capitolul 2 rezistoare - cetti.ro · cap.2 rezistoare 6 2.1.11.2 rezistoare de volum cronologic...

CAPITOLUL 2

REZISTOARE 2.1.11 Caracterizarea principalelor tipuri de rezistoare Există o mare varietate de rezistoare ce sunt realizate de diverse firme, având

în vedere tehnologiile şi materialele utilizate la realizarea elementului rezistiv, dar şi la celelalte părţi constituente: suport dielectric, zone de conectare, terminale, element de protecţie. Pe de altă parte se are în vedere marea diversitate a valorilor parametrilor caracteristici: rezistenţa nominală, toleranţă, putere nominală, tensiune nominală, coeficient de variaţie cu temperatura, stabilitate, temperatură maximă de utilizare, dar şi costul rezistoarelor. Această mare varietate de rezistoare a apărut în timp ca o necesitate, datorită diversificării circuitelor electronice şi dezvoltării continue a tehnologiilor de realizare, noile tehnologii electronice determinând realizarea de noi rezistoare specifice. Pentru o utilizare corectă a unui rezistor într-o aplicaţie dată, utilizatorul trebuie să cunoască tipurile de rezistoare şi caracteristicile acestora.

2.1.11.1 Rezistoare bobinate Rezistoarele bobinate reprezintă primele tipuri de rezistoare produse în

practică, realizarea lor bazându-se pe rezistivitatea relativ constantă a conductoarelor filare. Deşi prezintă o vârstă venerabilă, principiul de realizare al acestora a rămas cel iniţial (figura 2.27a), bobinarea unui conductor de înaltă rezistivitate pe un suport dielectric şi conectarea terminalelor prin intermediul unor căpăcele metalice.

Caracteristicile electrice esenţiale depind în primul rând de tipul conductorului utilizat, dar şi conectarea terminalului la elementul rezistiv poate fi relevantă pentru stabilitatea şi fiabilitatea componentei.

Construcţia tipică a unor rezistoare bobinate este prezentată în figura 2.27. Din punct de vedere constructiv există o mare varietate de rezistoare bobinate având în vedere diversele modalităţi de realizare a părţilor constructive.

Conductorul utilizat pentru bobinare poate fi diversificat, vezi tabelul 2.7. Se utilizează actualmente, predominant aliaje Cu-Ni, Cr-Ni. Tipul aliajului se alege în funcţie de valoarea rezistenţei, stabilitate şi coeficientul de variaţie cu temperatura. Suportul dielectric poate fi din ceramică (figura 2.27a), sau fibră de sticlă (figura 2.27 b, c, d); ca formă este în general cilindric, putând fi şi tubular din ceramică pentru rezistoare bobinate de mare putere.

Contactul terminalelor la elementul rezistiv (conductorul bobinat) se realizează prin intermediul unor căpăcele. Există însă trei modalităţi de contactare. Varianta din figura 2.27a, când terminalul, respectiv capătul conductorului bobinat

Cap.2 Rezistoare

2

sunt sudate la căpăcelul metalic amplasat la capătul suportului dielectric prin sertizare. Varianta din figura 2.27b, situaţie în care se utilizează un terminal cu o suprafaţă de contactare de tip lingură, amplasat între capătul bobinajului şi căpăcelul metalic ce este presat. La varianta trei, cea din figura 2.27c şi 2.27d, terminalul este sudat la căpăcel şi acesta este presat (strâns, sertizat) la capetele elementului rezistiv. Cea mai bună stabilitate şi fiabilitate o are contactarea realizată conform figurii 2.27a, şi este indicată pentru rezistoarele bobinate de precizie. În varianta din figura 2.27b, căpăcelul metalic participă la contactare numai mecanic, nu şi electric ca în celelalte variante.

a) Rezistor bobinat cu elementul rezistiv sudat la căpăcelul metalic, [24].

1-suport dielectric ceramic cu conductorul bobinat; 2-căpăcel metalic; 3- sudura conductorului la căpăcel; 4- terminal sudat la căpăcel; 5- element de protecţie.

b) Rezistor bobinat cu terminale cu un capăt în formă de lingură, [24].

1- suport din fibră de sticlă cu conductorul bobinat; 2- căpăcel metalic; 3- terminal cu un capăt în formă de lingură; 4- material de umplutură; 5- corp ceramic.

4

6 5 3 2 1

c) Rezistor bobinat cimentat. 1-suport dielectric din fibră de sticlă; 2-element rezistiv; 3-căpăcel metalic; 4-sudură terminal căpăcel;

5-terminal; 6-ciment siliconic.

Componente şi circuite pasive Note de curs

3

1 7

4

3652

d) Rezistor bobinat în corp ceramic. 1-suport dielectric din fibră de sticlă; 2-element rezistiv; 3-căpăcel metalic; 4-ciment siliconic;

5material de umplutură (nisip cuarţos); 6-corp ceramic; 7-terminal.

Fig. 2.27 Structura constructivă a unor rezistoare bobinate. Terminalele sunt predominant pentru plantare (inserţie). Cele utilizate în

electronică sunt din conductor de cupru dublu cositorit. Pentru puteri foarte mari, rezistoarele bobinate pot avea şi terminale plate, prevăzute cu conductoare şi papuci, etc. Pot fi axiale (pentru montaj orizontal) sau verticale (pentru montaj vertical).

Protecţia mecano-electro-climatică este foarte diversificată. Faţă de alte tipuri de rezistoare, rezistoarele bobinate fiind de putere, elementul de protecţie are şi rolul de radiator termic. Protecţia poate fi realizată prin acoperire cu glazură (fig. 2.27a), ciment siliconic (fig. 2.27c), prin introducerea tronsonului rezistiv în corpuri ceramice (fig. 2.27b şi 2.27d), sau metalice de obicei din aluminiu (fig. 2.28). În cazul utilizării corpurilor metalice sau ceramice, bobinajul este acoperit cu un strat subţire de ciment siliconic sau glazură, pentru a se rigidiza şi a nu se deplasa în timpul utilizării datorită vibraţiilor mecanice. De asemenea, pentru îmbunătăţirea conducţiei termice, spaţiul dintre tronsonul rezistiv şi corpul ceramic este umplut cu material bun conductor termic, cum este nisipul cuarţos. La capete are loc o etanşare cu ciment siliconic sau alte materiale electroizolante.

Având în vedere modalităţile expuse pentru realizarea părţilor constituente ale rezistorului bobinat, utilizând diverse combinaţii, rezultă o mare varietate de asemenea rezistoare. În figura 2.28 sunt prezentate alte tipuri de rezistoare bobinate.

Fig. 2.28 Alte tipuri de rezistoare bobinate, [27].

Cap.2 Rezistoare

4

Rezistoarele bobinate sunt utilizate ca rezistoare de putere şi/sau rezistoare

de precizie. Ca rezistor de putere, de obicei stabilitatea şi toleranţa nu sunt esenţiale, în majoritatea cazurilor acceptându-se rezistoare cu o abatere de 210%, deci cu un preţ scăzut.

Din punct de vedere al preciziei, rezistoarele bobinate pot fi realizate cu un coeficient de variaţie al rezistenţei cu temperatura de ± 1 ppm/°C şi o toleranţă de ±0,01%. Multă vreme rezistoarele bobinate au fost utilizate ca rezistoare de precizie şi etalon. În timp au fost înlocuite de cele cu peliculă metalică şi folie metalică, care prezintă în plus, în afară de precizie şi dimensiune mică, frecvenţă de lucru ridicată.

În etapa actuală, rezistoarele bobinate sunt preponderent folosite ca rezistoare de putere sau în medii cu temperaturi foarte ridicate. Trebuie însă făcută observaţia că şi acestea au început să fie înlocuite de cele peliculare, care au ajuns să aibă puteri nominale de 200 W.

Rezistoarele bobinate uzuale de putere pot fi caracterizate de următorii parametrii: rezistenţa nominală de la 0,1 Ω la 100 kΩ; toleranţa de ±1%; ±2%; ±3%; ±5%; ±10%; puterea nominală de la 1 W la 100 W; domeniul temperaturilor de utilizare pot fi [-55, 175] °C[-55, 350] °C; stabilitatea de ±2%, ±3%; factorul de zgomot mai mic decât 0,1µV/V; inductanţa parazită mare. Aceste tipuri de rezistoare sunt folosite în circuite în care este necesară utilizarea unor rezistoare ce trebuie să disipe o putere mare, sau funcţionează în mediu cu temperatură ridicată, fără ca stabilitatea (abaterea) să fie critică şi frecvenţa semnalului redusă, respectiv frontul relativ ridicat. Rezistoarele bobinate de precizie pot avea RN până la 200 kΩ; PN∈[0,510]W; t ≥ ±0,1%; αT ≥ ±1ppm/°C; θM = 175350°C; pot fi anti-inductive (cu inductivitate redusă). După cum s-a mai precizat mai sunt utilizate eventual la puteri ridicate şi temperaturi mari ale mediului ambiant, dar este posibil ca şi costul uneori să aibă mare influenţă. Concluzionând se poate spune că rezistoarele bobinate prezintă avantajele: - Putere disipată (nominală) mare; în electronică se utilizează uzual zeci de W;

dar pot fi realizate şi la sute de W, cu utilizare în special în electrotehnică şi energetică.

- Temperatură maximă de utilizare mare, ajungând până la 350°C, deci pot fi utilizate în medii cu temperaturi ridicate.

- Se pot obţine valori foarte mici ale valorii rezistenţei. - Reprezintă rezistoare de precizie pentru puteri relativ ridicate, temperaturi

ridicate ale mediului ambiant. Ca dezavantaje se pot specifica: - Valoarea maximă a rezistenţei nominale este relativ scăzută, 100 kΩ200 kΩ;


5

- Inductanţa parazită relativ ridicată, neputând fi utilizate peste frecvenţa de 1MHz în general. Sunt indicate în domeniul AF (până la 20 kHz). În domeniul digital sunt indicate pentru fronturi ale semnalelor digitale mai mari de 50 ns.

- Dimensiune mare, deci rezistenţa specifică mică, ceea ce conduce la cost ridicat al modulelor electronice.

În afara rezistoarelor precizate anterior trebuie specificat că există şi alte tipuri de rezistoare bobinate. În acest sens se pot specifica rezistoarele de valoare a rezistenţei foarte redusă. Acestea au parametrii esenţiali: RN∈[3m ... 1] Ω; PN∈[110] W; t ≥ ±1%; ±2%; ±5%; αT = 1001000 ppm/°C; θM = 175°C350°C; inductanţa parazită foarte redusă. În figura 2.29 sunt prezentate câteva tipuri de asemenea rezistoare. Deşi teoretic de multe ori producătorii le introduc în categoria rezistoarelor bobinate, acestea diferă oarecum constructiv. Elementul rezistiv este sub forma unei bande metalice din diferite aliaje, pe bază de CuNi cu diferite adaosuri. Terminalul din conductor de cupru stanat este sudat la platbandă şi apoi protejat sau nu.

a) Neprotejat b) Protejat Fig. 2.29 Rezistoare bobinate de rezistenţă redusă, [27]. Rezistoare bobinate utilizate ca senzor rezistiv. În asemenea aplicaţii este necesar ca raportul U/I =R să fie cât mai constant, astfel încât informaţia ce este purtată de curent să fie cât mai puţin distorsionat transmisă tensiunii. Ca element de bază rămâne stabilitatea rezistorului utilizat. Se realizează ca senzor rezistiv rezistoare cu aceeaşi structură ca cea din figura 2.29a. Parametrii importanţi în acest caz sunt: RN∈[0,5m1] Ω; PN∈[110] W; t ≥ ±3%; ±5%; αT = -8040ppm/°C; θM = 350°C; stabilitate ≅ ± 0,5%; curent nominal (210)A sau la cerere. Rezistoare bobinate utilizate ca jumpere (ştrapuri sau conexiuni săritoare). Ştrapurile, conexiuni electrice săritoare, sunt utile atât în cadrul cablajelor imprimate, cât şi în diverse circuite electronice pentru modificarea parametrilor. De aceea producătorii de rezistoare realizează şi asemenea componente care pot fi numite impropriu rezistoare, pentru că la acestea se doreşte ca rezistenţa electrică să fie cât mai mică posibilă (o conexiune ideală). Ca parametrii esenţiali sunt: IN ≅ 515A; UN ≅ 301000 V; R < 10mΩ.

Cap.2 Rezistoare

6

2.1.11.2 Rezistoare de volum Cronologic acest tip de rezistoare se află pe locul doi. Au apărut iniţial ca o necesitate a înlocuirii principalului dezavantaj al rezistoarelor bobinate, de a nu se putea realiza valori ale rezistenţei mai mari de sute KΩ. Completând valoric rezistenţa nominală, având o dimensiune mult mai mică faţă de cele bobinate, la vremea lor, rezistoarele de volum au fost în topul utilizării. Elementul rezistiv este constituit de o masă compactă, care este realizată din mai multe elemente: unul conductor (carbonul sub formă de grafit), un izolant de umplutură (bioxid de titan sau caolin) care dă o mai bună stabilitate termică şi higroscopică şi un liant de legătură, de obicei o răşină formaldehidică. După măcinarea, cernerea amestecului dozat al elementelor anterioare, şi alte procese intermediare, are loc presarea la cald sau extruderea amestecului, rezultând în final elementul rezistiv sub forma dorită. Conectarea terminalelor are loc prin presare la elementul rezistiv. Protecţia poate fi realizată prin mulare în bachelită. Ca parametrii generali caracteristici pot fi: RN∈[1010M] Ω; PN∈[0,251] W; t ≥ ±5%; ±10%; ±20%; αT = -2002000 ppm/°C; αU ≤ 350 ppm/V; stabilitate ≅ ±8%. Rezistoarele de volum prezintă cea mai slabă stabilitate (±8%), deci o îmbătrânire rapidă în timp, o mare variaţie a rezistenţei cu temperatura şi tensiunea. De aceea în etapa actuală nu mai sunt utilizate în mod curent, fiind considerate ca fiind rezistoare speciale. Având în vedere construcţia lor, au o inductanţă parazită relativ redusă şi rezistă la impulsuri de tensiune de ordinul KV, ceea ce conduce la utilizarea lor ca rezistoare pentru protecţia descărcărilor electrostatice, ca exemplu. 2.1.11.3 Rezistoare peliculare După apariţia componentelor electronice active, dar mai ales o dată cu creşterea gradului de integrare al acestora, rezistoarele peliculare au început să predomine ca utilizare în electronică, dar mai ales au trebuit să ţină pasul cu noile tehnologii electronice, ceea ce a impus o permanentă perfecţionare a acestora şi apariţia de noi tipuri specifice tehnologiilor electronice. În acest context se va accentua mai mult pe rezistoarele specifice montării pe suprafaţă, tehnologie ce predomină de multă vreme producţia electronică.

2.1.11.3.1 Rezistoare cu peliculă de carbon

Cronologic reprezintă al treilea tip de rezistoare. Se disting două tipuri de astfel de rezistoare realizate în practică: rezistoare cu peliculă de carbon aglomerat şi carbon pirolitic. Rezistoare cu peliculă de carbon aglomerat.


7

Pelicula rezistivă se obţine dintr-o soluţie coloidală pe bază de carbon (negru de fum sau grafit) şi răşină fenolică depusă pe suportul ceramic. Structura constructivă este prezentată în figura 2.30. Nu se spiralizează. Este protejată prin mulare fenolică. Sunt rezistoare cu stabilitate redusă, au un pronunţat coeficient de îmbătrânire. Parametrii generali: RN∈[10 Ω10 MΩ]; PN ≅ 0,25 W; 0,5 W; 1 W; t = ±5%; ±10%; αT = -200-2000 ppm/°C; αU < 350 ppm/V; stabilitate ≅ ±8%. Rezistoarele cu peliculă de carbon aglomerat, ca şi cele de volum, au o abatere mare, sunt instabile cu temperatura şi tensiunea, stabilitatea este redusă, zgomotul în domeniul de radiofrecvenţă este ridicat. Se vor utiliza în circuitele în care iniţial este acceptabilă o abatere de ±5%...±10%, iar în timp abaterea poate ajunge la ±25%.

Fig. 2.30 Structura constructivă a rezistoarelor cu peliculă de carbon aglomerat, [24].

Rezistoare cu peliculă de carbon pirolitic. Structura constructivă este prezentată în figura 2.31.

a) Rezistor cu terminale contactate b) Rezistor cu terminale prin intermediul căpăcelelor contactate prin lipire

Fig. 2.31 Structura constructivă a rezistoarelor cu peliculă de carbon pirolitic, [24]. Suportul dielectric este cilindric, din ceramică, de diverse dimensiuni în funcţie de puterea nominală. Pelicula rezistivă se depune pe toată faţa laterală a corpului ceramic prin piroliza (descompunere termică) unei hidrocarburi gazoase (metan, benzen) în vid sau în atmosferă inertă. Grosimea peliculei este de 0,51,5 µm. La capetele corpului ceramic, pentru conectarea terminalului se depune chimic o peliculă de Ni. Întrucât rezistenţa maximă a peliculei obţinută este de aproximativ 3kΩ, pentru creşterea rezistenţei şi ajustarea ei, simultan cu măsurarea

Cap.2 Rezistoare

8

valorii rezistenţei are loc spiralarea elementului rezistiv, crescând valoarea rezistenţei de 52000 ori. Spiralarea se realizează cu discuri abrazive sau laser. Terminalele pot fi conectate prin lipire, figura 2.31b, sau prin intermediul căpăcelelor metalice la care s-a sudat terminalul, figura 2.31a. Se protejează cu lacuri electroizolante. Având în vedere rezistivitatea ridicată a peliculei de carbon, nu se pot obţine valori sub 10 Ω300 Ω, valoarea diferă de la o firmă la alta. Seria de valori mici ale rezistenţei, este completată cu rezistoare cu peliculă de Ni depusă prin electroliză . La acestea diferă doar modul de realizare al peliculei rezistive, în rest toate celelalte operaţii sunt identice. Parametrii generali ai acestor rezistoare sunt: RN∈[1 Ω10 MΩ]; PN ≅ 0,125 W; 0,25 W; 0,5 W; 1W; 2 W; t = ±2,5%; ±5%; ±10%; ±20%; αT = -200-1200 ppm/°C; stabilitate ≅ ±1%±3%; zgomot ridicat; inductanţă ridicată. În figurile 2.32 2.36 sunt prezentate câteva caracteristici ale acestor rezistoare.

Fig. 2.32 Diagrama de disipaţie termică, [24].


9

Fig.2.33 Diagrama de stabilitate termică, [25].

Fig. 2.34 Coeficientul de variaţie cu temperatura al rezistoarelor cu

peliculă de carbon pirolitic, [24].

Cap.2 Rezistoare

10

Fig. 2.35 Zgomotul rezistoarelor cu peliculă de carbon pirolitic, [24].

Fig. 2.36 Caracteristica de neliniaritate a rezistoarelor cu peliculă de carbon.

Având în vedere parametrii rezistoarelor cu peliculă de carbon pirolitic, dar şi preţul scăzut, acestea se vor utiliza în circuitele electronice la care stabilitatea şi precizia nu este critică. Se pot utiliza în circuitele în care iniţial se poate accepta o abatere de ±2,5%, iar în timp ±10%. Sunt instabile cu temperatura şi tensiunea şi au zgomot ridicat în domeniul AF. 2.1.11.3.2 Rezistoare cu peliculă metalică Specific acestor rezistoare este pelicula rezistivă realizată prin tehnologia straturilor subţiri (TSS), adică prin condensarea vaporilor materialului de depunere pe un suport dielectric sau pulverizare catodică. Ca materiale de depunere se utilizează predominant aliajul crom-nichel, dar mai pot fi utilizate şi alte aliaje de înaltă rezistivitate, tantalul, nitrură de tantal (TaN2), ş.a. Grosimea peliculei este de 0,010,1µm. Se mai numesc şi rezistoare cu peliculă subţire.


11

Din punct de vedere constructiv există o mare varietate de asemenea rezistoare, având în vedere tipul terminalelor (plantare sau SMD), forma constructivă (cilindrică sau paralelipipedică) şi modul de realizare a protecţiei. Rezistoarele cilindrice cu peliculă metalică cu terminale pentru plantare au structura asemănătoare cu a celor cu peliculă de carbon pirolitic, vezi figura 2.31, diferind evident prin modul de realizare al peliculei rezistive. Pot avea însă şi o formă paralelipipedică pentru montaj vertical, figura 2.37.

Fig. 2.37 Rezistoare cu peliculă metalică pentru montaj vertical, [28].

Cele pentru montarea directă pe suprafaţă au forma cilindrică (melf) sau paralelipipedică (chip). Structura constructivă a rezistoarelor cilindrice cu peliculă metalică este prezentată în figura 2.38.

1 2 3 4 5

Fig. 2.38 Structura constructivă a rezistoarelor cilindrice cu peliculă metalică. 1-suport dielectric ceramic; 2-peliculă rezistivă metalică; 3-peliculă conductivă;

4-strat metalic; 5-glazură de protecţie. După cum se observă, faţă de cele cu terminale pentru plantare diferă doar prin modul de realizare al terminalelor. Rezistoarele peliculare de formă chip, atât cu peliculă metalică, cât şi cele cu peliculă groasă, au cunoscut o mare dezvoltare în ultimul timp şi de aceea acestea vor fi tratate separat.

Cap.2 Rezistoare

12

Indiferent de forma constructivă, rezistoarele cu peliculă metalică sunt de precizie, evident uneori şi cu un cost relativ ridicat. Toleranţa poate ajunge la ±0,005%, coeficientul de variaţie cu temperatura la ± 2ppm/°C, stabilitatea poate fi de 2002000 ppm. Cele de uz general au parametrii : RN∈[0,110M] Ω; PN∈[0,11] W; t = ±0,1%; ±0,25%; ±0,5%; ±1%; ±5%; αT = ±15±100 ppm/°C; αU ≤ 1 ppm/V; stabilitate ≅ ±0,1%±0,25%, zgomot redus. Câteva caracteristici tipice sunt prezentate în figurile 2.39 şi 2.40.

Fig. 2.39 Diagramă de disipaţie termică pentru rezistoare cu peliculă metalică, [24].


13

Fig. 2.40 Diagrama de stabilitate termică pentru rezistoare cu peliculă metalică, [25].

Rezistoarele cu peliculă metalică se vor utiliza în circuitele electronice în care precizia acestora este importantă. Alţi parametrii specifici acestor rezistoare vor fi prezentaţi în paragraful 2.1.11.3.5, comparativ cu rezistoarele cu peliculă groasă. 2.1.11.3.3 Rezistoare cu peliculă groasă

Pelicula rezistivă a acestor rezistoare este realizată prin tehnologia straturilor groase (TSG), de unde şi denumirea de peliculă groasă (thick film). Mai pot fi întâlnite şi sub numele de rezistoare cu glazură metalică sau peliculă compozită. Pelicula rezistivă se obţine prin arderea controlată a unei paste rezistive depusă pe un suport izolant. Pasta rezistivă este un amestec format din praf de ruteniu şi oxid de ruteniu, iridiu şi oxid de iridiu, etc., sticlă şi un liant de legătură. Grosimea peliculei este de 1530 µm. Pelicula rezistivă se depune prin serigrafie, metodă specifică straturilor groase. Sita serigrafică are la bază o ţesătură cu ochiuri foarte fine, cu fire din fibră de plastic, oţel, etc. După proiectarea imaginii pe care vrem să o imprimăm (imaginea negativă), se realizează sita, prin acoperirea cu substanţe fotosensibile, astfel încât se imprimă imaginea pozitivă. Sita este amplasată peste suportul pe

Cap.2 Rezistoare

14

care vrem să imprimăm, şi apoi cu ajutorul unei raclete pasta rezistivă este trecută peste sită, imprimându-se în acest fel imaginea pozitivă dorită. Se realizează atât în varianta cu terminale pentru plantare, cât şi SMD. Structura constructivă a rezistoarelor cilindrice cu terminale axiale pentru plantare, figura 2.41, este asemănătoare cu a celorlalte rezistoare peliculare de aceeaşi formă, prezentate anterior.

Fig. 2.41 Structura constructivă a rezistoarelor cilindrice cu peliculă groasă, [24].

1- suport ceramic cu peliculă groasă spiralată; 2- peliculă de Ni; 3- lipitură Pb/Sn; 4-terminal; 5- element de protecţie; 6- marcare.

Fig. 2.42 Structura constructivă a rezistoarelor cu peliculă groasă cu terminale radiale.

1 suport de alumină; 2 peliculă de Ag-Pd; 3 peliculă rezistivă; 4 terminal; 5 sudură; 6 răşină termodură.

Rezistoarele pentru montaj vertical, figura 2.42, utilizează ca suport dielectric alumina 96, care este un amestec format din praf de Al2O3 în proporţie de 96% şi ceramică. După laminare şi tratament termic rezultă un material foarte rezistent mecanic, putându-se astfel realiza rezistoare de dimensiune mică (grosimea suportului este mică). Pelicula conductoare din Ag-Pd şi cea rezistivă se depun prin serigrafie. Terminalele se contactează prin lipire, iar protecţia se realizează cu o răşină termodură. Varianta SMD se realizează sub formă de chip, şi va fi prezentată în paragraful 2.1.11.3.5. Sunt rezistoare cu o precizie medie. Parametrii generali: RN∈[110M] Ω; PN∈[0,11] W; t = ±0,5%; ±1%; ±5%; αT = ±50±400 ppm/°C; αU ≤ 30 ppm/V; stabilitate ≅ ±0,5%±2%; zgomot ridicat. În paragrafele următoare vor fi prezentaţi şi alţi parametrii specifici, comparativ cu ai rezistoarelor cu peliculă metalică, precum şi rezistoare speciale cu peliculă groasă.


15

2.1.11.3.4 Rezistoare cu peliculă din oxizi metalici

Pelicula rezistivă se depune prin hidroliza clorurii de staniu şi are o grosime de 0,51,5 µm. Structura constructivă este asemănătoare cu cea din figura 2.31a. Avantajul acestor rezistoare este stabilitatea rezistenţei până la o temperatură de 300°C, realizându-se rezistoare peliculare de putere relativ ridicată. Prezintă însă o stabilitate slabă, nefiind utilizate în circuitele electronice unde precizia este importantă. Parametrii generali: RN∈[0,2210M] Ω; PN∈[110] W; t = ±2%; ±5%; αT = ±200 ppm/°C; stabilitate ≅ ±2%±4%, zgomot ridicat. În tabelul 2.13. se prezintă comparativ caracteristicile rezistoarelor peliculare uzuale.

Tabelul 2.13 Caracteristicile tipice ale rezistoarelor peliculare uzuale.

Parametrii Carbon pirolitic

Metalică Groasă Oxizi metalici

Domeniul rezistenţei

nominale (Ω)

110M

110M

1100M

15M

Toleranţa (%) 2; 5; 10 0,0051 0,55 2; 5; 10 Putere nominală

(W) 0,12 0,12 0,13 0,110

Coeficientul de temperatură

(ppm/°C)

-200-1200

±2±100

±25±300

±200±400

Temperatură maximă (°C)

125155 125155 155175 155250

Rata de defectare (10-9/h)

0,330 110 0,11 110

Stabilitate (%) 13 0,10,3 0,21 14 Comportarea în

impuls bună satisfăcătoare foarte bună bună

Factorul de zgomot (µV/V)

0,026 <0,05 0,0230 0,15

Grosimea peliculei (µm)

0,51,5 0,010,1 1530 0,51,5

2.1.11.3.5 Rezistoare peliculare chip Atât rezistoarele cu peliculă groasă, cât şi cele cu peliculă metalică se realizează sub formă de chip, care în ultimul timp au cunoscut o mare diversitate constructivă.

Cap.2 Rezistoare

16

Tehnologia SMD este preponderent utilizată actualmente în electronică, datorită avantajelor pe care le are faţă de tehnologia plantării componentelor: - Simplificarea procesului tehnologic de realizare al modulelor electronice; - Permite o automatizare mai uşoară; - Dimensiune mult mai mică a componentelor; - Elemente parazite reduse, deci frecvenţă de lucru mare. Varianta chip a rezistoarelor SMD, prezintă faţă de varianta cilindrică (melf) câteva avantaje, fiind preferată: - O plasare mai uşoară şi mai exactă pe cablajul imprimat; - O conectare mai uşoară şi precisă; - O stabilitate mecanică mai bună; - O evacuare mai bună a căldurii. Varietatea constructivă a rezistoarelor chip se datorează pe de o parte tipului suportului dielectric şi pe de altă parte modului de realizare a terminalelor. Ca suport se poate utiliza, (vezi figura 2.43): - Alumina 96% pentru peliculă groasă; - Alumina 99,6% pentru peliculă subţire; - Berilia 99,6%, pentru peliculă groasă şi subţire; - Siliciu, pentru peliculă subţire.

Fig. 2.43 Structura constructivă ale rezistoarelor peliculare chip, [29].

Terminalele SMD diferă atât prin tipul materialelor utilizate, cât şi prin amplasarea acestora, figura 2.44.


17

a) b) c)

d) e)

Fig. 2.44 Moduri de amplasare a terminalelor SMD specifice rezistoarelor peliculare chip, [29].

2 6 3

5

4

1 Fig. 2.45 Structura constructivă clasică a unui rezistor chip.

1-suport dielectric de alumină 96; 2-peliculă rezistivă; 3-strat de AgPd; 4-strat de Ni; 5-strat de SnPb; 6-lac de protecţie.

În figura 2.45 este prezentată structura de bază a unui rezistor pelicular chip. Suportul dielectric este de formă paralelipipedică. Pentru conectarea terminalelor la elementul rezistiv se depun la capete pelicule conductive care reprezintă şi materialul de bază al terminalului, în cazul de faţă Ag-Pd. Protecţia se realizează din lacuri electroizolante. În acest caz terminalul este completat cu un strat de nichel şi unul de aliaj SnPb (60/40). Acesta este un terminal specific conectării prin lipire cu aliaj SnPb. Având în vedere tehnologiile de contactare ale componentelor pe suprafaţă, rezistoarele au trei tipuri de terminale: terminale pentru lipire cu aliaj SnPb, terminale pentru conectare cu răşină conductivă epoxidică şi terminale pentru conectare prin intermediul conductoarelor sudate. În tabelul 2.14 sunt prezentate tipurile constructive de rezistoare peliculare chip în funcţie de tipul suportului dielectric, tipul materialelor utilizate la realizarea terminalelor, tipul conectării pe cablajul imprimat. Tabel 2.14 Tipuri de rezistoare peliculare chip.

Tip rezistor pelicular

Contactare pe cablaj

Suport dielectric

Materiale terminal

Plasare terminal

Cap.2 Rezistoare

18

Lipire Epox Epox Epox Cond. Sudate

Alumină 96 Alumină 96 Alumină 96 Alumină 96 Alumină 96

AgPd,Ni,SnPb AgPd, PtAu Au Au

Fig. 2.44.a Fig. 2.44.b Fig. 2.44.b Fig. 2.44.b Fig. 2.44.c

Peliculă groasă

Cond. Sudate* Berilia 99,6 Ni,Au Fig. 2.44.e Lipire Cond. Sudate Cond. Sudate Cond. Sudate* Cond. Sudate*

Alumină 99,6 Alumină 99.6 Alumină 99,6 Alumină 99,6 Berilia 99,6

AgPd,Ni,SnPb Au Au Au Ni,Au

Fig. 2.44.a Fig. 2.44.c Fig. 2.44.d Fig. 2.44.e Fig. 2.44.e

Peliculă metalică (subţire)

Cond. Sudate siliciu Au Fig. 2.44.e Terminalul conectat metalic (electric) la faţa inferioară poate fi realizat şi în varianta pentru lipire, prin acoperire cu aliaj de lipit SnPb. În acest fel un terminal, cel amplasat pe partea superioară va fi conectat prin conductoare sudate, iar celălalt (care are o mare suprafaţă de lipire) poate fi realizat prin lipire.

Conform celor prezentate în tabelul 2.14, din punct de vedere al contactării rezistorului chip pe cablajul imprimat, deci şi din punct de vedere al alegerii rezistorului ce poate fi utilizat în funcţie de tehnologie, important este ultimul strat metalic al terminalului SMD, astfel încât să fie asigurată o bună conexiune. Deci materialele utilizate la realizarea terminalelor sunt dependente de tipul conectării rezistorului pe cablajul imprimat. Plasarea terminalelor are însă în vedere atât modul de contactare, cât şi puterea nominală a rezistoarelor. Tipul suportului dielectric influenţează puterea nominală a rezistorului, dar şi tipul rezistorului, având în vedere aderenţa peliculei rezistive în funcţie de tehnologie (TSS sau TSG). Din acest punct de vedere se pot trage concluziile: - Rezistoarele cu peliculă groasă realizate pe alumină 96, au aproximativ aceeaşi

putere nominală cu rezistoarele cu peliculă metalică realizate pe alumină 99,6; - Rezistoarele cu peliculă groasă sau metalică realizate pe suport dielectric din

berilia, evident la aceeaşi dimensiune a chipului, au putere nominală mult mai mare, de aproximativ 10 ori, faţă de cele pe alumină;

- Rezistoarele cu peliculă metalică realizate pe siliciu faţă de rezistoarele realizate pe alumină 99,6, au o putere nominală mai mare de aproximativ 5 ori.

Având în vedere cele expuse, rezistoarele peliculare chip se pot realiza la

puteri nominale foarte mari (până la 200W) şi evident vor înlocui în timp rezistoarele bobinate. Probabil, momentan preţul este mult diferit, evident în favoarea rezistoarelor bobinate.


19

Trebuie făcute câteva observaţii termice la rezistoarelor SMD, indiferent de forma constructivă a acestora (cilindrice sau paralelipipedice), care sunt contactate prin lipire (indiferent de metoda de lipire utilizată). • Zona de contactare se află aproximativ la aceeaşi temperatură maximă ca şi corpul componentei. Având în vedere modul de realizare al acestor terminale, rezistenţa termică de conducţie a lor este foarte mică, astfel încât se poate considera, evident cu aproximaţie, că au aceeaşi temperatură cu a elementului rezistiv (în realitate, diferenţa poate fi uneori de câteva grade, depinzând de materiale şi dimensiuni). Deci conexiunea rezistor - cablaj imprimat, numit şi pad de lipire, se află la aproximativ aceeaşi temperatură cu a rezistorului. Conectarea (lipirea) componentelor are loc la o temperatură de aproximativ 260°C. De aceea în cazul acestor componente, temperatura maximă până la care poate să ajungă corpul rezistorului este limitată la 150°C (poate depinde însă şi de firmă), deci practic aceasta va fi temperatura maximă de utilizare a acestor componente, indiferent de temperatura maximă a punctului fierbinte sau puterea nominală. S-a constatat practic că depăşirea temperaturii de 150°C conduce la degradarea conexiunii. Specificăm că această interdicţie este numai pentru conexiunea rezistoarelor (şi în general a componentelor electronice) pentru conectarea componentelor pe cablaj imprimat prin lipire, nu şi pentru alte modalităţi, când după cum se va vedea în paragraful 2.1.11.3.6 nu există practic restricţii. • Puterea disipată de un rezistor chip pe un cablaj imprimat depinde şi de: - Tipul substratului materialului cablajului imprimat; - Contactul termic, rezistenţa termică de conducţie dintre corpul rezistorului şi

cablajul imprimat; - Dimensiunea padului de lipire şi a cablajului imprimat aferent. • Componentele SMD pot fi uşor influenţate prin conducţia termică a

interconexiunilor, dacă rezistoarele din vecinătate se află la puteri disipate mult diferite. În acest sens se poate spune că puterea maxim admisibilă a unui rezistor SMD, nu mai respectă întrutotul cele expuse în paragraful 1.6.2.

În acest caz puterea maxim admisibilă depinde şi de proprietăţile termice ale suportului dielectric ale cablajului, de răşina epoxidică cu care este ataşat (amplasat, fixat) chipul la cablajul imprimat. În figura 2.46 se prezintă supracreşterea temperaturii datorate puterii disipate în funcţie de suportul cablajului imprimat (sticlotextolit sau alumină 96).

Cap.2 Rezistoare

20

Fig. 2.46 Supracreşterea temperaturii în funcţie de tipul suportului dielectric al cablajului

imprimat pe care sunt conectate rezistoarele peliculare chip, [29]. După cum se observă din figura 2.46 suportul ceramic conferă o mult mai bună disipaţie de căldură. De exemplu, pentru rezistorul cu tipodimensiunea 1206, la aceeaşi putere disipată de 0,3 W, pe un suport ceramic, la aceeaşi temperatură a mediului ambiant, temperatura corpului unui rezistor pelicular chip creşte cu 20°C, pe când pe un suport de sticlotextolit creşte cu 60°C. Zgomotul celor două tipuri de rezistoare, având în vedere construcţia elementului rezistiv diferă foarte mult. În figura 2.47 se prezintă factorul de zgomot în funcţie de valoarea rezistenţei pentru cele două tipuri de rezistoare.

Fig. 2.47 Zgomotul rezistoarelor cu peliculă groasă şi metalică, [29].

Caracteristicile generale rezistoarelor chip sunt cele specifice rezistoarelor cu peliculă groasă, respectiv peliculă metalică. Se va preciza doar dimensiunea minimă a unui rezistor chip, care este de 0,5 mm/0,5 mm/0,25 mm, cu o putere nominală de 25mW.


21

2.1.11.3.6 Rezistoare peliculare speciale

Se vor prezenta pe scurt în acest paragraf anumite tipuri de rezistoare ce au anumiţi parametri deosebiţi faţă de cele uzuale. • Rezistoarele peliculare de putere. După cum am mai specificat şi în paragraful anterior, rezistoarele SMD chip cu peliculă groasă sau metalică realizate pe berilia sunt rezistoare de putere. Puterea nominală este de la 4 W la 200 W. Acestea însă nu pot fi contactate pe cablajul imprimat prin lipire, ci numai prin intermediul tehnologiei conductoarelor sudate (wire bondable). Pentru tehnologia prin lipire a componentelor pe cablaj imprimat, rezistoarele peliculare chip cu peliculă groasă au puteri nominale până la 8-10W. Pentru tehnologia plantării componentelor sunt realizate rezistoare peliculare cu puteri până la 50 W. Acestea sunt protejate în capsule specifice tranzistoarelor, capsule de tip TO-126 şi TO-220, figura 2.48.

Fig. 2.48 Rezistoare peliculare de putere, [28].

• Rezistoare peliculare cu valoare ridicată a rezistenţei Există firme care produc rezistoare chip cu peliculă groasă cu valoarea rezistenţei nominale de la 100 MΩ la 100 TΩ, cu toleranţa de ±5%, ±10%, ±20%, ±30%, ±50%. Chipurile pot fi conectate prin lipire şi conductoare sudate. Se realizează de asemenea rezistoare de precizie de valoare foarte ridicată a rezistenţei nominale şi de înaltă tensiune, figura 2.49. Câţiva parametrii specifici sunt RN∈[1M..100T]Ω; t = ±0,1% ±1%; tensiunea nominală, 1 kV48 kV; stabilitate ≅ ±0,02%±0,1%, puterea nominală de la 0,5 W la 15 W.

Cap.2 Rezistoare

22

Fig. 2.49 Rezistoare peliculare de înaltă rezistenţă şi tensiune, [28].

• Rezistoare peliculare cu valoare redusă a rezistenţei. Atât pentru varianta

pentru montare directă pe suprafaţă a componentelor, cât şi pentru plantarea componentelor se realizează rezistoare cu valoare redusă a rezistenţei nominale. Parametrii esenţiali sunt: RN∈[1m..1] Ω; PN∈[0,251] W; t = ±1% ±10%.

• Rezistoare peliculare cu inductanţă parazită redusă. După cum s-a precizat în paragraful 2.1.9 inductanţa parazită a unui rezistor care determină în ultimă instanţă frecvenţa lui maximă de utilizare, depinde de tipul terminalelor şi de forma geometrică a elementului rezistiv. În acest sens pentru a reduce inductanţa parazită a elementului rezistiv pelicular, care are o inductanţă apreciabilă, se aplică diverse metode, figura 2.50.

a) b) Fig.2.50 Rezistoare peliculare cu inductanţă redusă a elementului rezistiv, [28]. Varianta din figura 2.50a este utilizată pentru rezistenţe de valoare ridicată, iar cea din figura 2.50b este pentru rezistenţe de valoare redusă. Şi într-un caz şi în celălalt, două trasee rezistive alăturate sunt parcurse de acelaşi curent, dar în sensuri diferite, ceea ce duce la reducerea inductanţei parazite a elementului rezistiv prin reducerea fluxului magnetic. De asemenea capacităţile ce apar între diferitele serpentine ale elementului rezistiv sunt conectate în serie, ceea ce conduce la reducerea capacităţii elementului rezistiv.


23

• Rezistoare utilizate ca senzor de curent. Atât cu terminale pentru plantare, cât şi sub formă chip se realizează rezistoare de precizie utilizate ca senzor de curent, cu rezistenţa de la 8 mΩ la 1 Ω, figura 2.51.

a) b)

Fig. 2.51 Rezistoare senzor de curent, [28], [29]. După cum se observă din figura 2.51, o parte din aceste rezistoare au patru terminale, două pentru curent şi alte două pentru senzor, în acest fel se obţine o mai bună precizie. Un rezistor utilizat ca senzor de curent trebuie să prezinte o toleranţă cât mai mică şi stabilitate cât mai bună posibil, să fie cât mai stabil cu temperatura şi tensiunea. Pentru a reduce influenţa rezistenţei terminalelor asupra tensiunii măsurate la bornele rezistorului se utilizează conexiunea Kelvin. Având în vedere rezistenţele terminalelor, notate cu r1, respectiv cu r2, schema echivalentă a unui rezistor cu două terminale este prezentată în figura 2.52.

r1 R r2

U

I

Fig. 2.52 Circuitul echivalent al rezistorului cu două terminale.

Deci în acest caz tensiunea de la bornele rezistorului va fi, U = (R+r1+r2) I (2.134) Având în vedere că valoarea rezistenţei R este foarte mică (<1Ω), influenţa rezistenţelor terminalelor r1 şi r2 poate fi importantă. Influenţa cea mai importantă asupra tensiunii o are variaţia cu temperatura a rezistenţei terminalelor, care poate fi de ordinul sutelor...miilor ppm/°C, mult mai mare decât coeficientul elementului rezistiv αR ≅ 1...2 ppm/°C. Pentru rezistorul cu patru terminale, circuitul echivalent este prezentat în figura 2.53.

Cap.2 Rezistoare

24

r1 R r2 I

U

r3 r4

Is

Fig. 2.53 Circuitul echivalent pentru rezistorul cu patru terminale.

În acest caz rezistenţa măsurată la bornele rezistorului cu ajutorul unui voltmetru va fi: U = R (I - Is ) + Is (r3+r4) (2.135) Având în vedere că rezistenţa voltmetrului este mult mai mare (teoretic ∞) decât R, rezultă că valoarea curentului Is este mult mai mică (teoretic zero) decât curentul I, deci în acest caz se poate considera că, U ≅ RI (2.136) Deşi rezistenţa terminalelor r3 şi r4, este practic aceeaşi ca şi în cazul anterior (două terminale, figura 2.52), utilizând acest mod de conectare se înlătură complet influenţa rezistenţei terminalelor asupra tensiunii măsurate la bornele rezistorului. De obicei terminalele ce sunt conectate la curentul I sunt notate cu C, iar cu S (senzor), cele care vor fi conectate la circuitul de măsură a tensiunii. • Jumpere rezistive, utilizate conform paragrafului 2.1.11.1. Câteva exemple

sunt prezentate în figura 2.54.

a b c

d e

Fig. 2.54 Jumper rezistiv, [23].


25

2.1.11.4 Rezistoare cu folie metalică

Tehnologia rezistoarelor cu folie metalică a fost inventată în anul 1962, de fizicianul Felix Zandman, depăşind ca performanţe toate celelalte tipuri de rezistoare. Sunt utilizate în circuitele de ultraprecizie şi ultrastabilitate.

Elementul rezistiv este o folie metalică prelucrată mecanic conform modelului proiectat. Datorită prelucrării mecanice a elementului rezistiv, viitorul rezistor păstrează caracteristicile materialului de bază, faţă de pelicula metalică

care în procesul de evaporare sau pulverizare îşi modifică parametrii faţă de aliajul de bază.

Structura constructivă este prezentată în figura 2.55

Fig. 2.55 Structura constructivă a rezistoarelor cu folie metalică, [21].

1- substrat ceramic; 2- folie metalică; 3-lac de protecţie; 4-terminal; 5- cauciuc siliconic; 6- element de protecţie (mulare).

Se realizează atât cu terminale pentru inserţie, cât şi cu terminale pentru montarea direct pe suprafaţă. Toleranţa rezistoarelor cu folie metalică poate ajunge în mod curent la ±0,001% (10ppm). Această valoare foarte mică a toleranţei poate fi abţinută datorită procesului de ajustare care este utilizat. De asemenea aceste rezistoare prezintă o foarte bună stabilitate, ceea ce justifică toleranţa foarte mică. Se utilizează o ajustare selectivă aplicată în diverse puncte de ajustare prevăzute la proiectarea modelului de fotogravare a elementului rezistiv. În procesul de ajustare sunt prevăzuţi mai mulţi paşi de creştere a rezistenţei până se ajunge la toleranţa dorită. Prin aplicarea ajustării într-un anumit punct prevăzut se modifică circulaţia curentului, acesta fiind forţat să parcurgă o cale mai lungă, ceea ce duce la creşterea rezistenţei cu un anumit procentaj, figura 2.56.

În acest fel se pot obţine toleranţe de ±0,001%, limita fiind de ±0,0005%. Rezistoarele cu folie metalică au o foarte bună stabilitate a rezistenţei cu

temperatura. Coeficientul termic este de ±1...±2,5 ppm/°C. Această mică variaţie cu temperatura este datorată acţiunii simultane a două efecte fizice. Pe de o parte

rezistenţa creşte cu temperatura datorită materialului elementului rezistiv ce are un coeficient termic pozitiv. Pe de altă parte, coeficientul de dilataţie termică al

elementului rezistiv (al aliajului utilizat) este mai mare decât al suportului ceramic, ceea ce duce la o compresie a foliei metalice. Ca urmare a acestei compresii,

rezistenţa scade o dată cu creşterea temperaturii (legea Kelvin). Având în vedere

Cap.2 Rezistoare

26

acţiunea simultană şi în opoziţie a celor două efecte expuse, rezultă pentru rezistor un coeficient termic redus.

a) Element rezistiv b) Principiu de ajustare

Fig. 2.56 Ajustarea elementului rezistiv, [21]. 1-circulaţia curentului înainte de ajustare; 2-circulaţia curentului după ajustare; 3-ajustare.

Rezistoarele cu folie metalică prezintă cea mai bună stabilitate. Pentru aceste rezistoare, stabilitatea termică, care determină în general stabilitatea unui rezistor este de ±0,05% pentru 2 000 de ore. Stabilitatea termică depinde de puterea disipată şi temperatura mediului ambiant. În acest sens se prezintă în figura 2.57, câteva caracteristici.

a) Pentru Pd = 0,3 W şi θa=125°C. b) Pentru Pd = 0,050,3 W şi θa=125°C.

c) Pentru Pd = 0,3 W


27

Fig. 2.57 Stabilitatea termică a unui rezistor cu folie metalică, [21].

Având în vedere structura acestor rezistoare elementele parazite sunt foarte reduse, deci pot fi utilizate la înaltă frecvenţă. Elementul rezistiv este plan, de formă dreptunghiulară sau serpentină ceea ce conduce la o inductanţă mică (~ 0,5nH) şi o capacitate redusă (~10...20 pF). În funcţie de tipul terminalelor, elementele parazite L, C cresc mai mult sau mai puţin. De asemenea aceste rezistoare prezintă: tensiune termoelectrică mică; uzual UK = 0,05µV/°C, ajungând cel mult la 0,1 µV/°C sau 1 µV/W; zgomotul este foarte redus, fiind practic nemăsurabil; rezistenţa este foarte stabilă cu tensiunea; coeficientul de variaţie cu tensiunea este practic nemăsurabil. Având în vedere caracteristicile expuse, rezistoarele cu folie metalică se utilizează în electronica de înaltă precizie, cum ar fi: calculatoare performante, echipamente medicale, echipamente de test şi măsură, telecomunicaţii, echipamente militare, etc.

2.1.11.5 Reţele rezistive Utilizând tehnologia straturilor subţiri şi a straturilor groase se realizează o mare varietate de reţele rezistive. O reţea rezistivă, este de fapt un circuit pasiv integrat. În aceeaşi capsulă, deci pe acelaşi suport dielectric se realizează mai multe rezistoare, care pot fi neconectate între ele electric (independente) sau pot fi conectate conform schemei electrice a unui circuit pasiv. Reţelele rezistive prezintă o serie de avantaje: - Miniaturizare a modulului electronic; - Toate rezistoarele reţelei se obţin simultan în cadrul aceluiaşi proces

tehnologic, asigurându-se, comparativ cu circuitele cu rezistoare discrete, o reproductibilitate superioară a caracteristicilor electrice şi termice, precum şi o dispersie mai mică a acestora;

- Sunt mai stabile termic, fiind toate la aceeaşi temperatură în timpul funcţionării;

- Uneori se obţine o precizie mult mai bună, putându-se realiza şi rezistoare cu valori nestandardizate.

Constructiv există o mare varietate de reţele rezistive, având în vedere nu numai tipul circuitului pasiv, dar mai ales tipul capsulei utilizate. Se utilizează atât capsule specifice, dar mai ales tipuri de capsule utilizate la realizarea circuitelor integrate. În figurile 2.58. şi 2.59 sunt prezentate câteva exemple.

Cap.2 Rezistoare

28

Fig. 2.58 Reţele rezistive cu terminale pentru plantare, [27], [28].

Fig. 2.59 Reţele rezistive pentru montare pe suprafaţă, [23], [29].

De obicei ca reţele rezistive sunt realizate circuite rezistive uzuale: divizoare simple de tensiune, divizoare decadice de tensiune, atenuatoare în T sau în π, interfeţe telefonice, senzori de curent, circuit pentru afişare cu 7 segmente, etc. Câteva exemple sunt prezentate în figura 2.60.

V1 = Vi/10

Vi

9M

V2 = Vi/100

V3 = Vi/1000

V4 = Vi/10000

900K

90K

9K

1K

a) Divizor decadic


29

999,9 Ω 99,9 Ω 9,9 Ω 0,9 Ω 0,1 Ω

b) Senzor de curent

Fig. 2.60 Exemple de circuite pasive ale reţelelor rezistive.

Reţelele rezistive pot fi realizate şi la cerere, conform schemei electrice şi parametrilor ceruţi de utilizator.

2.1.12 Alegerea tipului de rezistor

Evoluţia şi extinderea permanentă a domeniilor în care electronica pătrunde

determină fabricanţii de componente să ofere o gamă sortimentală din ce în ce mai diversificată de componente, inclusiv de rezistoare. Varietatea tipurilor de rezistoare este asigurată prin deosebirile dintre parametrii şi carcteristicile lor. Ca urmare, pentru a selecta un rezistor, adecvat unei anumite aplicaţii, este important să fie definiţi parametrii şi/sau caracteristicile componentei. Astfel la utilizarea unui rezistor, ca de altfel a oricărei componente, trebuie să se ţină seama de elementele ce îl caracterizează:

- electric (valoare, toleranţă, putere, tensiune, frecvenţă, etc.); - tehnologic (forma constructivă, terminale, regim de contactare, modul de

plasare, etc.); - climatic (umiditate, temperatură, presiune); - mecanic (solicitare la vibraţii şi şocuri); - pecuniar (cost, achiziţie).

Pentru a putea preciza în proiectarea circuitului o componentă, este necesar să se cunoască toate fazele constructiv tehnologice pe care le parcurge modulul electronic. Sunt avute în vedere printre altele, aspectele privind echiparea (manuală sau automată), contactarea componentei (în val, retopire, sudură), modalităţi de plasare, testare, etc. În acest sens privitor la echipare tehnologia de montare, rezistorul poate prezenta terminale de inserţie radiale şi axiale sau pentru montarea directă pe suprafaţă (vezi paragraful 2.1.11). În funcţie de echipamentul utilizat la montarea componentelor, pot apare anumite restricţii privitoare la gabaritul componentelor, tipul terminalelor, distanţa dintre terminale. Este evident că este preferabilă utilizarea componentelor ce pot fi montate automat cu echipamentele de care se dispune. Deci în funcţie de caracteristicile echipamentelor cu montare automată, se vor prefera acele componente care: au dimensiunea cuprinsă în intervalul

Cap.2 Rezistoare

30

[dimensiune minimă dimensiune maximă] corespunzător echipamentului; terminale corespunzător posibilităţilor de montare ale echipamentului; distanţa dintre terminale în concordanţă cu cerinţele echipamentului. Pot interveni eventual şi restricţii de formă a componentelor, gabarit, greutate. Tehnologia de contactare. Componentele cu terminale pentru inserţie se contactează pe cablajul imprimat numai prin lipire. Trebuie avute în vedere însă temperatura maximă şi timpul maxim de lipire, tipul şi compoziţia aliajului de lipire. Componentele cu terminale pentru montare directă pe suprafaţă sunt mult mai diversificate şi se vor avea în vedere cele prezentate în paragraful 2.1.11.3.5. Tehnologia de testare. Trebuie cunoscute caracteristicile echipamentelor de testare automată ce vor fi utilizate, care pot influenţa în primul rând distanţa dintre terminale.

Aspecte de mediu. Orice circuit va funcţiona într-un mediu caracterizat de temperatură, umiditate, presiune, radiaţii, vibraţii mecanice, etc. Se vor alege deci acele tipuri de rezistoare care să funcţioneze în mod corespunzător în condiţiile reale de mediu. În acest sens se va avea în vedere în primul rând categoria climatică, dar şi celelalte influenţe ale factorilor ambientali asupra valorii rezistenţei, astfel încât să nu se depăşească valorile abaterii impuse de proiectantul circuitului sau de norme de firmă, naţionale sau internaţionale.

Recomandările producătorului. În cataloage sau note de aplicaţii, producătorii de componente pasive prezintă recomandări generale referitoare la utilizarea componentelor.

Utilizarea reţelelor rezistive şi a circuitelor pasive integrate. Conform celor prezentate în paragraful 2.1.11.5, acolo unde este posibil se vor utiliza reţelele rezistive, care prezintă o serie de avantaje faţă de utilizarea rezistoarelor discrete. De asemenea, sunt preferabile circuitele pasive integrate dedicate unor aplicaţii curente. În acest sens se specifică:

- circuit RC, numit şi stingător de scântei, utilizat pentru protecţia contactelor mecanice şi reducerea perturbaţiilor produse de acestea;

- filtru RC, utilizat pentru reducerea perturbaţiilor de înaltă frecvenţă a liniilor de semnal;

- circuit RC, utilizat pentru adaptarea liniilor de semnal digital. Parametrii / funcţiile circuitului electronic. Orice circuit electronic este realizat în scopul obţinerii unor anumite funcţii, fiind caracterizat de anumiţi parametri specifici, care depind mai mult sau mai puţin şi de parametrii componentelor pasive utilizate. Cunoscând doar tipul circuitului electronic nu se poate preciza tipul de rezistor ce trebuie utilizat. De exemplu, considerând un divizor rezistiv, la care tensiunea de ieşire depinde de tensiunea de intrare şi valorile celor două rezistoare, nu putem face afirmaţia că la acest tip de circuit putem utiliza rezistoare cu peliculă de carbon sau metalică. Tipul de rezistor ce trebuie utilizat va fi determinat în funcţie de


31

parametrii divizorului: tensiune, putere, curent, frecvenţă, tipul semnalului electric, etc. În general, prin proiectarea electrică a circuitului, utilizând relaţiile specifice de proiectare, se determină rezistenţa rezistorului, care într-o primă fază va fi considerată ca fiind cea nominală. Tot din proiectarea, funcţionarea circuitului se cunosc tipul semnalului electric, tensiunea, curentul, puterea, frecvenţa ce caracterizează fiecare componentă, precum şi parametrii circuitului. Tipul de rezistor ce poate fi utilizat şi parametrii acestuia vor fi determinaţi în funcţie de parametrii electrici la care funcţionează, de parametrii circuitului din care face parte, de condiţiile reale de funcţionare. Ca un algoritm minim ce poate fi urmat pentru alegerea tipului de rezistor ce poate fi utilizat într-un circuit electronic poate fi considerat cel prezentat în continuare. a) Determinarea tipurilor de rezistoare în funcţie de temperatura mediului ambiant în care funcţionează. Se vor alege acele tipuri de rezistoare cu domeniul de temperatură al mediului ambiant inclus în domeniul de temperatură de utilizare al rezistorului, adică trebuie satisfăcute relaţiile:

Tm < Tam; TM > TaM (2.137) b) Determinarea tipodimensiunii rezistorului. Cunoscând puterea disipată de rezistor se determină tipodimensiunea, respectiv codul rezistorului, conform celor prezentate în paragraful 2.1.7. c) Determinarea tipului de rezistor în funcţie de valoarea rezistenţei. Se vor alege acele tipuri de rezistoare, astfel încât valoarea rezistenţei să fie inclusă în domeniul valorilor nominale (să fie realizabilă în practică),

RN ∈ [RNm, RNM] (2.138) d) Determinarea toleranţei şi a coeficientului de variaţie cu temperatura al rezistorului. Cunoscând toleranţa globală a parametrului y ce caracterizează circuitul electric în care este utilizat rezistorul, se determină parametrii t şi αT ai rezistorului, astfel încât să fie satisfăcută inecuaţia,

tgy ≤ ty + tTy (2.139)

Exemplu. Se consideră divizorul rezistiv din figură,

R2

R1

UoUi

care funcţionează într-un mediu ambiant cu temperatura Ta∈[-30,95]°C. Tensiunea continuă la intrare Ui= 9 V şi are o toleranţă tui de ±2%. Rezistenţele R1 şi R2 au valorile de 1KΩ. Să se determine tipul şi parametrii rezistoarelor ce pot fi utilizate astfel încât abaterea maximă (toleranţa globală) a tensiunii de ieşire Uo să fie de ±4%.

Cap.2 Rezistoare

32

Rezolvare. Pentru simplificare se va presupune că se dispune de rezistoare cu peliculă de carbon RCG şi rezistoare cu glazură metalică RPM, cu parametrii conform [49]. a) Din punct de vedere al temperaturii, ambele tipuri de rezistoare, RCG şi RPM îndeplinesc condiţiile de utilizare: [- 30, 95]°C ⊂ [-55, 125]°C pentru rezistoare de tip RCG; [- 30, 95]°C ⊂ [- 55, 155]°C pentru rezistoare de tip RPM. b) Determinarea tipodimensiunii Puterea disipată de cele două rezistoare este Pd = U2/R = 81 mW Pentru rezistoare de tip RCG, puterea nominală va fi, PN ≥ Pd (TM-TN)/(TM-TaM) = 0,148 W Rezultă că se poate utiliza un rezistor RCG 1025, cu PN=0,25W şi UN = 250 V. Tensiunea la bornele rezistorului este de 9 V, care evident este mai mică decât tensiunea nominală, deci rezistorul este utilizabil. Pentru rezistoarele de tip RPM, puterea nominală va fi, PN ≥ Pd (TM-TN)/(TM-TaM) = 0,114 W Rezultă că se poate utiliza un rezistor de tip RPM 3012, cu PN = 0,125 W şi UN = 125 V. Tensiunea la bornele rezistorului este mai mică decât tensiunea nominală. c) Din punct de vedere a valorii rezistenţei, ambele rezistoare determinate anterior sunt realizate în practică. d) Determinarea toleranţei şi a coeficientului de variaţie cu temperatura

io URR

RU

21

2+

=

uiuo thththt 32211 ±±±=

21

11 RR

Rh

+−= ;

21

12 RR

Rh

+= ; h3=1

Rezultă

321

2t

tttuo ±

+±=

Coeficientul de variaţie cu temperatura al tensiunii Uo, este,

212 αα

α−

=uo

Pentru determinarea toleranţei şi a coeficientului de variaţie cu temperatura, trebuie satisfăcută inecuaţia

Tuouoguo ttt +≥ Pentru rezistoarele de tip RCG, vom avea,

Tuotttt++

+

≥ 32214

În acest caz cu aproximaţie se poate spune că αTuo=0, pentru că rezistoarele R1 şi R2 au acelaşi coeficient de variaţie cu temperatura, rezultă

32214 ttt

+

+

≥


33

Având în vedere toleranţa minimă a rezistoarelor RCG de ±2,5%, rezultă că aceste rezistoare nu pot fi utilizate în acest caz, depăşindu-se toleranţa tensiunii de ieşire. Pentru rezistoare de tip RPM, rezultă inecuaţia

Tuottt++

+

≥ 22

214

.MuoTuo Tt ∆= α Alegem pentru R1 şi R2 un coeficient de variaţie cu temperatura de ±100ppm/°C, rezultă αuo = ±100 ppm/°C.

cMoocMM TTTTT −−=∆ ,max To=20°C;

CTTTPP

T oaMNM

N

dcM 150)( =+−=

CTT oamcm 30−==

CT o

M 130=∆

%3,113010 4 =⋅±= −Tuot

Rezultă,

3,32

214 ++

≥tt

Rezultă pentru R1 şi R2 o toleranţă de ±0,5%. Deci se pot utiliza rezistoarele: RPM 3012, cu RN = 1kΩ, t = ±0,5%, αT = ±100 ppm/°C. Observaţie. Rezistoarele sunt puternic solicitate termic, fiind practic la limita puterii nominale, respectiv la temperatura de 150°C. Dacă este importantă stabilitatea rezistorului, în special cea termică, atunci se va utiliza un rezistor de tip RPM 3025, cu aceeaşi t şi αT.

capitolul 2 rezistoare - cetti.ro · cap.2 rezistoare 6 2.1.11.2 rezistoare de volum cronologic...

Documents