ประสิทธิภาพและการประยุกต์ใช้ตัวต้านทานความแม่นยำสูง

การพัฒนาและการใช้เทคโนโลยีใหม่ ๆ ในอุตสาหกรรมตัวต้านทานได้นำไปสู่การลดขนาดของตัวต้านทานลดลงอย่างรวดเร็ว ความต้องการของตลาดใหม่ได้ผลักดันผู้ผลิตส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์เพื่อพัฒนาผลิตภัณฑ์ที่มีประสิทธิภาพและความมั่นคงที่ดีขึ้น เนื่องจากการใช้ตัวต้านทานความแม่นยำประเภทต่าง ๆ กลายเป็นที่แพร่หลายมากขึ้นเรื่อย ๆ ประสิทธิภาพของตัวต้านทานความแม่นยำจึงมีความสำคัญมากขึ้น พารามิเตอร์หลักของตัวต้านทานความแม่นยำรวมถึงค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ (TCR), ค่าสัมประสิทธิ์พลังงาน (PCR), ความเสถียรในระยะยาว, ความสามารถในการต่อต้านสแตติก (ESD), แรงไฟฟ้าความร้อน (EMF), เสียงรบกวน ฯลฯ
การปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมของระบบทำได้ผ่านส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์หรือระบบย่อยแต่ละรายการ ประสิทธิภาพโดยรวมถูกกำหนดโดยลิงก์ที่อ่อนแอที่สุดในระบบวงจร แต่ละองค์ประกอบนำข้อ จำกัด ด้านประสิทธิภาพบางอย่างมาสู่ระบบวงจรโดยรวม โดยเฉพาะอย่างยิ่งการโอเวอร์โหลดระยะสั้นความเสถียรในระยะยาวการตอบสนองความถี่และเสียงรบกวน ในอุตสาหกรรมตัวต้านทานที่ไม่ต่อเนื่องมีเทคโนโลยีตัวต้านทานที่ได้รับความนิยมสี่ตัวตัวต้านทานแบบสัดไวโอลินตัวต้านทานฟิล์มหนาตัวต้านทานฟิล์มบางและตัวต้านทานฟอยล์ให้ลูกค้าด้วยโซลูชั่นที่มีความต้องการประสิทธิภาพที่แตกต่างกันและงบประมาณที่แตกต่างกัน
ตารางที่ 1 สรุปข้อดีและข้อเสียของเทคโนโลยีตัวต้านทานต่าง ๆ ผลกระทบความร้อนความเครียดทางกลและลักษณะทางไฟฟ้า
ความเครียดไม่ว่าจะเป็นกลไกหรือความร้อนทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในคุณสมบัติทางไฟฟ้าของตัวต้านทาน หากตัวต้านทานเปลี่ยนรูปร่างความยาวการกำหนดค่าหรือโครงสร้างโมเลกุลเนื่องจากความเครียดคุณสมบัติทางไฟฟ้าของตัวต้านทานก็จะเปลี่ยนไปเช่นกัน
เมื่อกระแสไหลผ่านองค์ประกอบตัวต้านทานมันจะสร้างความร้อนด้วยตนเองและการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิทำให้วัสดุขยายหรือหดตัวเชิงกลไก องค์ประกอบตัวต้านทานในอุดมคติมีความสามารถในการปรับสมดุลปรากฏการณ์เหล่านี้โดยอัตโนมัติ ระบบการปรับปรุงความเสถียรสามารถรักษาความสมบูรณ์ของคุณสมบัติทางกายภาพขององค์ประกอบตัวต้านทานผ่านกระบวนการผลิตและขจัดความจำเป็นในการชดเชยความร้อนและความเครียดในระหว่างการใช้ตัวต้านทาน
เราจะเปรียบเทียบลักษณะของเทคโนโลยีตัวต้านทานที่แตกต่างกันและหารือเกี่ยวกับการใช้ตัวต้านทานแต่ละประเภทในวงจรความแม่นยำ
ตัวต้านทานฟอยล์
อัลลอยตัวต้านทานฟอยล์พิเศษ (นิกเกิล/โครเมียมและสารเติมแต่ง) ถูกผูกมัดกับเมทริกซ์เซรามิกพิเศษที่มีความต้านทานควบคุมเพื่อปรับสมดุลความเครียดที่เกิดจากความร้อนและความเครียดทางกล รูปแบบเส้นทางตัวต้านทานเป็นเลเซอร์ที่สลักเข้าไปในโลหะผสมต้านทานฟอยล์ กระบวนการนี้รวมถึงลักษณะสำคัญของการดริฟท์อุณหภูมิต่ำความเสถียรในระยะยาวไม่เป็นอิสระไม่รู้สึกถึงไฟฟ้าคงที่ความจุต่ำความเสถียรทางความร้อนที่รวดเร็วและเสียงรบกวนต่ำในเทคโนโลยีตัวต้านทานเดียว
คุณสมบัติเหล่านี้นำความเสถียรและความน่าเชื่อถือสูงมาสู่ระบบวงจร ไม่มีการพิจารณาการประนีประนอมระหว่างความแม่นยำของตัวต้านทานความเสถียรและความเร็วในการตอบสนอง เพื่อให้ได้ค่าความต้านทานที่แม่นยำฟอยล์โลหะฟอยล์โลหะจำนวนมากมีความสมดุลและเลือกสรรแถบสั้น ๆ ภายใน เมื่อต้องรับมือกับข้อกำหนดความต้านทานสูงพื้นที่จะถูกตัดในการเพิ่มความต้านทานที่ทราบเพื่อเพิ่มค่าความต้านทานในขั้นตอนเล็ก ๆ
ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิมาตรฐาน± 1 ppm/ องศา 0 ระดับถึง + 60 องศา (0 05 ppm/ องศา Z-foil) ที่ได้จากโลหะผสมตัวต้านทานฟอยล์

การออกแบบเส้นทางตัวต้านทานแบบขนานในระนาบฟอยล์โลหะช่วยลดการเหนี่ยวนำด้วยการเหนี่ยวนำสูงสุดของ {{0}}. 08 μh ความจุสูงสุดคือ 0.5 pf เวลาตอบสนองของตัวต้านทาน 1- kΩน้อยกว่า 1 ns สูงถึง 100 MHz เวลาเพิ่มขึ้นถูกกำหนดโดยค่าตัวต้านทาน แต่ค่าที่สูงกว่าหรือต่ำกว่าจะช้ากว่าค่ากลางเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ไม่มีเสียงเรียกเข้ามีความสำคัญอย่างยิ่งในวงจรสวิตช์ความเร็วสูงเช่นตัวแปลงสัญญาณ
ความต้านทาน DC ของ A 1- kΩฟอยล์โลหะจำนวนมากสามารถเปรียบเทียบกับความต้านทาน AC ที่ 100 MHz โดยใช้สูตรต่อไปนี้:
AC Resistance/DC Resistance=1. 001
เทคโนโลยีตัวต้านทานฟอยล์ผลิตตัวต้านทานที่มีข้อกำหนดพิเศษที่ไม่สามารถใช้งานได้และเป็นที่ต้องการ สิ่งเหล่านี้รวมถึงอุณหภูมิดริฟท์ของ {{0}}. 2 ppm/ องศาความแม่นยำต่ำถึง± 0 001 %, 1000- ชั่วโมงความเสถียรของชีวิต± 0.005 % (50 ppm) และความต้านทานคงที่อย่างน้อย 25 kV
ผลิตภัณฑ์ที่ดีต้องดีแค่ไหน?
แน่นอนว่าไม่ใช่ทุกการออกแบบของวิศวกรวงจรที่ต้องการประสิทธิภาพสูงโดยรวม ในหลายแอปพลิเคชันตัวต้านทานประสิทธิภาพต่ำจะพอเพียงดังนั้นคำตอบจึงแบ่งออกเป็นสี่ประเภท
1. ตัวต้านทานฟอยล์โลหะสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมของอุปกรณ์
2. ตัวต้านทานฟอยล์โลหะหนึ่งตัวขึ้นไปสามารถบรรลุประสิทธิภาพที่ดีที่สุดของอุปกรณ์
3. ตัวต้านทานฟอยล์โลหะสามารถปรับปรุงการพัฒนาเทคโนโลยีวงจรและปรับปรุงคุณสมบัติที่ดีของตัวต้านทานความแม่นยำ
4. วางแผนที่จะใช้ตัวต้านทานที่แม่นยำสำหรับการพิจารณาระยะยาว (ตัวอย่างเช่น: ตัวต้านทานฟอยล์โลหะมีประสิทธิภาพมากกว่าการเพิ่มอุปกรณ์ที่มีราคาแพงเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของวงจรเล็กน้อยเพื่อรักษาความแม่นยำของวงจร)
ในหมวดที่สองตัวอย่างเช่นพารามิเตอร์เดียวจะต้องชั่งน้ำหนักกับเศรษฐกิจการออกแบบโดยรวม การใช้ตัวต้านทานประสิทธิภาพที่สูงขึ้นสามารถประหยัดค่าใช้จ่ายได้เนื่องจากวงจรชดเชยสามารถลดลงได้ (และค่าใช้จ่ายของส่วนประกอบที่เกี่ยวข้องและการติดตั้งจะถูกบันทึกไว้) การปรับปรุงความแม่นยำของตัวต้านทานนั้นมีประสิทธิภาพมากกว่าการปรับปรุงอุปกรณ์เนื่องจากการปรับปรุงอุปกรณ์เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพบางอย่างนั้นมีราคาแพงกว่าตัวต้านทานที่แม่นยำ
ตัวต้านทานที่มีความแม่นยำ
โดยทั่วไปแล้วตัวต้านทาน Wirewound จะถูกแบ่งออกเป็นตัวต้านทาน Wirewound และตัวต้านทาน Wirewound ที่มีความแม่นยำ ตัวต้านทานพลังงานลวดจะเปลี่ยนไปอย่างมากในระหว่างการใช้งานและไม่สามารถใช้ในแอพพลิเคชั่นที่ต้องการประสิทธิภาพที่แม่นยำของตัวต้านทาน ดังนั้นเราจะไม่หารือเกี่ยวกับตัวต้านทานพลังงาน
ในระหว่างกระบวนการผลิตของตัวต้านทานลุยพื้นผิวด้านในของลวดต้านทาน (ด้านข้างใกล้กับโครงกระดูกฉนวน) จะถูกบีบและพื้นผิวด้านนอกของมันจะถูกตึงเครียด การเสียรูปถาวรเกิดขึ้น
การเสียรูปที่เกิดจากกระบวนการนี้และในระหว่างการหลอมของลวดในภายหลังนั้นเป็นสิ่งประดิษฐ์เมื่อเทียบกับการเสียรูปยืดหยุ่นหรือย้อนกลับได้ การเสียรูปแบบเชิงกลถาวรที่คาดเดาไม่ได้ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงแบบสุ่มในคุณสมบัติทางไฟฟ้าและความต้านทานของลวด ผลลัพธ์คือพารามิเตอร์ประสิทธิภาพที่หลากหลาย
ตัวต้านทาน Wirewound ทำจากแผลลวดบนโครงกระดูกฉนวน สายไฟขนาดและความยาวที่แตกต่างกันให้ความต้านทานและลักษณะที่คาดการณ์ได้ ตัวต้านทาน Wirewound ที่มีความแม่นยำมีคุณสมบัติป้องกันการป้องกันและเสียงรบกวนต่ำกว่าฟิล์มบางและตัวต้านทานฟิล์มหนา ตัวต้านทาน Wirewound ยังมีอุณหภูมิที่ลดลงและความเสถียรที่ดีขึ้น
ตัวต้านทาน WireWound สามารถมีความแม่นยำเริ่มต้นที่± 0. 005 % อุณหภูมิดริฟท์อาจต่ำถึง 3 ppm/ องศาโดยทั่วไป แต่สำหรับตัวต้านทานการต้านทานต่ำโดยทั่วไปจะเป็น 15 ppm/ องศาถึง 25 ppm/ องศา เสียงรบกวนจากความร้อนต่ำและอุณหภูมิการติดตามลอยอยู่นอกช่วงอุณหภูมิในการทำงานอาจถึง± 2 ppm/ องศา ควรมีความชัดเจนว่าตัวต้านทาน Wirewound ไม่มีผลิตภัณฑ์บรรจุภัณฑ์ SMD (SMD ไม่ได้ขึ้นรูปและตัวต้านทาน Wirewound Mount ที่ขึ้นรูปบางตัวไม่ได้เป็นตัวต้านทาน SMD) ดังนั้นตัวต้านทาน Wirewound ไม่สามารถใช้ในสถานการณ์ที่ต้องใช้น้ำหนักและปริมาตรของตัวต้านทาน
อย่างไรก็ตามเนื่องจากโครงสร้างที่คดเคี้ยวของตัวต้านทานลุยสายต้านไวโอลินตัวต้านทานลวดถูกอุปนัยและขดลวดที่คล้ายกันทำให้เกิดความจุ เทคโนโลยีม้วนพิเศษอาจถูกนำมาใช้เพื่อลดการเหนี่ยวนำเพื่อปรับปรุงเวลาตอบสนองในระหว่างการใช้ตัวต้านทาน เนื่องจากการออกแบบอุปนัยและการปรับตัวโดยธรรมชาติตัวต้านทานแบบลุยสเตอร์ไม่มีลักษณะความถี่สูงที่ดี โดยเฉพาะอย่างยิ่งในแอปพลิเคชันที่สูงกว่า 50kHz เนื่องจากปัจจัยการเหนี่ยวนำและราคาตัวต้านทานที่มีความแม่นยำจะถูกกำจัดในขณะนี้
ตัวต้านทานฟิล์มบาง ๆ
ตัวต้านทานฟิล์มบางทำโดยการระเหยวัสดุฟิล์มที่มีความต้านทานบางอย่างที่มีความหนา 50 ถึง 250 angstroms ลงบนพื้นผิวเซรามิกโดยใช้วิธีการที่คล้ายกับการระเหย [1 angstrom (a)=10 นาโนเมตร] ตัวต้านทานฟิล์มบางสามารถสร้างค่าความต้านทานที่สูงขึ้นในพื้นที่ที่กำหนดกว่าตัวต้านทาน wirewound และตัวต้านทานฟอยล์และราคาถูกกว่า สิ่งนี้ทำให้ตัวต้านทานฟิล์มบางเป็นตัวเลือกที่ประหยัดกว่าในการใช้งานที่จำเป็นต้องมีตัวต้านทานความต้านทานสูงขนาดกลางที่จำเป็นและมีการพิจารณาประสิทธิภาพของพื้นที่
ตัวต้านทานฟิล์มบางมีความไวต่ออุณหภูมิ ความหนาที่เหมาะสมของฟิล์มสามารถเลือกได้เพื่อสร้างค่าความต้านทานที่หลากหลาย แต่ฟิล์มเฉพาะสามารถสร้างตัวต้านทานที่มีช่วงความต้านทานที่แน่นอนเท่านั้น ดังนั้นฟิล์มที่มีความหนาต่าง ๆ ใช้ในการผลิตตัวต้านทานที่มีช่วงความต้านทานต่าง ๆ
ความเสถียรของฟิล์มได้รับผลกระทบจากการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ กระบวนการเปลี่ยนแปลงของความเสถียรของความชราของฟิล์มขึ้นอยู่กับความหนาของฟิล์มเพื่อให้ได้ค่าความต้านทานที่ระบุดังนั้นช่วงความต้านทานจึงเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา อายุเคมี/เครื่องกลยังรวมถึงการเกิดออกซิเดชันของโลหะผสมต้านทานที่เกิดจากการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ
อุณหภูมิล่องลอยของฟิล์มที่มีความหนาที่เหมาะสมอาจมีผลกระทบต่อค่าความต้านทาน ตัวต้านทานฟิล์มบางที่มีความต้านทานสูงมีอัตราการเสื่อมสภาพมากขึ้น เพราะฟิล์มทินเนอร์ยิ่งไวต่อการออกซิเดชั่นมากขึ้นเท่านั้น เนื่องจากตัวต้านทานฟิล์มบาง ๆ นั้นบางมากจึงได้รับผลกระทบจากกระแสไฟฟ้าคงที่
นอกจากนี้เนื่องจากส่วนองค์ประกอบโลหะมีขนาดเล็กมากตัวต้านทานฟิล์มบาง ๆ จึงมีความอ่อนไหวต่อการกัดกร่อนที่เกิดจากความชื้น เมื่อไอน้ำผ่านแพ็คเกจตัวต้านทานมันจะนำสิ่งสกปรกและพัฒนาการกัดกร่อนทางเคมีทำให้ฟิล์มต้านทานล้มเหลวภายในไม่กี่ชั่วโมงหลังจากใช้โหลดแรงดันไฟฟ้าต่ำ DC
ผ่านการสะสมของฟิล์มหลายชั้นในระยะยาวการปรับความต้านทานความแม่นยำสูงและหลังการคัดกรองตัวต้านทานฟิล์มบางที่มีความแม่นยำที่ดีที่สุดสามารถบรรลุอุณหภูมิดริฟท์± 2ppm/ องศาและความแม่นยำ± 0. 01%และความเสถียรระยะยาวที่ดี อย่างไรก็ตามพลังงานไม่สูงส่วนความต้านทานต่ำมีประสิทธิภาพที่ไม่ดีมันไม่ได้ต่อต้านการคงที่ค่าสัมประสิทธิ์พลังงานไม่ดีมันเป็นเรื่องยากที่จะตอบสนองการจัดหาแบทช์ขนาดเล็กและความสอดคล้องของแบทช์ที่แตกต่างกันนั้นไม่ดี
ตัวต้านทานฟิล์มหนา
ในการสนทนาก่อนหน้านี้เราอธิบายว่าไม่สามารถใช้ตัวต้านทาน Wirewound ในแอปพลิเคชันชิปเนื่องจากขนาดบรรจุภัณฑ์และน้ำหนัก ในการใช้งานที่แม่นยำน้อยกว่าตัวต้านทาน wirewound ตัวต้านทานฟิล์มหนามักใช้กันทั่วไปเพราะตัวต้านทานฟิล์มหนามีค่าความต้านทานหนาแน่น (ความต้านทานสูง/ขนาดเล็ก) และราคาถูกกว่า
ตัวต้านทานฟิล์มหนามีการตอบสนองความถี่เร็วขึ้นคล้ายกับตัวต้านทานฟิล์มบางและตัวต้านทานฟอยล์ แต่ในเทคโนโลยีตัวต้านทานที่หลากหลายตัวต้านทานฟิล์มหนาเป็นเสียงที่ดังที่สุด เมื่อใช้ในการใช้งานที่แม่นยำน้อยกว่าตัวต้านทานฟิล์มหนาจะถูกกล่าวถึงและใช้กันอย่างแพร่หลายในวงจรประเภทต่างๆรวมถึงส่วนที่แม่นยำน้อยกว่าของวงจรความแม่นยำสูง
ฟิล์มหนาขึ้นอยู่กับการสัมผัสกับอนุภาคกับอนุภาคบนเมทริกซ์แก้วเพื่อสร้างเส้นทางความต้านทาน จุดสัมผัสเหล่านี้ก่อให้เกิดความต้านทานทั้งหมด อย่างไรก็ตามอนุภาคเหล่านี้ถูกปิดกั้นโดยความเครียดจากความร้อนในระหว่างการใช้ตัวต้านทาน เนื่องจากพวกเขามีเส้นทางขนานมากมายเส้นทางการต่อต้านจะไม่ถูกทำลาย อย่างไรก็ตามค่าความต้านทานจะเพิ่มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไปและเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ดังนั้นตัวต้านทานฟิล์มหนาจึงไม่เสถียรเท่ากับเทคโนโลยีตัวต้านทานอื่น ๆ
โครงสร้างอนุภาคยังหมายความว่าตัวต้านทานฟิล์มหนามีค่าสัมประสิทธิ์เสียงรบกวนสูงเนื่องจากการรวมและการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนตัวต้านทานผ่านโครงสร้างนี้สร้างเสียงรบกวนที่ค่อนข้างใหญ่ สำหรับตัวต้านทานขนาดที่กำหนดค่าความต้านทานที่สูงขึ้นและปริมาณโลหะที่ต่ำกว่ายิ่งเสียงและความเสถียรน้อยลงเท่านั้น โครงสร้างแก้วของตัวต้านทานฟิล์มหนาจะเป็นเสื้อคลุมป้องกันแก้วเพื่อป้องกันตัวต้านทานในระหว่างการประมวลผลซึ่งยังทำให้ตัวต้านทานฟิล์มหนาทนต่อความชื้นมากกว่าตัวต้านทานฟิล์มบาง
ผ่านการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องของน้ำพริกตัวต้านทานฟิล์มหนาเทคโนโลยีตัวต้านทานฟิล์มหนาที่แม่นยำที่สุดสามารถบรรลุอุณหภูมิดริฟท์± 5ppm/ องศาและแม้กระทั่งการใช้ชิปตัวต้านทานฟิล์มหนาหลายตัวที่สามารถชดเชยกันและกันได้ ความแม่นยำสูงสุดของมันยังสามารถเข้าถึง± 0. 01% ตัวต้านทานฟิล์มหนาที่มีความแม่นยำเป็นเทคโนโลยีหลักในการใช้งานแรงดันสูงความต้านทานสูงและการใช้งานที่มีความแม่นยำสูง ข้อเสียของตัวต้านทานฟิล์มหนาคือมันยากที่จะบรรลุความแม่นยำสูงและอุณหภูมิต่ำในส่วนความต้านทานต่ำดัชนีเสียงไม่ดีและความเสถียรในระยะยาวโดยทั่วไปจะแย่กว่าตัวต้านทานความแม่นยำอื่น ๆ