Rendimiento y aplicación de resistencias de alta precisión

El desarrollo y el uso de nuevas tecnologías en la industria de la resistencia han llevado a una fuerte reducción en el tamaño de las resistencias. Las nuevas demandas del mercado también han impulsado a los fabricantes de componentes electrónicos a desarrollar productos con un mejor rendimiento y estabilidad. A medida que el uso de varios tipos de resistencias de precisión se vuelve cada vez más extendido, el rendimiento de las resistencias de precisión se ha vuelto más importante. Los principales parámetros de las resistencias de precisión incluyen el coeficiente de temperatura (TCR), el coeficiente de potencia (PCR), la estabilidad a largo plazo, la capacidad antiestática (ESD), la fuerza electromotriz térmica (EMF), el ruido, etc.
La mejora del rendimiento general del sistema se logra a través de cada componente electrónico o subsistema. El rendimiento general está determinado por el enlace más débil en el sistema de circuito. Cada componente aporta algunas limitaciones de rendimiento al sistema general de circuito. En particular, sobrecarga a corto plazo, estabilidad a largo plazo, respuesta de frecuencia y ruido. En la industria de la resistencia discreta, hay cuatro tecnologías de resistencia populares, resistencias de alambre, resistencias de películas gruesas, resistencias de películas delgadas y resistencias de aluminio, proporcionando a los clientes soluciones con diferentes requisitos de rendimiento y diferentes presupuestos.
La Tabla 1 resume brevemente las ventajas y desventajas de varias tecnologías de resistencia, efectos térmicos, estrés mecánico y características eléctricas.
El estrés, ya sea mecánico o térmico, causa cambios en las propiedades eléctricas de las resistencias. Si la resistencia cambia de forma, longitud, configuración o estructura molecular debido al estrés, las propiedades eléctricas de la resistencia también cambiarán.
Cuando la corriente fluye a través del elemento de resistencia, genera autocalación, y los cambios de temperatura hacen que el material se expanda o se contraiga mecánicamente. El elemento de resistencia ideal tiene la capacidad de equilibrar automáticamente estos fenómenos. El sistema de mejora de la estabilidad puede mantener la integridad de las propiedades físicas del elemento de resistencia a través del proceso de fabricación y eliminar la necesidad de compensar el autocalentamiento y el estrés durante el uso de la resistencia.
Compararemos las características de diferentes tecnologías de resistencia y discutiremos el uso de cada tipo de resistencia en los circuitos de precisión.
Resistencias de aluminio
Las aleaciones especiales de resistencia de aluminio (níquel/cromo y aditivos) se unen a una matriz de cerámica especial con resistencia controlada para equilibrar las tensiones causadas por el calor y el estrés mecánico. El patrón de la ruta de la resistencia está grabado con láser en la aleación de resistencia de aluminio. Este proceso combina de manera única las características importantes de la deriva de baja temperatura, estabilidad a largo plazo, no inductiva, insensible a la electricidad estática, baja capacitancia, estabilidad térmica rápida y bajo ruido en una sola tecnología de resistencia.
Estas características aportan una alta estabilidad y confiabilidad al sistema de circuito. No se considera ningún compromiso entre la precisión de la resistencia, la estabilidad y la velocidad de respuesta. Para obtener valores de resistencia precisos, la lámina de metal de metal a granel se equilibra y elimina selectivamente tiras de cortocircuito internas. Al tratar con los requisitos de alta resistencia, el área se corta selectivamente en incrementos de resistencia conocidos para aumentar el valor de resistencia en pequeños pasos.
Coeficiente de temperatura estándar ± 1 ppm/ grado 0 grado a + 60 grado (0. 05 ppm/ grado Z-foil), obtenido de la aleación de resistencia de aluminio y la matriz de tensión térmica y mecánica se combina con (Tabla 1).

El diseño de la ruta de resistencia paralela en el plano de lámina de metal reduce la inductancia, con una inductancia máxima de {{0}}. 08 μH. La capacitancia máxima es de 0.5 pf. El tiempo de respuesta de una resistencia 1- kΩ es inferior a 1 ns hasta 100 MHz. El tiempo de elevación está determinado por el valor de la resistencia, pero los valores más altos o más bajos son solo ligeramente más lentos que los valores intermedios. Ningún sonido es particularmente importante en los circuitos de conmutación de alta velocidad, como los convertidores de señal.
La resistencia DC de una lámina de metal a granel 1- kΩ se puede comparar con su resistencia de CA a 100 MHz usando la siguiente fórmula:
Resistencia de CA/resistencia DC=1. 001
Las tecnologías de resistencia de foil producen resistencias con especificaciones especiales que previamente no estaban disponibles y deseables. Estos incluyen la deriva de temperatura de {{0}}. 2 ppm/ grado, precisión tan baja como ± 0. 001 %, 1000- estabilidad de vida de carga de horas de ± 0.005 % (50 ppm) y resistencia estática de al menos 25 kV.
¿Qué tan bueno realmente necesita ser un buen producto?
Por supuesto, no todos los diseños de ingenieros de circuito requieren un alto rendimiento general. En muchas aplicaciones, las resistencias de menor rendimiento serán suficientes, por lo que las respuestas se dividen en cuatro categorías.
1. Las resistencias de aluminio de metal pueden mejorar el rendimiento general de un dispositivo.
2. Una o más resistencias de aluminio de metal pueden lograr el mejor rendimiento de un dispositivo.
3. Las resistencias de aluminio de metal pueden mejorar el desarrollo de la tecnología de circuito y mejorar muchas propiedades favorables de las resistencias de precisión.
4. Planee claramente usar resistencias de precisión para consideraciones a largo plazo (por ejemplo: las resistencias de aluminio de metal son más rentables que agregar dispositivos costosos para mejorar ligeramente el rendimiento del circuito para mantener la precisión del circuito).
En la segunda categoría, por ejemplo, se debe sopesar un solo parámetro contra la economía general del diseño. El uso de una resistencia de mayor rendimiento puede ahorrar costos porque el circuito de compensación puede reducirse (y se guarda el costo de los componentes relacionados y su instalación). Mejorar la precisión de la resistencia es más rentable que mejorar el dispositivo, porque mejorar el dispositivo para mejorar cierto rendimiento es más costoso que las resistencias de precisión.
Resistencias de alambre de precisión
Las resistencias de alambre generalmente se dividen en resistencias de alambre de potencia y resistencias de cableado de precisión. Las resistencias de alimentación de alambre cambiarán enormemente durante el uso y no se pueden usar en aplicaciones que requieren un rendimiento de precisión de las resistencias. Por lo tanto, no discutiremos las resistencias de Wirewound de potencia.
Durante el proceso de fabricación de las resistencias de alambre, la superficie interna del cable de resistencia (el lado cerca del esqueleto aislante) se exprime y su superficie externa se somete a tensión. Se produce deformación permanente.
La deformación causada por este proceso y durante el recocido posterior del cable es artificial, en oposición a la deformación elástica o reversible. La deformación mecánica permanente impredecible provoca cambios aleatorios en las propiedades eléctricas y la resistencia del cable. El resultado es una amplia gama de parámetros de rendimiento.
Las resistencias de alambre están hechas de herida de alambre en un esqueleto aislante. Los cables de diferentes diámetros y longitudes proporcionan resistencia y características predecibles. Las resistencias de alambre de precisión tienen mejores propiedades antiestáticas y ruido más bajo que la película delgada y las resistencias de película gruesas. Las resistencias de alambre también tienen una deriva de temperatura más baja y una mejor estabilidad.
Las resistencias de WireWound pueden tener una precisión inicial de ± 0. 005 %. La deriva de temperatura puede ser tan baja como 3 ppm/ grado típico; Pero para resistencias de alambre de baja resistencia, generalmente es de 15 ppm/ grado a 25 ppm/ grado. El ruido térmico es bajo, y la temperatura de seguimiento de la deriva fuera del rango de temperatura de funcionamiento también puede alcanzar ± 2 ppm/ grado. Debe estar claro que las resistencias de alambre no tienen productos de envasado SMD (SMD no está moldeado, y algunas resistencias de alambre de montaje de superficie moldeada no son resistencias SMD), por lo que no se pueden usar resistencias de alambre en situaciones donde se requiere el peso y el volumen de la resistencia.
Sin embargo, debido a la estructura de devanado de las resistencias de alambre, las resistencias de alambre son inductivas, y los devanados similares producen capacitancia. Se puede utilizar una tecnología especial de devanado para reducir la inductancia para mejorar el tiempo de respuesta durante el uso de la resistencia. Debido al diseño inherente inductivo y capacitivo, las resistencias de alambre no tienen buenas características de alta frecuencia. Especialmente en aplicaciones superiores a 50 kHz. Debido a los factores de inductancia y precio, las resistencias de alambre de precisión están actualmente a punto de ser eliminadas.
Resistencias de películas delgadas
Las resistencias de película delgada se realizan evaporando un material de película con una cierta resistividad de 50 a 250 angstroms de espesor en un sustrato de cerámica utilizando un método similar a la evaporación [1 angstrom (a)=10 nanómetros]. Las resistencias de película delgada pueden producir valores de resistencia más altos en un área dada que las resistencias de alambre y las resistencias de aluminio y son más baratos. Esto hace que las resistencias de películas delgadas sean una elección más económica en aplicaciones donde se requieren resistencias de alta resistencia de precisión media y se considera la eficiencia del espacio.
Las resistencias de película delgada son sensibles a la temperatura. El grosor apropiado de la película se puede seleccionar para producir una variedad de valores de resistencia, pero una película específica solo puede producir resistencias con un cierto rango de resistencia. Por lo tanto, las películas de varios espesores se utilizan para producir resistencias con varios rangos de resistencia.
La estabilidad de la película se ve afectada por el aumento de la temperatura. El proceso de cambio de la estabilidad del envejecimiento de la película depende del grosor de la película para lograr el valor de resistencia especificado, por lo que el rango de resistencia cambia constantemente. El envejecimiento químico/mecánico también incluye la oxidación de la aleación de resistencia causada por el aumento de temperatura.
La deriva de temperatura de la película del grosor apropiado también puede tener un efecto adverso en el valor de resistencia. Las resistencias de película delgada de alta resistencia tienen una mayor tasa de deterioro. Porque cuanto más delgada es la película, más susceptible es a la oxidación. Debido a que las resistencias de película delgada son muy delgadas, se ven fácilmente afectadas por la electricidad estática.
Además, debido a que la parte del elemento metálico es muy pequeño, las resistencias de película delgada también son muy susceptibles a la corrosión causada por la humedad. Cuando el vapor de agua pasa a través del paquete de resistencia, trae impurezas y desarrolla corrosión química, lo que hace que la película de resistencia falle en unas pocas horas después de aplicar una carga de bajo voltaje de CC.
A través de la deposición de la película de la capa múltiple a largo plazo, el ajuste de resistencia de alta precisión y el posterior a la selección, las mejores resistencias de película delgada de precisión también pueden lograr una deriva de temperatura de ± 2ppm/ grado y una precisión de ± 0. 01%, así como una buena estabilidad a largo plazo. Sin embargo, la potencia no es alta, la parte de baja resistencia tiene un bajo rendimiento, no es antiestático, el coeficiente de potencia es pobre, es difícil cumplir con el suministro de lotes pequeños y la consistencia de diferentes lotes no es buena.
Resistencias de cine gruesas
En la discusión anterior, explicamos que las resistencias de WireWound no se pueden usar en aplicaciones de chips debido al tamaño, el embalaje y el peso. En aplicaciones menos precisas que las resistencias de alambre, las resistencias de película gruesas se usan más comúnmente porque las resistencias de película gruesas tienen valores de resistencia más densos (alta resistencia/pequeño tamaño) y son más baratos.
Las resistencias de película gruesas tienen una respuesta de frecuencia más rápida, similar a las resistencias de película delgada y las resistencias de aluminio, pero entre varias tecnologías de resistencia, las resistencias de película gruesas son las más ruidosas. Cuando se usan en aplicaciones menos precisas, las resistencias de película gruesas se discutirán y se utilizarán ampliamente en varios tipos de circuitos, incluidas partes menos precisas de circuitos de alta precisión.
La película gruesa se basa en el contacto de partículas a partículas en una matriz de vidrio para formar una ruta de resistencia. Estos puntos de contacto forman toda la resistencia. Sin embargo, estas partículas están bloqueadas por estrés térmico durante el uso de la resistencia. Debido a que tienen muchos caminos paralelos, la ruta de resistencia no se romperá. Sin embargo, el valor de resistencia aumentará con el tiempo y a medida que aumente la temperatura. Por lo tanto, las resistencias de película gruesas no son tan estables como otras tecnologías de resistencia.
La estructura de partículas también significa que las resistencias de película gruesas tienen un alto coeficiente de ruido, porque el movimiento de agregación y liberación de los electrones de resistencia a través de esta estructura genera un ruido relativamente grande. Para una resistencia de tamaño dada, cuanto mayor sea el valor de resistencia y cuanto menor sea el contenido de metal, mayor es el ruido y menos estable es. La estructura de vidrio de las resistencias de película gruesas forma una capa protectora similar a un vidrio para proteger la resistencia durante el procesamiento, lo que también hace que las resistencias de película gruesas sean más resistentes a la humedad que las resistencias de películas delgadas.
A través de la mejora continua de las gruesas pastas de resistencia de películas, la tecnología de resistencia de película gruesa más precisa ha sido capaz de lograr una deriva de temperatura de ± 5ppm/ grado, e incluso mediante el uso de múltiples chips de resistencia de película gruesas que pueden compensar entre sí, eventualmente puede alcanzar una deriva de temperatura de ± 2ppm/ grado. Su mayor precisión también puede alcanzar ± 0. 01%. Las resistencias de películas gruesas de precisión son la tecnología convencional en aplicaciones de alto voltaje, alta resistencia y alta precisión. La desventaja de las resistencias de película gruesas es que es difícil lograr una alta precisión y una deriva de baja temperatura en la parte de baja resistencia, el índice de ruido no es bueno y la estabilidad a largo plazo es generalmente peor que otras resistencias de precisión.