Маркировка с цифрами в начале и буквой после них может использоваться для деталей с допусками 2 %, 5 %, 10 %. Расшифровка таких маркировок осуществляется по таблицам.
Разработка и внедрение технологии поверхностного монтажа (SMT) позволили автоматизировать процесс сборки плат и ускорить его, сделать проще, дешевле и эффективней. На практике может встречаться гибрид технологий поверхностного и сквозного монтажа.
Применение резисторов поверхностного монтажа положительно сказывается на массе и размерах радиоэлектронных устройств, на их частотных параметрах.
Тепловой режим оказывает значительное влияние на надёжность чип-резисторов, поскольку сложно отвести тепло в окружающее пространство. Разработанные ранее чип-резисторы предназначались для применения в ГИС, подложка в которых керамическая. Керамика более теплопроводна, чем стеклотекстолит печатных плат, поэтому тепловой режим в последнем случае значительно хуже, и резистор можно использовать лишь на половину номинальной мощности. Тепло отводят в окружающую среду через выводы на контактной площадке и через печатные проводники.
9 Специальные резисторы
Резисторы, сопротивление которых сильно меняется под влиянием вполне определенного внешнего воздействия, называются специальными.
Тензомеры и тензорезисторы
Тензомеры – резисторы, работа которых основана на изменении электрического сопротивления металлической проволоки (или фольги) при деформации (растяжении или сжатии). Конструктивно тензометрическое сопротивление представляет собой решетку из проволоки (константан, нихром, сплавы на основе никеля и молибдена и др.) или фольги (иногда полупроводниковой пленки), которая приклеивается к поверхности исследуемой детали (при повышенных температурах – приваривается). Изготовляются и ненаклеиваемые тензометрические резисторы, преимущество которых заключается в отсутствие поперечной тензочувствительности и малом гистерезисе.
Тензорезисторами называют полупроводниковые тензомеры, выполненные (например, из кремния p-типа) в виде брусочков малого сечения (не более 0.15х0.15 мм) с невыпрямляющими контактами выводов от их концов. Если у проволочных тензомеров изменение сопротивления при деформации связано с изменением размеров, то у полупроводников от деформаций сильно зависит и удельное сопротивление. Последняя зависимость связана с изменением при деформациях межатомных расстояний в кристалле, что приводит к изменению ширины запрещенной зоны и заметному изменению концентрации носителей. Основная характеристика тензомеров – тензочувствительность K, которая определяется как отношение относительного изменения сопротивления ΔR/R к относительному изменению длины образца Δl/l:
Для металлов эта величина близка к двум, а для полупроводников может быть до 100…200, и существенно зависит от угла между деформирующей силой и осью кристалла. Полупроводниковые тензорезисторы практически безынерционны, но имеют относительно большой ТКС.
Магниторезисторы
Магниторезисторы (МР) – это полупроводниковые резисторы, электрическое сопротивление которых зависит от величины напряженности магнитного поля. Действие МР основано на магниторезистивном эффекте, который заключается в уменьшении подвижности носителей заряда в полупроводнике, помещенном в магнитное поле, перпендикулярное электрическому полю. Известно, что движущийся вдоль электрического поля носитель заряда отклоняется магнитным полем в поперечном направлении. При этом уменьшается групповая продольная скорость носителей заряда, что проявляется как уменьшение дрейфовой подвижности носителей заряда.
МР выполняют в виде диска, у которого один вывод делается от центра, а второй образует кольцевой контакт с внешней кромкой. В слабых магнитных полях приращение сопротивления ΔR пропорционально квадрату напряженности магнитного поля H, а в сильных – линейно зависит от H. МР изготовляют обычно из антимонида индия InSb и арсенида индия InAs. В первом случае, хотя чувствительность резистора к полю H мала, но мал и ТКС, а во втором – велика чувствительность, но велик и ТКС.
МР имеют очень малое начальное сопротивление R0 (при H = 0), составля- ющее от десятых долей до единиц Ома. Увеличить его удается в конструкциях составных МР, состоящих из ряда последовательно включенных элементарных МР. Начальное сопротивление МР и его зависимость от H сохраняются неизменными и для переменных токов, вплоть до 1…10 МГц.
Фоторезисторы
Фоторезистор (ФР) – это полупроводниковый резистор, сопротивление которого зависит существенно от освещённости. Действие фоторезисторов основано на внутреннем фотоэлектрическом эффекте, который заключается либо в переходе электронов из валентной зоны, либо из примесных уровней в зону проводимости.
Фоторезистивный эффект впервые открыт у селена, В настоящее время используются сернисто-таллиевые фоторезисторы. У селеновых фоторезисторов большая чувствительность, но они очень нестабильны во времени. Сернисто-таллиевые ФР также имеют существенные недостатки: зависимость чувствительности от температуры, потеря чувствительности в области коротковолнового диапазона (видимый свет), малый срок службы (до 400 часов). Для изготовления фоторезисторов наиболее часто используют сернистый свинец (PbS), сульфид и селенид кадмия (CdS, CdSe). Фоторезисторы изготовляют на разные диапазоны волн от инфракрасных до рентгеновских лучей. У селено-кадмиевых фоторезисторов чувствительность в 105 раз больше, чем у вакуумных фотоэлементов.
Рис.8 .Схематичное изображение конструкции ФР
Конструктивно фоторезисторы выполняются в виде прямоугольной или круглой таблетки из спрессованного полупроводникового материала (объёмные) или плёночные. На стеклянную подложку 1 наносится тонкий слой полупроводника 2 (фоторезистива), на который, в свою очередь, наносятся металлические электроды 3 (выводы).
Преимущества фоторезисторов перед вакуумными фотоэлементами:
- малые габариты, простота конструкции и меньшая стоимость фоторезистора;
- значительно большие фототоки (до единиц миллиампер).
К недостаткам фоторезисторов следует отнести большую инерционность и значительный разброс параметров.
Применяются фоторезисторы преимущественно в детекторах инфракрасного, видимого и ультрафиолетового излучения (на основе PbS, PbSe, PbTe), рентгеновского γ-излучения (на основе CdS, CdSe), а также в пирометрии (на основе PbS, PbTe) для измерения температуры тел по излучению в световом диапазоне.
Варисторы
Варистор – это резистор с нелинейной, симметричной вольтамперной характеристикой (ВАХ) R =φ(U), сопротивление которого при увеличении приложенного напряжения существенно уменьшается.
Это позволяет использовать варисторы в схемах защиты от перегрузок, как ограничители напряжения (разрядники) и для стабилизации напряжения в схемах автоматического регулирования усиления на переменном токе на частотах менее 1 кГц (рисунок 9, а).
а – на частоте 100 Гц; б – на частоте 20 кГц;
в – положение на ВАХ классификационных напряжений и токов
Рис.9. Вольтамперные характеристики варистора
На более высоких частотах сказывается влияние ёмкости между зернами порошка легированного карбида кремния, составляющего, наряду со связующими веществами, основу резистивного элемента варистора. Кроме того, на высоких частотах нарушается однозначная зависимость между мгновенными значениями тока и напряжения – наблюдается гистерезис на ВАХ (рисунок 9б). Нелинейность варистора обусловлена несколькими явлениями. Одно из них – увеличение степени перекрытия зазоров между зернами карбида кремния при микронагреве контактов в районе зазоров.
Резистивный элемент изготовляется путём спекания кристаллов карбида кремния и наполнителя – связующего вещества.
Основной характеристикой варисторов является ВАХ (рисунок 9в). Симметрия ВАХ заключается в том, что при изменении полярности напряжения полярность тока тоже меняется, а величина сопротивления остается неизменной (R =const). Представляет практический интерес также зависимость коэффициента нелинейности от тока – β(I) (рисунок 9б).
Характерными недостатками варисторов являются:
- разные сопротивления при постоянном и переменном токах;
- очень большая температурная нестабильность
- большой разброс параметров ВАХ;
- сильная зависимость проводимости от частоты.
Терморезисторы
Терморезистором (термистором) называется прибор, выполненный на основе однородной полупроводниковой структуры, электрическое сопротивление которой существенно зависит от температуры.
Сопротивление терморезистора при больших токах становится зависимым также от величины действующего (среднеквадратического) значения тока и режима охлаждения. Поэтому при применении терморезисторов для измерения температуры следует использовать малые токи. Мощность на резисторе, в этом случае, должна быть меньше 10 мВт. Действие наиболее распространенных терморезисторов с отрицательным ТКС основано на сильной зависимости концентрации носителей заряда от температуры.
Для изготовления терморезисторов применяют поликристаллические оксидные полупроводники – окислы меди, марганца, кобальта, титана, лития и никеля.
Терморезисторы на основе окислов имеют отрицательный ТКС, величина которого обратно пропорциональна квадрату температуры T.
Основными параметрами терморезисторов являются:
- диапазон рабочих температур tmin…tmax;
- чувствительность (ТКС);
- номинальное сопротивление RН – при температуре 20оC;
- минимальная мощность Pmin – мощность, при которой сопротивление изменяется на 1%;
- максимальная мощность – мощность, при которой резистор разогревается до максимально допустимой температуры.
Терморезисторы с отрицательным ТКС реализуются на основе смеси окислов Mn, Co, Ni, Cu; окислов Ge и Si, легированных различными примесями; карбида кремния (SiC); органических полупроводников и т.д.
Наиболее распространены медно-марганцевые (ММТ) и кобальтово- марганцевые (КММ) терморезисторы. Диапазон их рабочих температур лежит обычно в пределах от 170…210 К (-100…-60оС) до 370…570 К (100…300оС), а ТКС при 20оС достигает величины = (2.4…8.4)10-2 К-1.
Большинство терморезисторов разогревается лишь мощностью измерительного тока, и называются они терморезисторами прямого нагрева. Однако выпускаются и терморезисторы косвенного подогрева (например, терморезистор ТР-6). Они содержат два электрически изолированных резистора (подогреватель и термочувствительный элемент) и имеют между собой сильную тепловую связь. Основной характеристикой таких терморезисторов является зависимость сопротивления термочувствительного элемента от тока через подогреватель при различных температурах.
Имеются терморезисторы для индикации и измерения интенсивности теплового излучения в оптическом диапазоне частот (болометры).
Применяются терморезисторы в системах и устройствах дистанционного и централизованного измерения и регулирования температуры, температурной компенсации различных элементов электрических цепей, для стабилизации токов и напряжений, для измерения мощности, давления газов, скорости движения жидкостей и т.д.
К недостаткам терморезисторов относятся:
- нелинейная зависимость R(t);
- плохая взаимозаменяемость из-за низкой воспроизводимости и большого разброса ТКС (10%);
Промышленностью выпускаются терморезисторы:
- ММТ (СТ2) – медно-марганцевые;
- КМТ (СТ1) – кобальтово-марганцевые;
- СТ3 – медно-кобальтовые;
- СТ6 – позисторы на основе титаната бария;
Кроме терморезисторов с отрицательным ТКС, в РЭС нашли применение терморезисторы с большим положительным ТКС, получившие название позистор. Они изготавливаются из сегнетоэлектриков, в частности, широко используется титанат бария (BaTiO3), легированный лантаном, церием, висмутом и т.д. Титанат бария – это полупроводник с удельным сопротивлением 103…105Омм. Принцип действия позисторов основан на резком изменении электропроводности кристаллов сегнетоэлектриков в области фазовых переходов, когда изменяется структура кристаллической решетки (в точке Кюри).
Характерным для этих позисторов является очень большой ТКС (до 0.5 К-1) в области температур Δt, близких к сегнетоэлектрическому фазовому переходу. Однако эта область весьма небольшая, но положение ее можно смещать изменением состава твёрдого раствора (примерно от –70о до 230оС). За пределами фазового перехода позисторы, как и терморезисторы, имеют отрицательный ТКС.
Благодаря высокой чувствительности позисторы нашли применение в качестве термодатчиков, например, в самонаводящихся ракетах типа «земля-воздух». Кроме того они могут использоваться в подогревных термостатах в качестве термостабилизатора. При понижении температуры среды их сопротивление уменьшается, а мощность на позисторе (нагревателе) возрастает, при повышении же температуры среды эта мощность уменьшается. При этом температура нагретого объекта оказывается практически не зависящей от температуры окружающей среды. Однако, из-за низкой температурной и временной стабильности позисторы по сравнению с терморезисторами не нашли широкого применения.