ТехнКомпЭВС. Практикум По дисциплине Технология компонентов эвс

• Название: Практикум По дисциплине Технология компонентов эвс
• Анкор: ТехнКомпЭВС.doc
• Дата: 08.01.2018
• Размер: 40.57 Mb.
• Имя файла: ТехнКомпЭВС.doc
• Тип: Практикум; #13776
• страница: 3 из 52

Проволочные резисторы

В электронной аппаратуре проволочные резисторы применяются в цепях постоянного и переменного тока не очень высоких частот. На этих частотах проволочные резисторы обладают рядом преимуществ, важнейшие из которых следующие:

- возможность изготовления резисторов с очень малыми отклонениями сопротивления от номинального значения;

- высокая стабильность сопротивления резистора при изменении внешних условий;

- малый температурный коэффициент сопротивления;

- меньший уровень собственных шумов за счет отсутствия токовых шумов;

- большая допустимая мощность рассеяния;

- высокая износоустойчивость.

Постоянные проволочные резисторы обычно выполнят на цилиндрическом изоляционном основании (чаще всего трубчатом, керамическом) с однослойной или многослойной обмотками. Существуют и бескаркасные конструкции резисторов. Провод и контактные узлы защищают, как правило, эмалевыми покрытиями.

Применение проволочных резисторов позволяет конструировать аппаратуру с повышенными требованиями к точности и стабильности работы. В измерительной аппаратуре часто используются прецизионные проволочные резисторы.

Проволочные резисторы обладают заметными паразитными реактивными параметрами, и поэтому применяются лишь на сравнительно невысоких частотах. Для уменьшения паразитных параметров проволочных резисторов применяются намотки специальных видов.

В качестве обмоточных проводов используются провода диаметром от 0,03-0,05 мм из сплавов высокого сопротивления: манганина, константана, нихрома, фехрали и сплавов на основе благородных металлов.

Миниатюрные проволочные резисторы изготовляются из микропровода в стеклянной изоляции с погонным сопротивлением, доходящим до 200 кОм/м и диаметром до 0,02 мм.

Промышленность выпускает ряд стандартных проволочных резисторов широкого применения, среди которых большое распространение получили постоянные стеклованные резисторы типа ПЭВ (проволочные эмалированные влагостойкие) и регулировочные ПЭВР, которые могут работать в диапазоне температур (–60 ÷ +155)°С.

Резисторы ПЭВР отличаются от резисторов ПЭВ наличием хомутика, перемещением которого вдоль корпуса можно изменять сопротивление. Для контакта хомута с витками на боковой поверхности резистора имеется дорожка, очищенная от стеклоэмали. Недостатками резисторов типа ПЭВ являются сравнительно низкая надежность и недостаточная влагостойкость.

Резисторы ПЭВТ (теплостойкие) по конструкции аналогичны ПЭВ, но имеют повышенную теплостойкость. Большей надежностью отличаются резисторы типа С5-35 и С5-36, которые по основным электрическим параметрам аналогичны резисторам ПЭВ. Резистивный провод и контактные узлы прецизионных и полупрецизионных резисторов обычно защищают компаундом и металлическими или керамическими чехлами.

Резисторы изготавливают из микропровода в стеклянной изоляции, характеризуются большим сопротивлением, высокой точностью изготовления и стабильностью. Недостатком их являются невысокая надежность и теплостойкость. Так например, резистор МВС может работать в цепях постоянного тока в сравнительно узком диапазоне температур 280-375 К и относительной влажности воздуха не более 80%. Основные характеристики проволочных резисторов приведены в табл.[2].

Основные сведения о технологиях изготовления постоянных резисторов

В технологии изготовления проволочных резисторов, в качестве резистивных элементов (РЭ), наиболее широко применяются такие сплавы, как манганин, константан и нихром.

Манганин(сплав Cu-Mn-Ni)можно легко получить в виде тонкой проволоки диаметром 0,02 мм. Малый температурный коэффициент сопротивления и повышенная стабильность сопротивления во времени достигается путем термической обработки манганина – отжигом при температуре 650-850К в вакууме с последующим медленным охлаждением.

Константан (сплав Cu-Ni) более термостоек по сравнению с манганином, используется в конструкциях, рабочая температура которых не превышает 700-730К. При нагреве до высоких температур на поверхности константана образуется пленка окислов, обладающих электроизоляционными свойствами, что позволяет в ряде конструкций производить намотку виток к витку, если напряжение между ними не повышает 1В. Константан обладает большой термо-ЭДС в контакте с медью или железом. Поэтому резисторы с РЭ, выполненным из константана, не применяют в точных измерительных схемах, так как возникающие ЭДС могут вызвать значительное увеличение погрешности измерения.

Хромоникелевые сплавы используют для получения РЭ с повышенной термостойкостью. Нихром обладает значительной стойкостью к окислению на воздухе при высоких температурах. Поэтому при многократных кратковременных включениях РЭ (выполненного из нихрома), при нагрузке его срок службы значительно меньше, чем при непрерывной электрической нагрузке.

В качестве изоляции микропровода применяют свинцово-боросиликатные стекла типа «нонекс» и «пирекс», состоящие из следующих основных компонентов: Al₂O₃, SiO₂, Na₂O, B₂O₃.

Получение микропроводов в стеклянной изоляции основано на свойстве стекла обладать пластичностью в широком диапазоне температур, что позволяет из широкой стеклянной трубки получить капилляр, и на свойствах жидких металлов кристаллизоваться, принимая форму капилляра. Создание металлической жилы и одновременное покрытие ее стеклянной изоляцией осуществляется на специальных установках.

К основным достоинствам микропровода можно отнести: гладкость металлической жилы и изоляции, отсутствие изломов и трещин, высокие электроизоляционные свойства, повышенные термостойкость и влагостойкость, возможность получения провода с очень малым диаметром, что позволяет конструировать различные изделия в миниатюрном исполнении.

Стеклянная изоляция микропроводов обладает значительно более высоким пробивным напряжением по сравнению с обычной эмалевой изоляцией, так как все виды изоляционных эмалей имеют точечные повреждения, появляющиеся в процессе сушки.

Изоляционные каркасы (основания) проволочных постоянных резисторов – это в большинстве случаев керамические трубки с напрессованными на концы колпачками из томпака (латунь (Cu + Zn) с добавлением Sn)

Намотку провода на изоляционные каркасы производят на специальном оборудовании, позволяющем регулировать натяжение провода и устанавливать необходимый шаг намотки.

Микропровод наматывают на каркас с помощью специальных станков с принудительной раскладкой микропровода, широким диапазоном скоростей и плавным пуском.

Диаметр каркаса, при котором гарантируется сохранность стеклянной изоляции, D₀=150d, где d – диаметр микропровода в изоляции. Указанное соотношение справедливо лишь при намотке наиболее тонких проводов. С уменьшением диаметра каркаса чаще могут возникнуть дефекты намотки. Повреждения в микропроводе можно обнаружить путем погружения его в водный раствор фенолфталеина. При этом на проводящую жилу подается отрицательное напряжение, и по окраске раствора устанавливаются дефекты изоляции до появления видимых трещин.

Важным требованием, предъявляемым к проволочным резисторам является, как известно, сохранение их характеристик в течении длительного времени.

Причиной нестабильности характеристик резисторов являются напряжения, возникающие в процессе намотки микропровода, структурные изменения в металле, изменения свойств стеклянной изоляции в условиях повышенной температуры и влажности.

Горячая намотка способствует искусственному старению резистора, позволяет уменьшать изменение его сопротивления при эксплуатации.

Полное снятие механических напряжений и деформаций, а также прочих неоднородностей по всему объему микропровода повышает стабильность резисторов. С этой целью микропроволочные резисторы подвергают искусственному старению при повышенной температуре.

При изготовлении проволочных резисторов очень важна подгонка величины сопротивления к номинальному значению, что осуществляется путем снятия части обмотки, а также в процессе старения, при повышенной электрической нагрузке или температуре.

Защиту РЭ от климатических и механических воздействий часто осуществляют эмалевыми покрытиями. Эмали, применяемые в технологии изготовления резисторов, состоят из следующих компонентов: борной кислоты, плавикового шпата, кальцинированной соды, перекиси марганца и др. Повышение нагревостойкости и термостойкости эмали достигается добавлением кварцевого песка.

Резистивные элементы композиционных резисторов представляют собой гетерогенную систему (композицию).

Технологический принцип изготовления композиционных материалов основан на смешивании проводящего компонента, например графита или сажи, с органическими или неорганическими связующими компонентами, например фенольными и эфирными смолами (эпоксидной, глифталевой, кремнийорганической и др.), с наполнителем, пластификатором и отвердителем.

Отечественная промышленность выпускает композиционные резисторы с РЭ объемного и пленочного типа. Объемные РЭ получают прессованием композиционной смеси, пленочные – нанесением композиции на изоляционное основание.

В большинстве случаев проводящими компонентами композиций являются порошкообразные графит и сажа, обладающие высокой дисперсностью и сравнительно большим удельным сопротивлением. Связующие компоненты композиции, скрепляя и фиксируя структуру проводящего компонента, обеспечивают постоянство свойств композиций при воздействии влаги и температуры. В качестве связующих компонентов в композициях применяют органические и неорганические материалы. Основными связующими органическими материалами являются синтетические смолы, получаемые путем конденсации некоторых непредельных углеводородов: для объемных композиций в виде порошков, а для пленочных – в виде лаков.

Технология получения РЭ различных постоянных резисторов, выполненных на основе лакопленочных композиций, идентична. В качестве примера рассмотрим технологию получения РЭ композиционного резистора КИМ-0,125.

В качестве изоляционных оснований резисторов КИМ используют стеклянные штабики, которые получают из стеклянных прутков на специальном автомате. Стеклянный пруток подается на исходную позицию автомата, где производится его надрез и обламывание штабиков до необходимых размеров. Далее стеклянные штабики поступают на агрегат, где производится при высокой температуре сваривание штабиков с выводами – с проволокой из платинита (сплава Fe/Ni, покрытого тонким слоем Cu).

Для защиты от коррозии и повышения качества пайки выводы заготовок серебрят. Перед серебрением осуществляют снятие окислов с поверхности выводов путем травления в смеси азотной и борной кислот с добавлением хлористого натрия. Кислоту с поверхности заготовок удаляют путем промывки в проточной воде. Для лучшего сцепления осаждаемого серебра с платинитом заготовки на короткое время погружают в смесь серной и азотной кислот.

Чтобы получить хороший омический контакт с малым переходным сопротивлением между проводящим слоем и выводом, на концы заготовок наносят серебряную пасту, состоящую из углекислого серебра, флюса и канифольного раствора, взятых в определенном соотношении.

Проводящим компонентом композиции является сажа специального типа. Композицию для резисторов КИМ выполняют на основе смолы Э-10, применение которой позволяет получать определенное номинальное сопротивление путем термообработки РЭ при повышенной температуре.

Нанесение контактного слоя и термическая обработка РЭ осуществляются на специальной установке. Заготовки, переносимые первым транспортером, последовательно поступают под первые ролики намазки контактного слоя в печь восстановления серебра, под вторые ролики намазки и опять в печь восстановления серебра, после чего сбрасываются в пазы второго транспортера, который проносит их над ванночками с проводящей композицией и далее помещает в печь для сушки и полимеризации контактного и резистивного слоев. У полученных резисторов измеряется сопротивление, коэффициент напряжения и температурный коэффициент сопротивления. После контроля параметров резисторы подвергаются термической тренировке при температуре 180°С в течение 48ч. Далее производится сортировка резисторов на группы по сопротивлению. Увеличение сопротивления РЭ до требуемых значений производится путем нарезки спиральной канавки.

Далее производится термоподготовка, лакирование, двухразовая окраска и сушка. После сортировки по классам точности и термотренировки производятся маркировка, выдержка после тренировки, упаковка. Маркировка резисторов постоянного сопротивления приводится в приложении 1.

Для изготовления металлоокисных РЭ самой дешевой технологией является одновременное вытягивание из расплава тугоплавкого стекла в виде движущейся нити с нанесением (пульверизацией) на нее специального раствора на основе SnO₂, ZnO, Sb₂O₃ при прецизионном контроле и регулировании температуры, уровня пленкообразующего раствора, давления в рабочей камере и скорости движения нити. Формирование выводов и прочие операции отличаются от технологий получения металлопленочных резисторов незначительно. Самые миниатюрные резисторы чип-конструкции изготавливаются с применением толсто- либо тонкопленочной технологий в зависимости от особенностей применения резисторов.