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帶你了解高精密電阻

西门子深爱激情网內容   查阅次数:2736   更新时间: 2019-07-21 10:51

精密電阻往往和高精度電阻關聯到一起,精度代表電阻阻值的准確性,事實上這種准確性受很多因素的影響。這些影響阻值准確性的因素我們統稱爲“應力”。應力來自很多方面,比如環境溫度的變化,電阻自身通電後産生的自熱,來自pCB的壓力或拉力,外部環境的濕氣,甚至是腐蝕性的氣體,還有比如焊接,脈沖,過載,靜電,輻射等等。所有上面提到的“應力”都會使電阻的阻值産生變化,就是說影響電阻的阻值精度,那麽什麽樣的電阻才是精密電阻?答案是穩定性和精確性並存的電阻。爲什麽穩定性比精確性更爲重要?

電阻的阻值會受到各種“應力”影響而發生改變,離開穩定性的高精度是沒有意義的。舉個例子,電阻出廠時的精度是±0.01%,爲這個精度我們支付了昂貴的費用,但在幾個月的存儲或者幾百小時的負載後阻值可能變化超過±300ppm甚至更多。另一種最常見的情況是電阻在來料檢驗的時候在標稱的精度範圍以內,焊接到pCB後就超出了標稱的精度範圍。還有比如潮濕,靜電等都會導致電阻的阻值産生不可逆的變化。我們要強調的是,穩定性應該放在首位來考慮,而不是片面的追求高精度。?深入理解精密電阻的主要參數

1、精度:精度是来料检验的重要指标,是否所有的精密电阻深爱激情网厂家在出厂前都做了100%的精度测试?答案是否定的。虽然精密电阻有很多不同的工艺和材料的区分,但几乎所有的精密电阻都需要进行调阻才能做到“高精密”。比如精密薄膜电阻在表面进行激光调阻,而精密箔电阻通过切断调阻带来调阻等。调阻的过程事实上是测量的过程,但调阻后的深爱激情网并非成品,还要经过封装等一些后续工艺,这一过程可能会对电阻的阻值造成影响。另外测量仪器的准确性和正确的测量方法也相当重要,尤其对于超过万分之一精度的电阻,以及毫欧电阻,高阻值的精密电阻。???????? 2、温飘:在电阻的规格书里,我们往往只看到一个温飘指标,比如±5ppm/°C。实际的情况是很可能这个温飘指标并没有覆盖深爱激情网需求的工作温度范围,就是说在不同的温度区间内,同一电阻的温飘是有区别的。应该说大多数的精密电阻厂家的规格书里并没有明确定义不同温度区间的温飘指标,有些厂家只在整个工作温度范围内挑选其中最好的一段曲线作为规格书中的温飘指标,这是一个普遍的现象。还有一个事实是温飘指标在出厂前很难被100%测量,测量需要昂贵的费用。另外要进行精确的测量可能对深爱激情网本身产生破坏性的影响,比如贴片电阻的温飘测量一般都建议焊接在pCB板上进行,温飘的测量过程带来的应力会使阻值产生变化。温飘的控制主要基于电阻材料本身以及制造工艺。比如精密箔电阻通过使用特殊的低温飘合金以及应力补偿的方式达到接近零温飘的性能。???????? 3、负载寿命:负载寿命和三方面的因素相关,即功率,温度和时间。降额使用有助于减缓阻值的变化。

电阻阻值变化的活跃期往往在使用的前几百个小时,使用时间越长越趋于稳定。这是由于随着时间的推移,电阻元素本身趋于稳定,或者电阻元素和基体之间的应力逐渐释放。负载寿命的指标只能通过抽样测试的形式进行检测,因为这种测试至少需要1千小时,航天的应用则可能需要高达1万小时的测试,且这种测试是破坏性的实验。对精密电阻在使用前进行功率训练可以有效的加速电阻老化,使电阻趋于稳定,但会使电阻的阻值产生变化。???????? 4、货架寿命:货架寿命用来考察电阻在标准或者指定存储条件下的阻值稳定性。和负载寿命一样,电阻存放的时间越长,其阻值的变化也会趋于稳定。这就是为什么有些精密仪器制造厂家采购精密电阻并不立即使用,而是存储几个月甚至几年再去使用的原因。当然存储会导致电阻阻值的改变,但这种变化的趋势是越来越小。所以对于老批号的电阻,只要精度在标称值以内,且焊脚没有氧化,其稳定性要优于新批号的电阻。电阻的存储尤其要注意湿度控制,湿度对于任何电阻的阻值都会产生很大的影响。例如各种膜式电阻,一旦湿气进入就会在电阻层形成电解液,严重影响电阻的阻值。除了湿气还有空气中的各种腐蚀性物质,如硫,盐雾等。作为计量应用的标准电阻会被注油后全密封,从而隔绝外部环境应力对阻值的影响,减少该电阻的年变化率。?主流的精密电阻技术及其优缺点精密厚膜电阻

通過對厚膜電阻漿料的持續改進,最精密的厚膜電阻技術已經可以做到±5ppm/°C的溫飄,甚至通過使用多個可以互相補償的厚膜電阻芯片最終達到±2ppm/°C的溫飄。其最高精度也可以達到±0.01%。在高壓高阻值高精密的應用中精密厚膜電阻是主流的技術。厚膜電阻的缺點是在低阻值的部分很難做到高精密低溫飄,噪聲指標也不好,長期穩定性一般比其他精密電阻差。精密薄膜電阻

精密薄膜電阻的技術發展代表了可以被大量商用的精密電阻技術,也是目前最流行的精密電阻技術。通過長時間多層的膜層沈積,高精密的調阻和後期的篩選,最優的精密薄膜電阻可以達到±2ppm/°C的溫飄和±0.01%的精度,以及很好的長期穩定性。其缺點是功率做不大,低阻值部分指標不好,不抗靜電,功率系數差,很難滿足小批量的供貨,且不同批次的一致性不好。?精密金屬膜電阻

精密金屬膜電阻的各項指標和精密薄膜電阻類似,晶圓精密金屬膜電阻有被貼片精密薄膜電阻替代的趨勢,但插腳的精密金屬膜電阻仍然是主流的低成本的精密電阻技術。和精密薄膜電阻一樣,調阻會造成熱點效應,影響電阻的穩定性和可靠性。?精密線繞電阻

作为最早的精密电阻技术,高精密的线绕电阻温飘可以做到±1ppm/°C, 且精度可以做到±0.001%,这是薄膜和厚膜电阻没有办法做到的。最好的精密线绕电阻其阻值可以做到接近50M,适合超精密高阻值的应用。由于其他电阻技术的发展,精密线绕电阻趋于被淘汰的边缘,因为其价格昂贵,有电感等缺点。?精密箔电阻

雖然精密箔電阻早在1962年發明,截至目前它仍然是最精密的電阻技術,通過把鎳鉻合金黏貼在陶瓷基板上進行應力平衡,得到接近于零的溫飄,通過激光刻蝕電阻圖形以及調阻,可以得到高達±0.001%的精度。最好的箔電阻存儲6年阻值僅漂移±2ppm,抗靜電,無感無容,無熱點設計,低噪聲,低電壓系數。箔電阻的缺點是阻值做不了很高,最大尺寸的貼片電阻最高只能做到150K,最大尺寸的插腳電阻阻值最高只能做到2M。?應該選擇何種技術的精密電阻?

阻值从1毫欧到1欧姆之间的精密取样电阻需求,一般只能使用精密箔电阻。因为只有合金材料的电阻才能在低阻值大电流的情况下保持稳定,温飘可以低至±5ppm/°C,精度可以到±0.1%甚至更高。温飘的大小是决定这类电阻价格的主要因素。由于其主要应用是电流检测,所以四脚的结构有利于精密采样。使用更大尺寸或预留更多的功率空间,并且增加辅助散热器有利于降低电阻表面的温度,改良取样电阻的稳定性。精密的电流取样电阻可以替代霍尔电流传感器,并且具有成本优势。??????? 阻值从1欧姆到10欧姆之间对于任何电阻技术都是一个挑战。因为这个阻值段属于低阻值范围,只有厚的电阻材料和短的电流路径才能做到低阻值。厚的电阻材料不利于和基板的结合来平衡温飘,而短的电流路径也不利于精密调阻。精密薄膜电阻和精密金属膜电阻很难在这个阻值范围内提供出色的温飘,最好只能到±20ppm/°C,在有限的温度范围以内可能会好一些。精密线绕电阻的温飘则完全基于电阻合金丝本身,可以做到±10ppm/°C左右,但线绕电阻一般只有插脚的深爱激情网而且有电感。精密箔电阻在这个阻值范围内温飘可以控制在±5ppm/°C以内,精度可以做到±0.1%或者更好,贴片和插脚都可以提供。???????? 10欧姆到150K欧姆是常规阻值段,在这个阻值范围内基于不同的精密需求可以选择的深爱激情网很多。低于±2ppm/°C的要求,或者对长期稳定性有很高要求的应用场合只能使用精密箔电阻,贴片和插脚的都可以选择。温飘要求在±5ppm/°C左右,长期稳定性要求不那么高的场合可以同时考虑薄膜电阻或者金属膜电阻。箔电阻的最高精度可以做到±0.001%,薄膜电阻和金属膜电阻可以做到±0.01%。需要指出的是使用贴片的箔电阻需要注意不同尺寸所提供的阻值范围不同,比如0805尺寸的贴片箔电阻能提供的最大阻值为10K。另外精密贴片薄膜电阻的供应厂家很多,参数的标注都大同小异,但实际的性能差距很大,温飘及精度超标的情况很多,长期稳定性和噪声等指标不同品牌之间的差距巨大。???????? 超过150K到1M的阻值范围属于中间阻值段。在这段区间内如果需要贴片的精密电阻,只能使用精密薄膜电阻。低于±2ppm/°C的温飘要求一般只能使用插脚精密箔电阻,但阻值越高这种电阻的价格也会越高,因为需要使用多个电阻芯片来达到需要的阻值。有一些插脚薄膜电阻可以提供低至±5ppm/°C的温飘,但长期稳定性差于精密箔电阻。插脚的精密线绕电阻也可以满足高精度和低至±2ppm/°C的温飘,但价格没有优势。??????? 1M到50M之间对于精密电阻来说是高阻段。精密薄膜电阻可以支持的最高阻值一般到10M,最好温飘为±5ppm/°C,最高精度±0.01%。精密厚膜电阻可以提供的精度和温飘类似于薄膜电阻,但可以支持整个区间的阻值。单个精密箔电阻目前能支持的最大阻值是2M,而且价格非常昂贵。另外一种昂贵的精密电阻技术是线绕电阻,单个电阻可以提供高达50M的阻值,低至±2ppm/°C的温飘和高达±0.001%的精度,尤其是在长期稳定性方面要大大优于薄膜和厚膜电阻技术。???????? 1M-10T高压精密电阻的需求只能选择精密厚膜高压电阻,因为只有厚膜技术才能在高压下工作并提供高的阻值。这类高压应用的电阻的重要技术指标有电压系数,电压安定性,长期稳定性,噪声,温飘,精度。尤其是电压系数和电压安定性的指标非常重要,厚膜电阻在高压环境下阻值大多会发生向小飘移的趋势,因为部分绝缘介质被激活而形成了并联的电阻,电阻浆料的质量和厚膜工艺决定电压系数的好坏。另外一些应用场合需要低噪声的高压电阻,噪声存在于电阻膜层的缺陷部位,缺陷可能是本来存在的也可能是调阻后新增的,这种缺陷越多噪声就会越大,特殊的厚膜工艺有助于改良噪声指标。???????? 上面通过分段的阻值简单介绍了精密电阻的选择,实际的情况要复杂的多。参考实际的应用选择恰当的精密电阻相当重要,但所有的应用重点考虑的电气参数不外乎长期稳定性,温度系数,绝对精度,功率系数,电压系数,噪声。?为什么插脚的精密电阻要优于贴片的精密电阻?

1、pCB應力:貼片的精密電阻焊接到pCB上後會受到pCB熱脹冷縮的擠壓或者拉伸,從而傳遞應力到電阻層,影響到電阻的阻值和長期穩定性。在一些溫度變化非常劇烈的場合甚至會出現斷裂的問題。而插腳的電阻通過細長的焊腳釋放了pCB傳遞的應力,所以不會存在貼片電阻的問題。

2、環境應力:潮濕,硫,鹽霧等都會對電阻的阻值産生影響。貼片的精密電阻一般保護層要明顯弱于插腳電阻,所以隔絕外部環境應力的能力不如插腳電阻。一般的插腳精密電阻都采用環氧或者塑封,有一些全密封的插腳電阻內部注油,完全隔絕了外部環境因素對于電阻阻值的影響,這種電阻可以作爲二級計量標准使用。

3、焊接应力:在焊接热的冲击后,插脚电阻的阻值变化要明显小于贴片电阻。精密贴片电阻的焊锡高度一般我们都建议低于电阻焊脚高度30%以上,精密插脚电阻的安装我们也建议和pCB之间至少保留1mm的空间,从而避免pCB热胀冷缩造成的拉力影响。???????? 很多场合不得不使用贴片的精密电阻,有些是为了成本考虑,有些是因为安装空间或自动化深爱激情网需求,一种柔性焊脚的贴片精密箔电阻可以兼顾贴片电阻和插脚电阻的优点,能有效应对各种应力的影响。?基于精密电阻技术的标准电阻

電壓單位和電阻單位是電學計量中的基本單位,電阻的單位起初是以保存在國際計量局的一組線圈的平均值作爲1歐姆的實物基准,各國定期依據和國際計量局的實物基准比對結果修正自己的實物基准。但實物基准本身也會由于不可控的環境應力發生退化。爲此,國際計量局在1990年後推薦各國使用量子化霍爾電阻標准替代實物電阻標准,量子霍爾電阻從根本上解決了實物基准隨時間退化的問題。量子霍爾電阻把阻值傳遞給各級標准電阻,各級標准電阻再把阻值傳遞給精密電橋和測量儀器。

用多個全密封注油的精密箔電阻經過匹配,可以制造出性能優異的計量級別的標准電阻,這種標准電阻無需存放在控溫油槽,年穩定性可以達到±1ppm/年。2015年一項基于合金箔片的無應力標准電阻正式量産,這種標准電阻的年穩定性可以達到±0.2ppm/年,溫飄±0.05ppm/°C,精度爲±1ppm。目前基于合金箔片的標准電阻是全世界最精密最穩定的標准電阻技術,也是未來標准電阻的發展方向。?總結

精密的測量和控制是電子工業發展的方向,要進行精密的測量和控制就需要使用精密電阻。電阻是一種材料科學,今天我們大批量在使用的精密電阻技術發明于60年前,60年來我們在電阻材料方面的研究取得了一些進展,所制造的精密電阻滿足了大多數精密應用需求。同時我們也面臨一些挑戰,尤其是在低阻值和高阻值段的精密電阻水平有待進一步的提高。

原文標題:30秒讀懂精密電阻

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模擬電路中的鉗位二極管

模擬電路中的鉗位二極管

警告:

使用模擬電路時,注意輸入箝位二極管中的電流。

潛在的問題:

輸入箝位二極管中的電流可能降低電路性能。

例如,对于模拟多路复用器/多路复用器HD 14051或HD 14052,这种电流会影响通道的独立性。

預防措施:

使用模擬電路時,

增加外部二極管,不幹擾電路,保證輸入電路無電流流動,無論如何:

-?电源范围VBATminVBAT max

-?脉冲干扰测试1,1bis,…5 b

-?開關狀態

-?溫度範圍

-?組件散差

-?組件老化

示例1:12 v应用于ECU输入

模擬多路複用器不同于其他CMOS電路,因爲漏極和源極之間的輸入電壓容易受到IC電流的影響,使得通道的分離更加困難。

示例2:差分電路

原文标题:?模擬電路中的鉗位二極管

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