Романова_1 / курсачи / Курсовик Романова / расчет резисторов

3. Конструктивный расчет тонкопленочных резисторов.

Конструктивный расчет тонкопленочных резисторов заключается в определении формы, геометрических размеров и минимальной площади, занимаемой резисторами на подложке. При этом необходимо, чтобы резисторы обеспечивали рассеивание заданной мощности при удовлетворении требуемой точности в условиях существующих технологических возможностей.

Допуск на номинал: _Ri = 18%

Определим отношение Rmax/Rmin в схеме: Rmax/Rmin=10000/30=333

Так как отношение больше 50, то резисторы будут изготовляться из двух материалов.

Значения напряжений рассчитаем с помощью программы Multisim 10.1

Мощность P, рассеиваемая каждым резистором представлена в Таблице 3.1 и определяется как:

P_i=U_i²/R_i. (3.1)

Таблица 3.1

Резистор	Номинал, Ом	Напряжение, В	Рассеиваемая мощность, мВт
R1	10000	6	3,6
R2	3000	6	8.24212
R3	30	6	6,3
R4	30	6	6,3

Диапазон температур: 20 ... 125 °С.

В данной схеме содержатся низкоомные и высокоомные резисторы, поэтому используем два резистивных материала, для выбора которых выбирают _Sопт. сначала для всех резисторов по формуле (3.2), после чего разбиваем резисторы на две группы так, чтобы R_imax первой группы было меньше, а R_imin второй группы - больше значения _Sопт. , вычисленного для всех резисторов. Затем по этой же формуле рассчитаем _Sопт.1 и _Sопт.2 и выберем материалы для каждой группы резисторов в отдельности.

Определим оптимальное с точки зрения минимума площади под резисторами ГИС сопротивление квадрата резистивной пленки:

_опт= (3.2)

Резисторы разобьем на две группы:

I группа: R₁, R₂;

II группа: R₃, R₄.

Рассмотрим резисторы I группы:

Выберем материал резистивной пленки с удельным сопротивлением, ближайшим по значению к вычисленному _Sопт.1.. Выбираем сплав Кермет 50С: его параметры:

_S = 5500 Ом/⬚,

Ро = 2 Вт/мм²,

 = 1·10^-4 град^-1.

Проверим правильность выбранного материала с точки зрения точности изготовления резисторов.

Полная относительная погрешность изготовления пленочного резистора _R = R/R состоит из суммы погрешностей:

_R = _кф. + _s + _Rt + _Rсt + _Rk (3.3)

где

_кф. - погрешность коэффициента формы;

_s - погрешность воспроизведения величин _S резистивной пленки;

_Rt - температурная погрешность;

_Rсt - погрешность, обусловленная старением пленки;

_Rk - погрешность переходных сопротивлений контактов.

_s = 5%

_Rt = _Rt(T_max- T_min) = 1·10^-4(125-20) = 1,05%

_Rсt - можно пренебречь.

_Rk - можно пренебречь.

Допустимая погрешность коэффициента формы _кф.:

_кф.доп. = _R - _s - _Rсt - _Rt - _Rk (3.4)

_кф.доп. = 18 - 9 –1,85 = 7,15% > 0, следовательно, материал подходит для изготовления резисторов.

Определим конструкцию резисторов по значению коэффициента формы К_ф :

(3.5)

Таблица 3.2

Резистор	Кф
R1	1,82
R2	0,55

Расчет R12

Исходные данные:

R=10 кОм;

P=0.06 мВт;

_S = 5500 Ом/⬚;

К_ф=R/_S=10000/5500=1,82;

b_техн - min ширина резистора, определяемая возможности технологического процесса;

b_техн=100 мкм;

b, l - погрешности изготовления ширины изготовления ширины и длины резистора, зависящие от метода изготовления;

b=l=10 мкм;

=3.95;

P₀=20 мВт/мм²;

=100 мкм.

Метод выберем масочный. Точность изготовления элементов 10 %

Для R12 возьмем прямоугольный тип резистора. Т. к. 1 < К_ф < 10, расчет начинаем с определения ширины.

Расчетное значение ширины резистора должно быть не менее наибольшего значения одной из трех величин:

b_расч. max(b_техн, b_точн, b_р) (3.6)

где

b_точн - ширина резистора, определяемая точностью изготовления:

b_точн. >= (b+()) (3.7)

b_точн = =217 мкм;

b_р - min ширина резистора, при которой обеспечивается заданная мощность:

b_р = 3.(8)

мкм

Выберем b = 217 мкм

Рассчитываем длину резистора l_расч

l_расч (3.9)

l_расч = 217 = 395 мкм;

Определяем полную площадь, занимаемую резистором на подложке:

S= (3.10)

S=(395+2100)217=129100 мкм²

Для проверки находим действительную удельную мощность и погрешность резистора. Очевидно, резистор спроектирован удовлетворительно, если:

-удельная мощность рассеивания P_o’ не превышает допустимого значения P_o:

P_o’ = ^P/_S =< P_o (3.11)

P_o’ = 0.063/0.12 = 0.49 < 2 мВт/мм²

-погрешность _кф’ не превышает _кфдоп. :

_кф’ = ^l/l_полн + ^b/_{b =<} _кфдоп (3.12)

_кф’ = 10/217 + 10/395 = 7.1% < 7.15%

-суммарная погрешность _R’ не превышает допуска _R:

_R’ = _s + _кф + _Rt + _Rk + _Rст =< _R (3.13)

_R’ = 9 + 7.1 + 1.85= 17.95 % < 18 %

Рассмотрим резисторы II группы:

Выберем материал резистивной пленки с удельным сопротивлением, ближайшим по значению к вычисленному _Sопт.1.. Выбираем сплав РС-5406: его параметры:

_S = 30 Ом/⬚;

Ро = 20 мВт/мм²;

 = 0.5·10^-4 град^-1.

Проверим правильность выбранного материала с точки зрения точности изготовления резисторов.

_s = 5%

_Rt = _Rt(T_max- T_min) = 0,5·10^-4(185) = 0,00925%

Допустимая погрешность коэффициента формы _кф.:

_кф.доп. = 18 - 9 – 0,925 = 8,07% > 0, следовательно, материал подходит для изготовления резисторов.

Определим конструкцию резисторов по значению коэффициента формы К_ф :

Таблица 3.3

Резистор	Кф
R3	1
R4	1

Расчет R3:

Исходные данные:

R=5.6 кОм;

P=0.03 мВт;

_S = 30 Ом/⬚;

К_ф=R/_S=30/30=;

l_техн - min длина резистора, определяемая возможности технологического процесса;

l_техн=100 мкм;

b, l - погрешности изготовления ширины изготовления ширины и длины резистора, зависящие от метода изготовления;

b=l=10 мкм;

=3.95;

P₀=20 мВт/мм²;

=100 мкм.

Для R3 возьмем прямоугольный тип резистора Т. к. К_ф = 1, расчет начинаем с определения длины:

l_расч. max(l_техн, l_точн, l_р) (3.14)

l_точн. = (3.15)

b_точн = (10 + 10·1)/0.0807 = 248 мкм

b_р = (3.16)

b_р = = 0.56 мкм

Выберем b= 248 мкм

Рассчитываем ширину l

(3.17)

l = 248*1 = 248 мкм

Определяем полную площадь, занимаемую резистором на подложке

S=(248+2100)∙248= 111104 мкм²

Проверка R3:

_кф’ = 10/248 + 10/248 = 8% < 8.07%

_R’ = 9 + 8 + 0.925= 17.1 % < 18 %.

Габаритные размеры R2 рассчитаем с помощью программы Mathcad.

Таблица 3.4

Резистор	bтехн, мкм	bточн, мкм	bp, мкм	b, мкм	lрасч, мкм	S, мкм2
R2	100	394	0.06	394	218	164700