Razdel_2_Konspekta_lektsiy_po_EiEKUiS

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.

Резисторы ПЭ, ПЭВ, ПЭВР, ПЭВТ (ПЭ – проволочные эмалированные, В – влагостойкие, Р – регулируемые с хомутиком, Т – термостойкие) предыдущих выпусков и их современные модификации – резисторы С5-35, С5-36, С5-37В – имеют значительные мощности рассеивания (до 100 Вт), большие массы (до 300 г) и габариты и применяются в силовых установках (например, в выпрямителях).

Резисторы С5-31 (микропроволочные микроминиатюрные) применяются в микроэлектронной аппаратуре, например в радиоприемных трактах, вычислительных устройствах, и устанавливаются непосредственно на подложках гибридных ИС.

Переменные резисторы. В радиовещательной и телевизионной аппаратуре в качестве регуляторов громкости, тембра, яркости, контрастности, частоты строк и кадров, размеров телевизионного изображения и для других целей используют переменные резисторы общего назначения. Кроме того, эти резисторы служат регуляторами параметров, зависящих от протекающего тока или снимаемого напряжения в производственной, медицинской и другой специальной аппаратуре. Так как во всех случаях они выполняют роль регулировочных элементов, необходимых при эксплуатации аппаратуры, к ним предъявляют требования удобства использования, плавности изменения сопротивления по тому или иному закону (линейному, логарифмическому, экспоненциальному), надежности и быстрой замены при ремонте.

Рис. 75. Переменные непроволочные резисторы общего назначения: а – сп3-19а, 6 – сп3-

28, в– СП4-3-0,125

Кроме регулировочных переменных резисторов общего назначения для настройки и регулировки радиоаппаратуры, особенно массового выпуска, при ее изготовлении используют подстроечные малогабаритные резисторы.

Эти резисторы обычно устанавливают внутри корпуса радиаппаратуры и

после				ее
настройки	и регулировки	их оси законтривают		нитроэмалью, чтобы
избежать	изменения	сопротивления	при	механических идругих
воздействиях, например при транспортировке.
Композиционные		непроволочные	переменные резисторы

общего назначения имеют характерные конструкции, одна из которых была показана на рис. 69. Однако разнообразие таких дополнительных признаков,

как одинарная или спаренная конструкция, с выключателем и экраном или без них, радиальные или аксиальные, жесткие или гибкие выводы, одинарная или двойная ось, со стопором оси или без него обусловило наличие большого числа различных по форме, габаритам и массе типов этих резисторов (рис. 75, а – в).

Резисторы СП2-6 (поверхностные металлизированные) имеют цилиндрический корпус диаметром 16 мм и длиной 15,9 мм с аксиальными выводами на одном из торцов, выполняются одинарными со сплошными или полными валами осей со шлицами либо сдвоенными с концентрическими валами.

Переменные резисторы СП3 и ранее выпускаемые СП (композиционные поверхностного типа) имеют корпус-экран, радиальные выводы и токопроводящий элемент в виде подковообразной пластины из гетинакса с нанесенной на одну из ее сторон токопроводящей композицией. Они могут быть одинарными и спаренными, с выключателем и без него, со стопором оси и без него. Резисторы СП3-1а и СП3-1б (бескорпусные), со штампованными полугибкими выводами предназначены в качестве подстроечных для аппаратуры массового выпуска на печатном монтаже.

Резисторы СП3-10М, используемые как регулировочные, выполняются в трех вариантах: сдвоенные с независимым вращением осей, сдвоенные с выключателем и одинарные с двухполюсным выключателем. Диаметр этих резисторов 29 мм, а масса от 35 до 71 г. Резисторы СП3-19 (подстроечные малогабаритные керметные) предназначены для специальной аппаратуры и имеют небольшие массу и. габариты, большую номинальную мощность и повышенную стабильность сопротивления. Резисторы СПЗ-28 (подстроечные бескорпусные) имеют форму квадрата со стороной 4,5 х 4,5 мм, высоту не более 1,5 мм и массу не более 0,2 г.

Резисторы СП4 и ранее выпускаемые СПО (объемные) имеют запрессованный в керамическое основание объемный токопроводящий элемент на органической связке и армированные в основании аксиальные штыревые выводы.

Рис. 76. Переменные проволочные резисторы общего назначения:

а – СП5-2В, б – СП5-3В, в – СП5-16ВА-0,25, г – СП5-20В

Проволочные переменные сильноточные и слаботочные резисторы (рис. 76, а – г) используются в качестве регулировочных и подстроечных элементов при эксплуатации и настройке РЭА.

Сильноточные резисторы прежних выпусков ППБ и ППБЕ (проволочные переменные бескаркасные) имеют резистивный элемент, получаемый 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 СП516 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.

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 С5-22, предназначенные для работы в условиях высокого вакуума, имеют 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.

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 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 С3-14 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).

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 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.