток 1,58 А, в то время как самый низкоомный резистор ERJ 3LW с двухсторонним нанесением резистивного слоя 5 мОм и тем же типоразмером позволяет измерять токи до 8,8 А.
Эти резисторы могут использоваться в мощных приложениях, таких как DC/DC-преобразователи, компьютеры, блоки контроля заряда батарей и прочее.
К сожалению, TKR этих резисторов (за исключением ERJ6CW и ERJ8CW) очень часто оставляет желать лучшего (до +700 ppm/°C).
Низкоомные толстопленочные SMD-резисторы с низким TKR
Токоизмерительные резисторы с металлическим резистивным элементом
Как следует из названия, в конструкции этих резисторов присутствует металлическая пластина, которая выполняет роль резистивного элемента (рисунок 11).
Рис. 11. Конструкция токоизмерительных резисторов с металлическим резистивным элементом
Эти резисторы являются идеальным выбором для приложений, в которых приходится иметь дело с очень высокими токами, таких как: электродвигатели, кондиционеры, системы мониторинга заряда мощных батарей и так далее.
Мощные SMD-резисторы с широкими выводами
Хорошо известно, что в большинстве случаев отвод тепла от SMD-компонентов идет преимущественно через выводы. Очевидно, что чем шире будут выводы, тем больше тепла можно передать печатной плате. Именно этот принцип используется в конструкции резисторов ERJ A1/B1/B2/B3 (рисунок 12). Эти резисторы имеют широкий диапазон номинальных сопротивлений 0,005 Ом…1 МОм и начальную погрешность на уровне стандартных толстопленочных низкоомных резисторов.
Рис. 12. Конструкция резисторов с широкими выводами
Мощные SMD-резисторы с широкими выводами и низким TCR
Рис. 13. Благодаря равномерному распределению тепла резисторы ERJ D1 и D2 отличаются низким TKR
Резисторы с повышенной мощностью Small & High Power
Мощность является важным параметром резисторов. Ранее в статье уже были описаны серии, обеспечивающие увеличение мощности за счет различных конструктивных решений, таких как двухстороннее нанесение резистивного слоя и использование широких выводов. Однако при работе в составе импульсных схем этого может быть недостаточно.
Дело в том, что в импульсных схемах даже при относительно низкой средней мощности мгновенная пиковая мощность может быть очень высокой. То же можно сказать и о воздействии статических разрядов. Как показывают исследования [3], статика и мощные импульсы оказывают крайне негативное влияние на резисторы по нескольким причинам:
Так как мощные импульсы и статические разряды отличаются большой мгновенной мощностью, то они одновременно приводят и к разогреву компонента, и к изменению его сопротивления [3].
Для решения этих проблем компания Panasonic применяет особую оптимизированную технологию лазерной подгонки (рисунок 14). При использовании этой технологии вырезы в резистивном слое выполняют плавными (без острых выступов), чтобы избежать концентрации тока в отдельных точках с их последующим разогревом.
Рис. 14. Оптимизированная технология лазерной подгонки
Новая оптимизированная технология лазерной подгонки применяется в таких сериях резисторов как (таблица 5):
Таблица 5. Толстопленочные SMD-резисторы с повышенной устойчивостью к статике и к импульсным воздействиям
| Описание | Наименование | Типоразмер, дюйм | Диапазон сопротивлений | Точность, % | T.C.R. (×10-6/K) | Рейтинг мощности 70°C, Вт | Диапазон рабочих температур, °C |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Толстопленочные SMD-резисторы с повышенной стойкостью к статике | ERJ PA2, P03, PA3, P06, P08, P14 | 0402/ 0603/ 0805/ 1206/ 1210 | 1 Ом…10 МОм (E24, E96) | ±0,5/±1/±5 | ±100/ ±150/ ±200/ ±300/ +400/ +600 | 0,2…0,66 | -55…155 |
| Толстопленочные SMD-резисторы с повышенной стойкостью к импульсным воздействиям | с06, T08, T14 | 0805/ 1206/ 1210 | 1 Ом…1 МОм (E24, E12) | ±5/±10/±2 | ±100/ ±200/ ±300/ +600 | 0,25…0,5 | -55…155 |
Новая технология позволяет существенно поднять рейтинг мощности и уменьшить габариты резисторов (таблица 6). Так, например, резистор ERJ PA типоразмера 0603 имеет такой же рейтинг мощности, что и толстопленочный резистор 1206 общего назначения. В результате площадь, занимаемая резистором на печатной плате, может быть уменьшена более чем на 60%.
Таблица 6. Повышение рейтинга мощности и уменьшение занимаемой площади при использовании резисторов ERJ PA
| Мощность, Вт | Стандартный резистор | Типоразмер резисторов с повышенной мощностью | Снижение габаритов, % |
|---|---|---|---|
| 0,5 | 2010 | 0508 | 80 |
| 0,33 | 1210 | 0508 | 67 |
| 0,25 | 1206 | 0603 | 75 |
| 0,2 | 1206 | 0402 | 89 |
Резисторы серии ERJ PA создавались специально для работы в составе импульсных устройств, а также для приложений, работающих в условиях высокой вероятности возникновения статических разрядов. По сравнению с конкурентами, резисторы ERJ PA способны выдерживать более мощные импульсные сигналы и демонстрировать при этом минимальное изменение сопротивления (рисунок 15).
Рис. 15. Сравнение устойчивости различных резисторов к мощным импульсам
На рисунке 16 демонстрируется тотальное превосходство резисторов ERJ PA над стандартными резисторами по уровню пиковой мощности.
Рис. 16. Сравнение показателей пиковой мощности стандартных резисторов и резисторов ERJ PA
Резисторы с защитой от серных соединений (антисерные) Anti-Sulfurated
Внутренние электроды SMD-резисторов обычно выполняют из серебра или его сплавов. Разумеется, такой выбор не случаен, так как именно серебро обладает рекордными показателями удельного сопротивления и теплопроводности. К сожалению, оставаясь устойчивым ко многим окислителям, серебро оказывается весьма чувствительным к серосодержащим соединениям и, в частности, к сероводороду и сернистому газу. Эти газы, хоть и в небольших концентрациях, могут присутствовать в составе воздуха. При взаимодействии серосодержащих газов с серебром образуются непроводящие пленки. Этот факт оказывается очень важным для электронных компонентов, в частности, для разъемов, реле, резисторов и прочего.
Разумеется, резистивный слой и электроды в резисторах имеют защитное покрытие, однако оно не всегда может справиться с воздействием окружающей среды, особенно в условиях повышенной влажности. Проникая сквозь защитное покрытие, серосодержащие газы вступают в реакцию с серебряными электродами и образуют непроводящие серебряные соединения. В результате сопротивление электрода возрастает, а при длительном воздействии электрический контакт может полностью исчезнуть.
Для борьбы с этим негативным явлением используют два подхода. Первый, самый простой, заключается в использовании дополнительных защитных слоев. Второй, более сложный, состоит в отказе от серебра и переходе к электродам из более инертных металлов, в частности, из золота (Au) или его сплавов. В антисерных резисторах производства Panasonic используется второй подход (рисунок 17).
Рис. 17. Конструкция антисерных резисторов от Panasonic
Panasonic выпускает два типа таких резисторов:
Вариант с золотыми электродами является более дорогим, однако он обеспечивает максимальную стойкость к серосодержащим веществам (рисунок 18).
Рис. 18. Структура антисерных резисторов
Сравнение устойчивости резисторов с электродами из Au и Ag к серосодержащим соединениям представлено на рисунке 19. Как видно из графиков, характеристики резисторов с Au-электродами не изменялись в ходе тестирования, в то время как сопротивление резисторов с Ag-электродами существенно возросло.
Рис. 19. Сравнение устойчивости резисторов с электродами из Au и Ag к серосодержащим соединениям
В настоящее время компания Panasonic выпускает несколько серий резисторов с антисерным исполнением (таблица 7):
Эти серии резисторов по своим характеристикам и приложениям аналогичны стандартным сериям, но предназначены для использования в условиях повышенного содержания серосодержащих газов. Речь идет о промышленности, добывающей отрасли и так далее.
Таблица 7. Серии антисерных резисторов производства Panasonic
Резисторные сборки Network/Array
Существует огромное количество приложений, в которых от резисторов в первую очередь требуется не высокая точность или повышенная мощность, а минимальные габариты. Например, для защиты портов ввода-вывода цифровых устройств часто используют последовательные резисторы (обычно 100 Ом). Если речь идет о подключении сразу нескольких линий, то логично вместо множества отдельных резисторов использовать резисторную сборку. Аналогичным образом можно решить проблему групповой подтяжки нескольких линий к земле или питанию.
В настоящее время компания Panasonic выпускает несколько серий резисторных сборок (таблица 8):
Таблица 8. Резисторные сборки производства Panasonic
Резисторные сборки используют в различных приложениях, в компьютерной технике, телекоммуникационном оборудовании, в промышленных модулях ввода-вывода, в ПЛК и прочем. Кроме того, сборки EXB2，EXB3, EXBU2，EXBU3 отвечают требованиям AEC-Q200 и могут использоваться в автомобильных приложениях.
Заключение
Требования к резисторам постоянно ужесточаются. Многие из этих требований противоречат друг другу. В результате, производителям приходится выпускать специализированные серии резисторов, оптимизированных для решения конкретных задач.
В частности, компания Panasonic, помимо толстопленочных резисторов и резисторных сборок общего назначения, предлагает разработчикам широкий выбор серий с оптимизированными параметрами: прецизионные тонкопленочные резисторы, токоизмерительные резисторы, антисерные резисторы, резисторы с повышенной стойкостью к статике и импульсным нагрузкам и так далее.
Основными преимуществами продукции Panasonic является высокая надежность, использование технологии мягких выводов, сертификация большей части продукции в соответствии с AEC-Q200, широкий выбор специализированных серий и богатая номенклатура типоразмеров и номиналов.