ביצועים ויישום של נגדי דיוק גבוהים

פיתוח ושימוש בטכנולוגיות חדשות בענף הנגד הביאו להפחתה חדה בגודל הנגדים. דרישות שוק חדשות הניעו גם יצרני רכיבים אלקטרוניים לפתח מוצרים עם ביצועים ויציבות טובים יותר. ככל שהשימוש בסוגים שונים של נגדי דיוק הופך להיות נפוץ יותר ויותר, הביצועים של נגדי דיוק הפכו חשובים יותר. הפרמטרים העיקריים של נגדי דיוק כוללים מקדם טמפרטורה (TCR), מקדם כוח (PCR), יציבות לטווח הארוך, יכולת אנטי-סטטית (ESD), כוח אלקטרומוטיבי תרמי (EMF), רעש וכו '.
השיפור של הביצועים הכוללים של המערכת מושג באמצעות כל רכיב אלקטרוני או תת -מערכת. הביצועים הכוללים נקבעים על ידי הקישור החלש ביותר במערכת המעגלים. כל רכיב מביא כמה מגבלות ביצועים למערכת המעגלים הכוללת. בפרט, עומס יתר לטווח קצר, יציבות לטווח הארוך, תגובת תדרים ורעש. בתעשיית הנגד הבודדים, ישנן ארבע טכנולוגיות נגדיות פופולריות, נגדי חוט, נגדי קולנוע עבים, נגדי סרטים דקים ונגדי נייר כסף, ומספקים ללקוחות פתרונות עם דרישות ביצועים שונות ותקציבים שונים.
טבלה 1 מסכמת בקצרה את היתרונות והחסרונות של טכנולוגיות נגדים שונות, השפעות תרמיות, לחץ מכני ומאפיינים חשמליים.
מתח, בין אם מכני או תרמי, גורם לשינויים בתכונות החשמליות של נגדים. אם הנגד משנה צורה, אורך, תצורה או מבנה מולקולרי כתוצאה מלחץ, גם התכונות החשמליות של הנגד ישתנו.
כאשר הזרם זורם דרך אלמנט הנגד, הוא מייצר חימום עצמי, ושינויים בטמפרטורה גורמים לחומר להתרחב או להתכווץ באופן מכני. לאלמנט הנגד האידיאלי יש את היכולת לאזן אוטומטית תופעות אלה. מערכת שיפור היציבות יכולה לשמור על שלמות התכונות הפיזיות של אלמנט הנגד בתהליך הייצור ולבטל את הצורך לפצות על חימום עצמי ולחץ במהלך השימוש בנגד.
נשווה את המאפיינים של טכנולוגיות נגדי שונות ונדון בשימוש בכל סוג של נגדי במעגלי דיוק.
נגדי נייר כסף
סגסוגות נגד נייר כסף מיוחדות (ניקל/כרום ותוספים) קשורות למטריצה ​​קרמית מיוחדת עם עמידות מבוקרת לאיזון הלחצים הנגרמים כתוצאה מחום ולחץ מכני. דפוס נתיב הנגד הוא לייזר שנחרט לסגסוגת הנגד. תהליך זה משלב באופן ייחודי את המאפיינים החשובים של סחף טמפרטורה נמוכה, יציבות לטווח הארוך, לא אינדוקטיבי, חסר רגישות לחשמל סטטי, קיבול נמוך, יציבות תרמית מהירה ורעש נמוך בטכנולוגיית נגדים יחידה.
תכונות אלה מביאות יציבות גבוהה ואמינות למערכת המעגלים. לא נשקלת שום פשרה בין דיוק הנגד, יציבות ומהירות התגובה. כדי להשיג ערכי התנגדות מדויקים, נייר נייר מתכת מתכת בתפזורת מאוזנת ומבטל באופן סלקטיבי רצועות קיצור פנימיות. כאשר מתמודדים עם דרישות התנגדות גבוהה, האזור נחתך באופן סלקטיבי בתוספות התנגדות ידועות כדי להגדיל את ערך ההתנגדות בשלבים קטנים.
מקדם טמפרטורה סטנדרטי ± 1 עמודים לדקה/ תואר 0 תואר ל + 60 תואר (0. 05 עמודים לדקה/ תואר z-fill), המתקבל מסגסוגת הנגד של נייר הכסף ומטריצת הלחץ התרמי והמכני מאוזן זה משולב עם (טבלה 1).

עיצוב נתיב הנגד המקביל במישור סכל המתכת מפחית את השראות, עם השראות מקסימאליות של {{0}}. 08 μH. הקיבול המרבי הוא 0.5 pf. זמן התגובה של נגן 1- kΩ הוא פחות מ- 1 ns עד 100 מגה הרץ. זמן העלייה נקבע על ידי ערך הנגד, אך ערכים גבוהים או נמוכים יותר הם מעט איטיים יותר מערכי ביניים. שום צלצול אינו חשוב במיוחד במעגלי מיתוג במהירות גבוהה, כמו ממירי אות.
ניתן להשוות את התנגדות ה- DC של רדיד מתכת 1- kΩ בתפזורת קילוב
התנגדות AC/DC התנגדות=1. 001
טכנולוגיות נגד נייר כסף מייצרות נגדים עם מפרטים מיוחדים שהיו בעבר לא זמינים ונחשקים. אלה כוללים סחף טמפרטורה של {{0}}. 2 עמודים לדקה/ תואר, דיוק נמוך כמו ± 0. 001 %, 1000- עומס על היציבות של השעה של ± 0.005 % (50 עמודים לדקה), והתנגדות סטטית של לפחות 25 כ"ס.
כמה טוב באמת מוצר טוב צריך להיות?
כמובן שלא כל מהנדס מעגל מתכנן דורש ביצועים גבוהים כוללים. ביישומים רבים, נגדים בעלי ביצועים נמוכים יותר יספיקו, ולכן התשובות נופלות לארבע קטגוריות.
1. נגדי נייר מתכת יכולים לשפר את הביצועים הכוללים של מכשיר.
2. נגדי נייר כסף מתכת אחד או יותר יכולים להשיג את הביצועים הטובים ביותר של מכשיר.
3. נגדי נייר מתכת יכולים לשפר את פיתוח טכנולוגיית המעגלים ולשפר תכונות חיוביות רבות של נגדי דיוק.
4. תכנן בבירור להשתמש בנגדים מדויקים לשיקולים ארוכי טווח (לדוגמה: נגדי נייר מתכת הם חסכוניים יותר מאשר הוספת מכשירים יקרים לשיפור ביצועי המעגל מעט לשמירה על דיוק המעגל).
בקטגוריה השנייה, למשל, יש לשקול פרמטר יחיד כנגד כלכלת העיצוב הכוללת. שימוש בנגד ביצועים גבוה יותר יכול לחסוך עלויות מכיוון שניתן להפחית את מעגל הפיצויים (ועלות הרכיבים הקשורים והתקנתם נשמרת). שיפור הדיוק של הנגד הוא חסכוני יותר מאשר שיפור המכשיר, מכיוון ששיפור המכשיר לשיפור ביצועים מסוימים הוא יקר יותר מאשר נגדים מדויקים.
נגדים חוטיים מדויקים
נגדים חוטם מחולקים בדרך כלל לנגדי חוט של כוח ולנגדים חוטם מדויקים. נגדי חוט הכוח ישתנו מאוד במהלך השימוש ולא ניתן להשתמש בהם ביישומים הדורשים ביצועים מדויקים של נגדים. לכן, לא נדון בנגדי חוט הכוח.
במהלך תהליך הייצור של נגדי חוט, משטח הפנימי של חוט הנגד (הצד הקרוב לשלד הבידוד) נלחץ, והמשטח החיצוני שלו נתון למתח. עיוות קבוע מתרחש.
עיוות הנגרם כתוצאה מתהליך זה ובמהלך חישול החוט לאחר מכן הוא מלאכותי, לעומת עיוות אלסטי או הפיך. עיוות מכני קבוע בלתי צפוי גורם לשינויים אקראיים בתכונות החשמליות והתנגדותו של החוט. התוצאה היא מגוון רחב של פרמטרי ביצועים.
נגדים חוטיים עשויים פצע תיל על שלד מבודד. חוטים בקטרים ​​ואורכים שונים מספקים התנגדות ומאפיינים צפויים. לנגדי חוט של דיוק יש תכונות אנטיסטטיות טובות יותר ורעש נמוך יותר מאשר סרטים דקים של סרטים ועבים. לנגדי חוטם יש גם סחף טמפרטורה נמוך יותר ויציבות טובה יותר.
לנגדי Wirewound יכול להיות דיוק ראשוני של ± 0. 005 %. סחף טמפרטורה יכול להיות נמוך כמו 3 עמודים לדקה/ מעלות טיפוסיים; אך עבור נגדים חוטם של התנגדות נמוכה זה בדרך כלל 15 עמודים לדקה/ מעלות ל 25 עמודים לדקה/ מעלות. הרעש התרמי נמוך, וסחף טמפרטורת מעקב מחוץ לטווח הטמפרטורה ההפעלה עשוי להגיע גם ל- ± 2 עמודים לדקה/ מעלות. צריך להיות ברור שלנגדי חוט אין מוצרי אריזת SMD (SMD לא מעוצבים, וכמה נגדי חוט משטח מעוצבים אינם נגדים של SMD), ולכן לא ניתן להשתמש בנגדי חוטם במצבים בהם נדרשים המשקל והנפח של הנגד.
עם זאת, בשל המבנה המתפתל של נגדי חוט, נגדים חוטיים הם אינדוקטיביים, ופיתולים דומים מייצרים קיבול. ניתן להשתמש בטכנולוגיה מתפתלת מיוחדת להפחתת השראות לשיפור זמן התגובה במהלך השימוש בנגד. בשל העיצוב האינדוקטיבי והקיבולי הגלום, לנגדי חוט אין מאפיינים טובים בתדירות גבוהה. במיוחד ביישומים מעל 50 קילו הרץ. בשל גורמי השראות ומחיר, נגדי חוטם מדויקים נמצאים כעת על סף ביטול.
נגדי סרטים דקים
נגדי סרטים דקים מיוצרים על ידי אידוי חומר קולנוע עם התנגדות מסוימת של 50 עד 250 אנגסטרומים בעובי על מצע קרמי בשיטה הדומה לאידוי [1 Angstrom (א)=10 ננומטרים]. נגדי סרטים דקים יכולים לייצר ערכי התנגדות גבוהים יותר באזור נתון בהשוואה לנגדי חוט ונגדי נייר כסף והם זולים יותר. זה הופך את נגדי הסרטים הדקים לבחירה חסכונית יותר ביישומים בהם נדרשים נגדים בעלי עמידות גבוהה לדיוק בינוני ונשקלת יעילות שטח.
נגדי סרטים דקים רגישים לטמפרטורה. ניתן לבחור את העובי המתאים של הסרט כדי לייצר מגוון של ערכי התנגדות, אך סרט ספציפי יכול לייצר רק נגדים עם טווח התנגדות מסוים. לפיכך, סרטים בעלי עובי שונים משמשים לייצור נגדים עם טווחי התנגדות שונים.
היציבות של הסרט מושפעת מעליית הטמפרטורה. תהליך השינוי של היציבות המזדקנת של הסרט תלוי בעובי הסרט כדי להשיג את ערך ההתנגדות שצוין, ולכן טווח ההתנגדות משתנה ללא הרף. הזדקנות כימית/מכנית כוללת גם חמצון של סגסוגת הנגד הנגרמת כתוצאה מעליית הטמפרטורה.
הסחף הטמפרטורה של סרט עובי מתאים יכול גם להשפיע לרעה על ערך ההתנגדות. לנגדי סרטים דקים בעלי התנגדות גבוהה יש קצב הידרדרות גדול יותר. מכיוון שככל שהסרט דק יותר, הוא רגיש יותר לחמצון. מכיוון שנגדי סרטים דקים דקים מאוד, הם מושפעים בקלות מחשמל סטטי.
בנוסף, מכיוון שחלק אלמנט המתכת קטן מאוד, נגדי סרטים דקים מאוד רגישים מאוד לקורוזיה הנגרמת כתוצאה מלחות. כאשר אדי מים עוברים דרך חבילת הנגד, הוא מביא זיהומים ומפתח קורוזיה כימית, וגורם לסרט הנגד להיכשל תוך מספר שעות מיום העומס במתח נמוך של DC.
באמצעות תצהיר סרטים רב שכבתי לטווח הארוך, התאמת התנגדות לדיוק גבוה והקרנה לאחר ההקרנה, הנגדי הסרטים הדקים הטובים ביותר יכולים להשיג גם סחף טמפרטורה של ± 2ppm/ מעלות ודיוק של ± 0. 01%, כמו גם יציבות ארוכת טווח. עם זאת, הכוח אינו גבוה, לחלק ההתנגדות הנמוכה יש ביצועים גרועים, הוא אינו אנטי סטטי, מקדם הכוח הוא גרוע, קשה לעמוד באספקת האצווה הקטנה, והעקביות של קבוצות שונות אינה טובה.
נגדי קולנוע עבים
בדיון הקודם, הסברנו כי לא ניתן להשתמש בנגדי Wirewound ביישומי שבבים בגלל גודל, אריזה ומשקל. ביישומים פחות מדויקים מאשר נגדים חוטיים, נגדי סרטים עבים משמשים יותר מכיוון שלנגדי סרטים עבים יש ערכי התנגדות צפופים יותר (עמידות גבוהה/גודל קטן) והם זולים יותר.
לנגדי קולנוע עבים יש תגובה מהירה יותר בתדר, בדומה לנגדי סרטים דקים ונגדי נייר כסף, אך בקרב טכנולוגיות נגדים שונות, נגדי קולנוע עבים הם הרעשים ביותר. כאשר משתמשים בו ביישומים פחות מדויקים, נגדי סרטים עבים יידונו ונמצאים בשימוש נרחב בסוגים שונים של מעגלים, כולל חלקים פחות מדויקים של מעגלים בעלי דיוק גבוה.
סרט עבה מסתמך על מגע חלקיקים לחלקיקים על מטריצת זכוכית ליצירת נתיב התנגדות. נקודות מגע אלה מהוות את כל ההתנגדות. עם זאת, חלקיקים אלה חסומים על ידי לחץ תרמי במהלך השימוש בנגד. מכיוון שיש להם נתיבים מקבילים רבים, נתיב ההתנגדות לא ישבר. עם זאת, ערך ההתנגדות יגדל עם הזמן וככל שהטמפרטורה תעלה. לפיכך, נגדי קולנוע עבים אינם יציבים כמו טכנולוגיות נגדי אחרות.
מבנה החלקיקים פירושו גם שלנגדי סרטים עבים הם בעלי מקדם רעש גבוה, מכיוון שההצטברות והתנועה השחרור של האלקטרונים הנגד באמצעות מבנה זה מייצרים רעש גדול יחסית. עבור נגד גודל נתון, ככל שערך ההתנגדות גבוה יותר ותכולת המתכת נמוכה יותר, כך הרעש גדול יותר ויציב פחות. מבנה הזכוכית של נגדי סרטים עבים יוצר מעיל מגן דמוי זכוכית כדי להגן על הנגד במהלך העיבוד, מה שהופך גם את נגדי הסרטים העבים לעמידים יותר ללחות מאשר לנגדי סרטים דקים.
באמצעות שיפור מתמשך של משחות נגד נגן קולנוע עבות, טכנולוגיית הנגד הקולנועית העבה המדויקת ביותר הצליחה להשיג סחף טמפרטורה של ± 5ppm/ מעלות, ואפילו על ידי שימוש במספר שבבי נגדי סרטים עבים שיכולים לפצות זה את זה, הוא יכול בסופו של דבר להגיע לסחף טמפרטורה של ± 2ppm/ מעלות. הדיוק הגבוה ביותר שלו יכול להגיע גם ל- ± 0. 01%. נגדי סרטים עבים מדויקים הם הטכנולוגיה המיינסטרים ביישומים בעלי מתח גבוה, התנגדות גבוהה ודיוק גבוה. החיסרון של נגדי קולנוע עבים הוא שקשה להשיג דיוק גבוה וטמפרטורה נמוכה בחלק ההתנגדות הנמוכה, מדד הרעש אינו טוב, והיציבות לטווח הארוך בדרך כלל גרועה יותר מנגדים מדויקים אחרים.