KONSPEKT_LEKTsIJ_EiEKUiS

намоткой изолированного провода на триацетатную пленку с последующим ее сплющиванием и сушкой.

Резисторы СП5-16, СП5-1В, СП5-4В (слаботочные подстроечные) соответственно круглой и прямоугольной формы, имеют армированные в пластмассовом основании жесткие выводы. Сопротивление резистора СП5-16 изменяют, вращая изоляционный винт, который вращает ползун по намотанному на медный кольцевой каркас проводу, а резистора СП5-1В(4В) – с помощью пары: микрометрический винт – изоляционная гайка, т. е. ползуном, который прямолинейно перемещается по проводу, намотанному по образующей на цилиндрический алюминиевый каркас. Применение медных и алюминиевых оксидированных каркасов улучшает частотные свойства резисторов, так как в результате появления в них токов Фуко возникают переменные поля, обратные по направлению полю намотки.

Наиболее распространенными из проволочных подстроечных резисторов с подстроечным винтом, вращающим роторный диск (ползун), являются резисторы СП5-2, СП5-3 и их разновидности. Эти резисторы имеют форму квадрата со стороной не более 13 мм, высота – не более 6,4 мм. Выводы резистора СП5-2 – от корпуса штыревые длиной 6,5 мм, а у СП5-3 – со среза одного из торцов гибкие залуженные.

Резисторы СП5-20В в форме цилиндра диаметром 23 мм и длиной от 25 до 37 мм имеют радиальные выводы.

Прецизионные резисторы. Прецизионными являются резисторы повышенной точности ±(0,05 ÷ 5)% и стабильности (ТКС≈10-4 1/оС), номинальные сопротивления которых составляют от 1 Ом до 1 МОм, предельные рабочие напряжения – не более сотен вольт, диапазон номинальных мощностей рассеивания – от 0,05 до 2 Вт, частотный диапазон - до единиц мегагерц, а изменение сопротивления к концу срока службы – несколько процентов.

Рис. 77. Прецизионные резисторы:

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

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, некоторые их типы показаны на рис. 77, а – г.

61

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. Однако развитие микрометаллургии (получение микропровода в стеклянной изоляции) позволило изготовлять проволочные резисторы, габариты которых сравнимы с габаритами прецизионных непроволочных резисторов и даже меньше. В результате принятия ряда конструктивных мер (встречная намотка, намотка двойным проводом, применение металлических каркасов) паразитные индуктивность и емкость проволочных резисторов могут быть сведены к необходимому минимуму, а тем самым может быть обеспечена работа этих резисторов в мегагерцевом диапазоне.

Резисторы ПКВ (проволочные на керамическом каркасе влагостойкие), предназначенные для работы в условиях высокой влажности и повышенных температур, крепят на платах винтами, шпильками и шайбами. Так как резисторы ПКВ имеют значительные габариты и массу; применение их в малогабаритной аппаратуре нецелесообразно.

Резисторы С5 устанавливаются в микроэлектронной аппаратуре на печатных платах и подложках гибридных ИС. Резисторы С5-5 обычного и тропического исполнения выполняют намоткой с шагом манганинового провода на керамический каркас, который уплотняют кремнийорганической резиной, фторопластовой лентой и защищают металлическим кожухом, а с торцов – керамическими шайбами. Диаметр этих резисторов от 6,15 до 11,2 мм, а длина от 20 до 52 мм. Резисторы С5-15 прямоугольной формы, выполненные из микропроволоки в стеклянной изоляции, имеют самые меньшие размеры (4 х 3, 6 х 2,5 мм), массу, номинальную мощность, наиболее вибропрочны и устанавливаются на подложках гибридных ИС. Резисторы С522, предназначенные для работы в условиях высокого вакуума, имеют

62

широкий диапазон номинальных сопротивлений и размеры 8 х 8 х 3,6 мм. Резисторы С5-25В диаметром от 7 до 11 мм и длиной от 17 до 22,5 мм в отличие от резисторов С5-5 не имеют металлического корпуса и защищены от действия внешней среды лишь компаундом. Поэтому верхний предел их рабочей температуры меньше.

Резисторы С5-41 (высокочастотные – до 1МГц) прямоугольной формы (27 х 10 х 3,5 мм) используются только для печатного монтажа. Резисторы С5-53 и С5-54, применяемые на частотах до 1кГц, имеют диаметр от 9 до 19 мм и длину от 20 до 56 мм.

Высокочастотные резисторы и резисторы СВЧ. Высокочастотными являются резисторы, не изменяющие существенно свое сопротивление на радиочастотах выше 10 МГц. Такие резисторы обладают малым сопротивлением (от единиц до сотен ом), средними точностью ± (5 ÷ 20) и стабильностью (ТКС ≈ 5 • 104 1/оС). Номинальная мощность рассеивания лежит в пределах от 0,1 – 200 Вт, рабочие напряжения не превышают сотен вольт, а сопротивление в процессе старения изменяется не более чем на 5 – 15%. Высокочастотные резисторы обычно используют при конструировании высоко и сверхвысокочастотных трактов аппаратуры в качестве согласующих нагрузок, а также в измерительной приемно-передающей и радиолокационной аппаратуре.

Главное свойство этих резисторов – высокочастотность – обеспечивается отсутствием нарезки, а в ряде случаев – проволочных выводов и покровной эмали. Отсутствие нарезки приводит к тому, что в резисторе не возникает паразитная емкость, а следовательно, его сопротивление не зависит от частоты, так как отсутствует емкостный шунт. Это ограничивает диапазон номинальных сопротивлений (не более 200 – 300 Ом), но в диапазоне СВЧ более высоких номиналов сопротивлений не требуется. Отсутствие проволочных выводов сводит к минимуму паразитную индуктивность, что также расширяет частотный диапазон использования резисторов. Наконец, отсутствие - покровной эмали уменьшает шунтирующее действие диэлектрика на токопроводящий слой и улучшает теплоотвод с поверхности резисторов рассеиваемой мощности, которая в диапазоне СВЧ является ограничивающим фактором.

63

Рис. 13. Высокочастотные, высокомегаомные, высоковольтные и специальные резисторы:

а – МОН-0,5, б – С5-32Т, в – КИМ-Е, г – С3-6, д – терморезистор СТ3-14, е – фоторезистор СФ2-5, ж – магниторезистор

Некоторые типы высокочастотных резисторов приведены – на рис. 78,а,

б.

Резисторы МОН (металлоокисные незащищенные) диаметром от 4,2 до 8,6 мм и длиной от 10,8 до 18,5 мм выпускаются обычного и тропического исполнения в трех вариантах: с аксиальными выводами от стержня цилиндрической формы; без выводов, той же формы, но с контактными колпачками, по торцам стержня либо с контактными поясками на его краях.

Резисторы МОУ (металлоокисные ультравысокочастотные) используются в качестве безреактивных поглотителей энергии и выполняются в виде стержней, трубок и шайб. Резисторы С2-11, конструктивно оформленные так же, как резисторы МЛТ, обладают повышенной ―высотностью‖, т.е. могут эксплуатироваться при значительно низких атмосферных давлениях. Резисторы С2-34 цилиндрической формы имеют диаметр от 2,2 до 4,2 мм и длину от 6 до 10,8 мм, т. е. достаточно миниатюрны и используются в высокочастотных микроузлах.

Резисторы С5-32Т (микропроволочные малогабаритные) имеют длину 6 мм и диаметр 2,6 мм и обладают повышенной ―высотностью‖. Паразитная индуктивность составляет не более 0,1 мкГн. Герметизация кремнийорганическим компаундом делает их устойчивыми к воздействию нейтронного и γ-излучения.

Р е з и с т о р ы СВЧ представляют особую группу и способны работать на частотах до 10 ГГц. Эти резисторы рассчитаны на эксплуатацию в диапазоне температур от – 60 до + 85 и даже до + 125 оС при вибрационных нагрузках от 7,5 до 40 g, ударах от 35 до 150 g и пониженном атмосферном давлении от 666 до 1,33 • 10-4Па. Резисторы С6-1, имеющие номинальную

64

мощность рассеивания от 0,125 до 1 Вт и массу от 0,7 до 6,5 г, выполнены в виде тонкослойной (1 мм) металлизировайной пластины со стороной квадрата от 4,5 до 45,6 мм. Резисторы С6-3 диаметром 3,1 мм и длиной (с выводами) 14 мм выполнены в виде керамической трубки обычного предохранителя. Резйсторы С6-4 используются в микрополосковых гибридных ИС на частотах до 10 ГГц и выпускаются по заказам заводовизготовителей РЭА. Резисторы С6-6 предназначены для работы в диапазоне мощностей от 0,5 до 10 Вт йа частотах до 4 ГГ ц и имеют пластинчатую форму длиной от 4 до 20 мм, шириной от 3-до 6 мм, толщиной 1 мм, либо цилиндрическую диаметром от 1,5 до 4 мм и длиной от 12 до 24 мм.

Высокомегаомные и высоковольтные резисторы. Резисторы

специального назначения

В ы с о к о м е г а о м н ы е р е з и с т о р ы, отличительной особенностью которых является низкий уровень номинальной мощности рассеивания (порядка десятков милливатт и меньше), имеют сопротивление от единиц – десятков мегаом до тысячи гигаом. Точность этих резисторов ± (5 ÷ 30) %, ТКС≈10-31/оС, рабочие напряжения – сотни вольт, изменение сопротивления к концу срока службы 10 – 30%. Высокомегаомные резисторы применяют в измерительной РЭА (для измерения весьма слабых токов низкой частоты, в дозиметрах излучений и д.р.).

Повышенные значения сопротивлений высокомегаомных резисторов получают применением композиций со значительным удельным сопротивлением в виде тонких пленок, что ограничивает мощность, рассеиваемую на поверхности резисторов, до единиц – долей милливатт.

В ы с о к о в о л ь т н ы е р е з и с т о р ы, имеют предельные рабочие напряжения порядка.десятков киловольт; номинальные сопротивления – сотни килоом – десятки гигаом, точность 10 – 20%, ТКС = 10-3 1/оС и изменяют сопротивление к концу срока службы на 10 – 25%. Номинальная мощность рассеивания колеблется от десятков милливатт до десятков ватт. Эти резисторы применяют в высоковольтных цепях передающей и другой РЭА в качестве делителей напряжения, поглотителей и др, некоторые типы высокомегаомных и высоковольтных резисторов приведены – на рис. 78, в, г.

Высокомегаомные резисторы КИМ-Е (композиционный изолированный малогабаритный), номинальная мощность рассеивания которых равна 0,125 и 0,05 Вт, имеют соответственно длину 8 и 3,8 мм и диаметр 2,5 и 1,8 мм. Примерно аналогичны по конструкции резисторы С3-10.

Высоковольтные резисторы С3-6 цилиндрической формы с радиальными выводами, номинальная мощность рассеивания которых равна 0,5 и 1 Вт, имеют соответственно диаметр 5,7 и 9,5 мм и длину 26 и 47 мм. Резистор С314 может быть как высоковольтным, так и высокомегаомным. Во втором случае его предельные рабочие напряжения не превышают 350 В (при номинальной мощности рассеивания от 0,01 до 0,125 Вт).

65

Р е з и с т о р ы с п е ц и а л ь н о г о н а з н а ч е н и я (рис. 78,д – ж) основаны на принципах изменения сопротивления в зависимости от приложенного напряжения (варисторы), освещенности (фоторезисторы), температуры (терморезисторы) или мощности (термисторы). Эта группа резисторов по эксплуатационным параметрам и их диапазонам не может быть охарактеризована как единое целое. Обычно такие резисторы применяют в качестве измерителей, стабилизаторов и преобразователей различного рода сигналов в электрические сигналы и используют в аппаратуре автоматики и телемеханики, а также измерительной и индикаторной РЭА.

Резисторы интегральных микросхем. Все элементы полупроводниковых ингегральных схем транзисторы, диоды, резисторы и конденсаторы) создаются на базе р-n-переходов в теле кремниевой подложки методами, эпитаксии и диффузии. Резисторы полупроводниковых схем получают в базовой облости и их сопротивление определяется ее сопротивлением, которое лежит в пределах от 25 Ом до единиц килоом.

Технологическая точность резисторов не превышает ± 30%, а ТКС = ±103,1/оС.

Резисторы толстоплѐночных микросхем получают методом шелкографии

– нанесение через трафареты на поверхность керамических подложек (керамики 22ХС) специальных паст с последующим их вжиганием (методом горячей керамики).

Наибольшее распространение в микроэлектронной технике специального назначения получили тонкоплѐночные микросхемы, на базе которых создаются большие гибридные интегральные схемы. Объясняется это тем, что тонкоплѐночная технология позволяет расширить пределы номинальных значений параметров элементов и получить более высокую точность, стабильность и надѐжность.

Резисторы тонкопленочных схем создают, напыляя металлы или другие токопроводящие вещества обычно на ситалловые подложки. Конфигурация резисторов определяется топологией (размещением и размерами) резистивного слоя масок, через ―окна‖ в которых проводится напыление. При этом используют как вакуумное термическое испарение, так и катодное распыление. Процесс напыления выполняют в специальных вакуумных установках.

Маски могут быть металлическими и фоторезистивными. Фоторезистивные маски получают методом фотолитографии, разрешающая способность которого составляет единицы микрометра. Однако из технологических и точностных соображений минимально допустимую ширину ―окна‖ в маске выбирают равной 50-100 мкм. Для напыления резисторов применяют сплав МЛТ-ЗМ, тантал, керметы и силициды.

Основным параметром напыляемого материала является сопротивление квадрата его поверхности ρٱ= ρυ/d, где ρυ- удельное обьѐмное сопротивление, Ом • см; d – толщина напыляемой пленки, см.

Важными параметрами для, расчета тонкопленочных резисторов являются также ТКС и удельная мощность рассеивания Р0. Основные параметры

66

тонкопленочных резисторов, получаемых на основе различных напыляемых материалов, приведены в табл. 24

Таблица 24. Основные параметры тонкоплѐночных резисторов

Материал	ρٱОм/ٱ	ТКС = ±10-4,1/оС	Р0, мВт/мм2
МЛТ-3М	200-500	±(1,2÷2,4)	10
Тантал	300-1000	±(0,1÷1)	30
Керметы	2000-10000	±(0,5÷7)	20
Силициды	4000-5000	-	10

Рис. 79. Геометрия тонкоплеочного резистора

типа ―меандр‖:

1ср и b – средняя длина и ширина резистора, t, a, L и В –шаг, расстояние между звеньями, длина и ширина меандра

Тонкопленочные резисторы могут иметь форму полоски или меандра (рис. 79) и обладают рядом преимуществ перед полупроводниковыми: они более стабильны (± 10-41/оС), точны (до ± 5%) и имеют диапазон номиналов сопротивлений до 100 кОм, который обычно ограничивается в пределах от 50 Ом до 50 кОм.

67

Тема 2.2 КОНДЕНСАТОРЫ

Классификация и конструкции

Принцип действия конденсатора основан на способности накапливать на обкладках электрический заряд при приложении к ним разности потенциалов.

По назначению конденсаторы делят на контурные, блокировочные, разделительные, фильтровые, термокомпенсирующие и подстроечные, а по характеру изменения емкости – на постоянные, переменные и полупеременные.

По материалу диэлектрика различают три вида конденсаторов : с газообразным, жидким и твѐрдым диэлектриком. К первому относят переменные и полупеременные воздушные конденсаторы и газонаполненные постоянные, а ко второму – маслонаполненные и с синтетической жидкостью, которые ограниченно применяют в радиоаппаратуре. Широкое распространение и наибольшее количество типов имеют конденсаторы третьего вида. В зависимости от материала диэлектрика их подразделяют на группы, присваивая сокращенные обозначения : керамические на номинальное рабочее

Напряжение до 16000 В (К10) и выше 1600 В (К15); стеклянные (К21), стеклокерамические (К22), стеклоэмалевые (К23); слюдяные (К31); бумажные с фольговыми обкладками на напряжение до 2 кВ (К40) и выше 2 кВ (К41), а также бумажные с металлизированными обкладками (К42); электролитические фольговые алюминиевые (К50), танталовые или ниобиевые (К51) и танталовые объѐмнопористые (К52); оксиднополупроводниковые (К53) и оксиднометаллические (К54); вакуумные (К61); полистирольные с фольговыми и с металлизированными обкладками плѐночные (К70) и (К71); фторопластовые плѐночные (К72); полиэтилентерефталатные с металлизированными и с фольговыми обкладками плѐночные (К73 и К74); комбинированные плѐночные (К75) и лакопленочные (К76); поликарбонатные и полипропиленовые плѐночные (К77 и К78); переменные вакуумные (КП1); подстроечные воздушные (КТ22) и с

твѐрдым	диэлектриком	(КТ4).
Конденсаторы	тонкопленочных

гибридных и полупроводниковых ИС имеют твѐрдый диэлектрик. Современное производство рассчитано в основном на изготовление

керамических,	плѐночных,	электролитических	и	оксидно-
		68

полупроводниковых конденсаторов (рис.80). Конденсаторы могут быть пакетной, трубчатой, дисковой, литой секционированной, рулонной и многопластинчатой конструкций.

Пакетная конструкция характерна для слюдяных (рис.81,а - в), стеклоэмалевых, стеклокерамических и некоторых керамических конденсаторов. Пакет 4 собирают из чередующихся пластинок 2 слюды и напыленных металлизированных обкладок 3, соединяемых в общий контакт фольговыми полосками 1 по торцам пакета, к которому припаивают выводы 6 в виде проволочек или лент. Обкладки стеклоэмалевых, стеклокерамических и некоторых керамических конденсаторов выполняют вжиганием пасты на основе серебра. Пакетную конструкцию опрессовывают и покрывают влагозащитной эмалью.

Рис. 81 Слюдяной конденсатор с металлизированными обкладками;

а– сборка пластин, б – пакет пластин после сборки, в – опрессованный конденсатор;

1– фольговая полоска, 2 – пластинка слюды, 3 – металлизированная обкладка, 4 –пакет пластин, 5 – обжимка, 6 –проволочный вывод, 7 – пластмассовая опрессовка.

Трубчатая конструкция характерна для некоторых керамических конденсаторов (рис.82, а, б). Серебряные обкладки 4 и 5 наносят вжиганием на внешнюю и внутреннюю поверхности керамических трубок 6, имеющих толщину стенок 0,25 мм и более. Для присоединения гибких проволочных выводов 1 внутреннюю обкладку выводят на внешнюю поверхность трубки и создают между ней и внешней обкладкой изолирующий «поясок» 2. В миниатюрных конденсаторах выводы припаивают к обкладкам, не закручивая и не создавая перехода. Трубчатые конденсаторы имеют влагостойкое эмалевое покрытие, по цвету которого определяют группу их стабильности емкости.

Рис. 82. Трубчатый керамический

Рис.83.Дисковый

керамический

69

конденсатор:

конденсатор:

а – общий вид, б – конструкция;	а – общий вид, б – конструкция;
1– проволочный вывод, 2 – изолирующий «поясок»,	1– проволочный вывод, 2,4 – верхняя и нижняя
3 – эмаль, 4, 5 – внутренняя и внешняя обкладки,	обкладки из серебра, 3 – припой, 5 – керамический
6 – керамическая трубка	диск

Дисковая конструкция характерна для некоторых постоянных и полупеременных керамических конденсаторов (рис. 83, а, б). Серебряные обкладки 2 и 4 вжигаются в обе плоскости керамического диска и имеют форму полумесяца (при жѐстком креплении проволочных выводов 1, проходящих через толщу диска 5) или круга (при пайке проволочных выводов к обкладкам). Дисковые конденсаторы также покрывают цветной эмалью.

Литая секционированная конструкция характерна для керамических конденсаторов КЛС (керамические литые секционированные – рис. 84) и КЛГ (керамические литые герметизированные). Конденсаторы изготовляют литьем горячей керамики. Минимальная толщина стенок 100 мкм, а воздушного зазора (прорези) между ними 130 – 150 мкм. Обкладки наносят на поверхности стенок окунанием в серебряную пасту и вжиганием ее. Для коммутации секций сошлифовывают торцы пазов и наращивают общие обкладки, после чего припаивают к ним проволочные выводы.

Рис. 84. Керамические литые секционированные; 1 – керамическая заготовка, 2 – поверхность выводной обкладки,

3 – воздушный зазор.

Рулонная конструкция характерна для бумажных (рис. 85, а, б), пленочных и электролитических конденсаторов сухого типа. Бумажные и пленочные конденсаторы изготовляют, одновременно свертывая в рулон фольговые обкладки 2, разделенные бумагой 1 или пленкой (толщина бумаги не менее 5 мкм, пленки 10 –20 мкм, обкладок из алюминия 80 мкм).

Обкладки металлобумажных и металлопленочных конденсаторов получают нанесением тонкого металлического слоя (сотые доли микрометра) на поверхность ленты из диэлектрика.

70