книги из ГПНТБ / Зайцев Ю.В. Переменные резисторы

1,5—1,6 м/мин. Контейнер для нанесения суспензий пред­ ставляет собой стальной резервуар. В дне его корпуса имеется щель, через которую суспензия поступает на по­ верхность полосы.

Для каждого диапазона номинальных сопротивлений резисторов приготовляют особый состав проводящей сус­ пензии с заданным удельным сопротивлением. При по-

г

Рис. 3-13. Установка нанесения композиционных пленок.

лучении резисторов с линейной функциональной харак­ теристикой применяют суспензию одного состава, нано­ ся ее на всю ширину полосы. Покрытые суспензией полосы через 25—30 мин после нанесения суспензии на­ правляют на полимеризацию. Полимеризацию суспен­ зий, выполняемых на крезольно-формальдегидных смо­ лах, проводят в конвейерных печах с инфракрасным обо­ гревом в течение 48 мин при температуре 155—158°С; суспензии на эпоксидных смолах подвергаются полиме­ ризации при температуре 170—180 °С.

После контроля качества покрытия производится штамповка подковообразных ПЭ. Полосы подаются под штамп пресса стороной, не покрытой проводящим слоем композиции. Для создания контактов на концы ПЭ нано­ сят на специальных автоматах ннзкоомную суспензию на основе мелкодисперсного серебра. Далее в конвейер­ ных печах производится полимеризация контактной ком­

170

позиции. Температурный режим полимеризации опреде­ ляется видом связующего компонента, используемого в композиции. (В технологии производства переменных ре­ зисторов широко используется в качестве связующего компонента композиций эпоксидный полуфабрикат Э4041, выполняемый на эпоксидной смоле Э-40.) Полу-

Рис. 3-14. Изменение р0 и tg 6 пяти образцов листового электротех­ нического гетинакса марки VI в процессе термообработки.

ченные ПЭ подвергаются контролю — измеряются сопро­ тивление ПЭ, а также ряд других параметров.

Последующие технологические операции связаны с установкой ПЭ в конструкцию, определяются конструк­ тивными особенностями изделия.

Особенностью технологии массовых типов переменных резисторов общего назначения является широкое использование электротехни­ ческого листового гетинакса марки VI, так как он обладает хороши­

честве изоляционных оснований резисторов типа СШ-CniV. Однако

171

инфракрасными лампами. Испытаниям подвергались три партии ге-

тинакса марки VI.

Проведенные исследования показали, что удельное объемное со­ противление гетинакса, подвергнутого обработке, равно в исходном состоянии 1,22-109—2,73- 10й Ом-м, а после пребывания в течение 24 ч в камере с относительной влажностью 95—98% при температуре 20±5 °С '5,2-107— 1,37-1010 Ом-м. Тангенс угла диэлектрических по­ терь на частоте 106 Гц составлял у образцов, подвергнутых термо­ обработке, в исходном состоянии 0,023—0,041 и после пребывания в камере влажности 0,042—0,09; электрическая прочность гетинакса составляла 35,1—43,9 МВ/м. Водопоглощаемость образцов, подверг­ нутых термообработке, 1,5—2,56%, а плотность 1 340—1 360 кг/м3.

Проведенные исследования показали, что указанные режимы термообработки не приводят к ухудшению параметров гетинакса марки VI и, следовательно, этот материал может быть использован в кратковременных технологических режимах при данных темпера­ турах. Отметим, что кратковременная термообработка при Т— 170-f- 190 °С приводит к некоторому улучшению параметров гетинакса марки VI, что обусловлено дополнительной полимеризацией, связую­ щей смолы в процессе термообработки.

На рис. 3-14 показано изменение удельного объемного сопротив­ ления р„ и тангенса угла диэлектрических tg б для гетинакса марки

Технология резисторов с нелинейными функциональны­ ми характеристиками идентична с технологией произ­ водства резисторов с линейными характеристиками. От­ личие состоит лишь в том, что нанесение суспензии на изоляционные полосы производится из контейнера с не­ сколькими перегородками, которые расположены в его корпусе так, что между их нижними концами и дном остаются зазоры. При движении изоляционной полосы вдоль отверстия контейнера ее поверхность покрывается проводящей суспензией, причем в местах зазоров частич­ но происходит смешивание суспензий, что обеспечивает сравнительно плавное изменение сопротивления при пе­ реходе от одного участка элемента к другому. После термообработки из полос вырубаются ПЭ, у которых от­ дельные участки по длине имеют различное удельное сопротивление. Рассмотренный технологический принцип является наиболее широко распространенным: так вы­ полняют практически все промышленные типы непрово­ лочных резисторов с нелинейными функциональными ха­ рактеристиками.

Однако на основе данной технологии не удается по­ лучить резисторы с высокой плавностью функциональных

172

характеристик, поскольку смешивание суспензий с раз­ личным удельным сопротивлением при их нанесении на изоляционные полосы происходит на довольно ограни­ ченных участках и функциональная характеристика вследствие этого имеет вид ломаной линии. Рассмотрен­ ная технология не обеспечивает также получение низко­ омных резисторов с нелинейными функциональными ха­ рактеристиками, поскольку широко используемые низ­ коомные композиции на основе графита и сажи имеют сопротивление квадрата пленки 50—60 Ом, а производ­ ные композиции имеют еще более высокое удельное со­ противление, так как они получены смешиванием в опре­ деленном процентном соотношении низкоомных и высо­ коомных композиций. Поэтому переменные резисторы с нелинейными функциональными характеристиками (типов Б и В) имеют, как правило, наименьшее номи­ нальное сопротивление — 4,7 кОм.

Интенсивное развитие электроники, широкое исполь­ зование в электронных схемах полупроводниковых при­ боров поставили ряд технических задач по повышению плавности функциональных характеристик резисторов, расширению диапазона их номинальных сопротивлений, снижению уровня собственных шумов.

В связи с этим в последние годы в Московском энер­ гетическом институте, в конструкторском бюро Москов­ ского завода радиодеталей автором проведен цикл иссле­ довательских и опытно-конструкторских работ по созда­ нию новых типов переменных резисторов с нелинейными функциональными характеристиками. Остановимся на наиболее интересных технологических способах получе­ ния резисторов с нелинейными функциональными харак­ теристиками.

Проводящие элементы с нелинейной функциональной характеристикой можно получить, не только изменяя удельное сопротивление материала в направлении пере­ мещения скользящего контакта, но и выполняя ПЭ с пе­ ременным сечением по его длине. Отметим, что при использовании композиционных материалов широко используемыми промышленными методами трудно варь­ ировать толщину пленки на различных участках ПЭ. По­ этому наиболее перспективной представляется возмож­ ность варьирования сечением ПЭ.

Проведенные теоретические расчеты и последующее моделирование ПЭ показали, что резисторы с логариф-

173

мической и обратно-логарифмической функциональными характеристиками могут быть получены при определен­ ном соотношении сторон элемента (рис. 3-15). Однако отношение сторон элемента должно быть весьма значи­ тельным (a/b^t30), чтобы функциональные характери­ стики резисторов лежали в допустимых пределах, что

Рис. 3-15. ПЭ с нелинейными функциональными характеристиками.

увеличивает габаритные размеры изделия. С ПЭ, пока­ занными на рис. 3-15, разработаны резисторы повышен­ ной мощности (на 5—10 Вт), габаритные размеры кото­ рых позволяют установить в конструкцию элементы

сбольшим соотношением сторон.

Впоследние годы разработана новая технология пе­ ременных резисторов с нелинейными функциональными характеристиками, согласно этой технологии ПЭ рези­ стора содержит два проводящих слоя, разделенных ди­ электриком1 (рис. 3-16, а). Эквивалентная схема рези­

между средним и крайним выводами Я1.2 или Ям опре­ деляется сопротивлениями основного R0 и дополнитель­ ного Яд проводящих слоев, поскольку при используемых материалах Я к< Я 0, ЯД< Я И.

При положении скользящего контакта, соответствую­ щего повороту подвижной системы на угол а, сопротив­ ление основного проводящего слоя

где pi и hi — удельное сопротивление и толщина основ­ ного проводящего слоя; а — угол поворота подвижного

1 Авт. свид. № 301744 (СССР) МПК Н 01с9/00. Опубл. «Изо­ бретения. Промышленные образцы. Товарные знаки», № 14 от 10/V1, 1971 (авторы Ю. В. Зайцев, Н. В. Макушкина).

174

где p2 и h2— удельное сопротивление и толщина допол­ нительного проводящего слоя соответственно. Сопротив-

Рис. 3-16. Конструкция двухслойного ПЭ (а) и его экви­ валентная схема (б).

/ — основной (R0)l 2—изоляционное основание /?п; 3 —дополни­ тельный (Rд) проводящие слои; 4 —контактный слой и R K •—его сопротивление.

а также функциональную характеристику в следующем виде:

Выражение (3-18) показывает, что вид функциональ­

ной характеристики резистора определяется отношением

RsilR*.

175

«si

1,0

0)

Рис. 3-17. Функциональные характеристики двухслойных ПЭ с различным отношением Rsi/Rs2 (а) и Rr/Rq (б).

На ЭЦВМ «Минск-22» рассчитаныфункциональные характеристики двухслойных ПЭ при различных отно­ шениях сопротивлений основного и дополнительного слоев. Результаты расчетов оформлены в виде графиков (рис. 3-17). На рис. 3-17,6 приведены расчетные функ­ циональные характеристики при сопротивлении допол­ нительного слоя Дд=0,5ч-1,5 До, где R0 — сопротивле­ ние основного проводящего слоя; для упрощения расче-

Рис. 3-18. Зависимость сопротивления лакоса­ жевых пленок от числа циклов термообработки (один цикл т — 24 мин; Г=175°С ).

тов было, принято, что Д „» Д 0, Дд>Дк. (Это справедли­ во для широкого диапазона номинальных сопротивле­ ний.) Также принято, что на начальном участке функцио­ нальной характеристики изменение сопротивления прямо пропорционально перемещению скользящего контакта.

Рассмотренный технологический метод позволяет по­ лучать резисторы с обратно логарифмической функцио­ нальной характеристикой, а также резисторы, функцио­ нальная характеристика которых имеет максимум, поло­ жение которого определяется отношением сопротивле­ ний основного и дополнительного слоев.

Для получения резистора с обратно логарифмической функциональной характеристикой необходимо создавать дополнительный слой с определенным сопротивлением (Дд=0,8-у0,85 До). Данное соотношение можно полу­ чить различными технологическими приемами — исполь­ зованием полупроводниковых композиций с соответст­ вующим удельным объемным сопротивлением или тер­ мообработкой композиций. На рис. 3-18 показано изме­ нение сопротивления квадрата композиционной полу­

проводниковой пленки в зависимости от числа циклов термообработки. Варьируя числом циклов термообра­ ботки основного и дополнительного слоев, можно при использовании композиции одного состава получить за­ данное отношение их сопротивлений, обеспечивающее получение ПЭ с нелинейной функциональной характери­ стикой.

Последовательность технологических операций по­ лучения переменных резисторов с обратно логарифмиче­ ской функциональной характеристикой показана на рис. 3-19. Как следует из приведенной технологической схемы, первой операцией является нанесение на конвей­ ере покрытий дополнительного слоя. Термообработка дополнительного слоя производится в конвейерной печи при температуре 175+5 °С в течение 24 мин. (при ис­ пользовании проводящей композиции на лаке К-212-01, который выполнен на крезоло-формальдегидной смоле).

После термообработки дополнительный слой обла­ дает достаточной адгезией к изоляционной полосе;

Изготовление проводящих композиций

!

Нанесение дополнительного проводящего слоя

Термообработка дополнительного слоя

I

Нанесение основного проводящего слоя iI

Термообработка проводящих слоев

1

Вырубка проводящих элементов

I

Контроль сопротивления проводящих слоев

!

Создание контактов на проводящих слоях

I 1

Контроль функциональной характеристики элемента

1

Конструктивное оформление резистора

Рис. 3-19. Технологическая схема изготовления резистора с двух'

слойным ПЭ.

178

на противоположную сторону полосы на конвейере нано­ сят основной проводящий слой. Далее изоляционные полосы подвергаются термообработке при температуре 175±5°С в конвейерной печи. После термообработки на штампах вырубают подковообразные ПЭ.

У полученных элементов измеряется сопротивление основного и дополнительного слоев, рассчитывается от­ ношение этих сопротивлений. Контакты к проводящим слоям создают путем нанесения композиции, выполнен­ ной на смоле с мелкодисперсным серебром. Контроль функциональной характеристики элемента производится путем ее просмотра на осциллографе, далее ПЭ устанав­ ливаются в конструкции.

Разработанная технология при использовании низко­ омных лакосажевых композиций (имеются в виду компо­ зиции, выполняемые на лаках К-212-01 и Э-4041, с мак­ симальным содержанием проводящих компонентов са­ жи и графита) обеспечивает получение нелинейных резисторов с сопротивлением 200—250 Ом. Если сопро­ тивление дополнительного проводящего слоя Дд=0,4ч- 0,7 R0, то резисторы имеют функциональные характе­ ристики с максимумом при различных углах поворота скользящего контакта.

Особенностью резисторов с двухслойным ПЭ явля­ ется то, что они не могут быть использованы при потен­ циометрическом включении, поскольку при этом их функциональная характеристика линейна.

Дальнейшее проведение исследований показало, что задача получения резисторов нелинейными функцио­ нальными характеристиками может быть успешно ре­ шена путем профилирования неподвижных контактов ПЭ. Проводящий элемент с нелинейной функциональной характеристикой выполняется в виде сегмента, сопря­ женного с частью кольца. Конструкция ПЭ резисторов с обратно логарифмической и логарифмической функ­ циональной характеристикой приведены на рис.' 3-20.

На ЭЦВМ «Минск-22» выполнен теоретический рас­ чет функциональных характеристик ПЭ, показанных на рис. 3-20, с целью получения геометрических соотноше­ ний, обеспечивающих заданную функциональную харак­ теристику. Проведенные расчеты и последующее моде­ лирование показали, что ПЭ имеют логарифмическую и обратно логарифмическую функциональную характе­ ристику при выполнении следующих соотношений: