НПРР -Резисторы поверхностно типа

– резистивный элемент изготавливается в виде проводящей пленки на диэлектрическом основании;

- объемные, резистивный элемент представляет собой объемное тело. Как правило прямоугольное сечение.

КОНСТРУКЦИЯ

ПЕРЕМЕННЫЕ РЕЗИСТОРЫ

РЕЗИСТОРЫ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ (РСН)

Углеродистые резисторы

Композиционные резисторы

Металлопленочные резисторы – резистивный слой представляет собой тонкую пленку металла, осажденную на основание из керамики, ситалла, стекла (стержни или трубки) (МТ-0,125; МЛТ-0,5)

- от 10 Ом до 1 МОм

- допуски 5, 10, 20%

характеризуются:

 – высокой стабильностью сопротивления:

 - низким уровнем собственных шумов – 1мкВ/В;

- небольшим ТКС – 0.02%/оС;

- слабая зависимость сопротивления от частоты и напряжения

- незначительная надежность при повышенной номи

Припои и контактолы

2.6.1. Припои

Припои - присадочные металлы или сплавы, применяемые при пайке для заполнения зазора между соединяемыми поверхностями с целью получения монолитного паяного шва или электрического контакта с малым переходным сопротивлением.

Припои обладают более низкой температурой плавления, чем соединяемые металлы.

Припои подразделяют на две группы: мягкие и твердые.

Мягкие припои. К мягким относятся припои с температурой плавления до 300 ° С (сплавы на основе Sn, Pb с добавками Cd, Bi и др.),   МПа.

Твердые припои. К твердым относятся припои с температурой плавления выше 300 ° С (сплавы на основе Cu, Ag, Ni, Zn), отличающиеся высокой прочностью   МПа.

 

Флюсы

В процессе пайки важно избежать окисления кислородом воздуха металлов и припоя при их нагревании. Для этого применяют вспомогательные вещества, называемые флюсами. Флюсы могут быть твердыми телами (соли, оксиды, кислоты), растворами (солей, кислот) и пастами.

По назначению они делятся на флюсы для пайки мягкими припоями и флюсы для пайки твердыми припоями. По воздействию на металл, подвергающийся пайке, флюсы подразделяют на следующие группы: Активные или кислотные, бескислотные, Антикоррозионные флюсы − это канифоль и флюсы, приготавливаемые на ее основе с добавлением неактивных веществ (спирта, глицерина).

2.6.3. Контактолы

Это электропроводящие клеи и покрытия в виде маловязких или пастообразных композиций, применяемых для создания токопроводящего контакта при склеивании.

Тема 1. ПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ

ЗАДАЧИ

Цель занятия: изучение закономерностей изменения электрофизических свойств проводниковых и резистивных материалов в разных условиях применения, приобретение практических навыков расчета их параметров.

Задача 1

Оцените среднюю дрейфовую скорость электронов в медной проволоке радиусом r = 0,8 мм, по которой течет ток I = 1 А, в предположении, что на каждый атом меди приходится один свободный электрон. Плотность меди ρ_Cu = 8,93 г/см³, молярная масса меди M _Cu = 63,5 г/моль, число Авогадро N _A = 6,02·10²³ моль^–1, заряд электрона e = 1,6·10^–19 Кл.

Задача 2

Оцените среднее время τ между соударениями и среднюю длину λ свободного пробега электронов проводимости в медном проводнике. Удельное сопротивление меди ρ_Cu = 1,69·10^–8 Ом·м, масса электрона m = 9,1·10^–31 кг, заряд электрона e = 1,6·10^–19 Кл. Среднюю тепловую скорость электронов примите равной

Задача 3

Определить время, в течение которого электрон прой­дет расстояние 1 км по медному проводу, если удельное со­противление ρ меди 0,017 мкОм/м, а разность потенциалов на концах проводника U= 220 В. За какое время электрон проле­тит это же расстояние, двигаясь без соударений, при той же разности потенциалов? Каково время передачи сигнала?

Принять концентрацию электронов как в меди.

 

Задача 4

Вычислить длину свободного пробега электронов в меди при T=300 К, если ее удельное сопротивление при этой температуре равно 0,017 мкОм/м.

Задание:

Задача 5

При повышении температуры от 20 до 1000 ^ОС электрическое сопротивление нихромовой проволоки изменяется от 50 до 56,6 Ом. Длина холодной проволоки l =50 м. Температурный коэффициент удельного сопротивления нихрома 15∙10^-5 К^-1.

Определить температурный коэффициент линейного расширения a_Т и удлинение нихромовой проволоки.

Задача 6

 

Определить, во сколько раз изменится удельная теп­лопроводность λ_Tмеди при изменении температуры ΔT от t₁=20 до t₂=200°С.

Задание: вычислить, во сколько раз изменится удельная теп­лопроводность λ_Tмеди при изменении температуры.

 

Задача 7

Для измерения температуры используется термопара Pt–(90%Pt+10%Rh). Вольтметр показал 7.82 мВ. Температура холодного спая была стабилизирована на уровне 100 ^ОС. Пользуясь градуировочной таблицей для данной термопары, определить температуру в печи.

Дополнительное задание: Вольтметр показал 7.33 мВ

 

Таблица градуировочная

t, C	термоЭДС, мВ
0	0
20	0.11
100	0.65
200	1.44
300	2.33
400	3.25
500	4.23
600	5.24
700	6.27
800	7.34
900	8.47
1000	9.61

 

 

Задача 8

Эксперимент был подобен эксперименту в предыдущей задаче. При измерении температуры термопарой, вольтметр показал 7.82 мВ. Температура холодного спая была стабилизирована на уровне 100 ^ОС. Пользуясь градуировочной таблицей для данной термопары, определить температуру в печи.

Задача 9

 

Вычислить, во сколько раз сопротивление медно­го провода круглого сечения диаметром d=1мм на частоте f=10 МГц больше сопротивления R₀

этого провода постоянно­му электрическому току.

Задача 10

Требуется изготовить проволоку, которая выдерживает растяжение силой F=50H, не претерпевая пластической деформации; при этом сопротивление 1 м проволоки не должно превышать 0,02 Ом. Определить и сравнить наименьшие допустимые диаметры проволоки, изготовленной из отожженной меди и отожженного алюминия. Какая проволока экономически более выгодна, если цена 1 кг алюминия в 1,5 раза ниже цены 1 кг меди. Предел текучести σ_Т отожженной меди и отожженного алюминия принять равным соответственно 70 и 35 МПа.

Задача 11

 

Миниатюрный резистор сопротивлением R=120 Ом±10%, имеющий номинальную мощность рассеивания P_ном=0,05 Вт, используется на частоте 50 Гц. Температурный коэффициент сопротивления резистора α_R=-2∙10^-3K^-1. Известно, что из-за малых габаритов резистора при постоянном предельном напряжении U_пр=100B происходит поверхностный пробой между выводами. Определить, какое максимальное напряжение может быть приложено к этому резистору при температурах: а) 20ºС; б) 100ºС.

Задача 12

Рассчитать площадь поперечного сечения плавкого свинцового предохранителя, имеющего предельный ток I=6A.

Удельное сопротивление свинца ρ=0,19 мкОм·м.

Плотность свинца d=11,34 Мг/м³.

Температура плавления Т_пл=327 ^ОС.

Задание:

Задача 13

 Катушка из медной (алюминиевой) проволоки имеет сопротивление 10,8 Ом. Масса медной (алюминиевой) проволоки 0,3 кг. Определить длину и диаметр намотанной на катушку проволоки

 

Задача 14

Медный и алюминиевый провода равной длины имеют одинаковые сопротивления. Определить отношение диаметров этих проводов. Вы- числить, во сколько раз масса алюминиевого провода меньше массы медного провода.

Задача 15

Определить дину нихромовой проволоки диаметром 0,5 мм, используемой для изготовления нагревательного устройства с сопротивлением 20 Ом при температуре 1000 °С, полагая, что при 20°С параметры нихрома: удельное сопротивление 1 мкОм∙м, температурный коэффициент удельного сопротивления 0,00015 К^-1, температурный коэффициент линейного расширения 0,000015 К^-1.

Задача 16

Медный и алюминиевый провода равной дины имеют одинаковые сопротивления. Определить отношение диаметров этих проводов. Вычислить, во сколько раз масса аюминиевого провода меньше массы медного провода.

Задача 17

Определить температуру, до которой нагреется алюминиевый провод сечением15 мм², длиной 1000 м, если по нему течет ток 40А.

Задача 18

Определить падение напряжения в медной линии электропередач длиной 50 км при 50°С, сечением 10 мм²и по нему течет ток 60 А

Список литературы

1. Материаловедение / Под ред. Б.Н. Арзамасова, Г.Г. Мухина. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002.

2. Пасынков В.В., Сорокин B.C. Материалы электронной техники. – C.-Пб.: Изд-во Лань, 2003.

3. Антипов Б.Л., Сорокин В.C., Терехов В.А. Материалы электронной техники. Задачи и вопросы. - C.-Пб.: Изд-во Лань, 2001.

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ

 

Таблица 1. Физические параметры чистых металлов (при 20 °С)

 

Металл	Плотность, г/см3	Температура плавл., °С	Темпер. коэфф. линейн расшир., α l ·106, К-1	Удельное сопротивлен. мкОм·м	Темпер. коэфф. удельн. сопрот., α·106, К-1	Работа выхода, эВ	Абсолют. удельная термо-э.д.c., мкВ· К-1	Кристалл. структура *	Период решетки, нм
Алюми- ний	2,7	660	21,0	0,027	4,1	4,25	-1,3	Г.Ц.К.	a = 0,404
Вольфрам	19,3	3400	4,4	0,055	5,0	4,54	+2,0	О.Ц.К.	0,316
Железо	7,87	1540	10,7	0,097	6,3	4,31	+16,6	О.Ц.К.	0,286
Золото	19,3	1063	14,0	0,023	3,9	4,30	+1,5	Г.Ц.К.	0,407
Кобальт	8,85	1500	13,5	0,064	6,0	4,41	-20,1	гекс.	a = 0,251; c = 0,407
Медь	8,92	1083	16,6	0,017	4,3	4,40	+1,8	Г.Ц.К.	a = 0,361
Молибден	10,2	2620	5,3	0,050	4,3	4,30	+6,3	О.Ц.К.	0,314
Натрий	0,97	98	72,0	0,042	5,5	2,35	-8,7	О.Ц.К.	0,428
Никель	8,96	1453	13,2	0,068	6,7	4,50	-19,3	Г.Ц.К.	0,352
Олово	7,29	232	23,0	0,113	4,5	4,38	-1,1	тетраг.	a = 0,583; c = 0,318
Платина	21,45	1770	9,5	0,098	3,9	5,32	-5,1	Г.Ц.К.	a = 0,392
Свинец	11,34	327	28,3	0,190	4,2	4,00	-1,2	Г.Ц.К.	0,494
Серебро	10,49	961	18,6	0,015	4,1	4,30	+1,5	Г.Ц.К.	0,408
Тантал	16,6	3000	6,6	0,124	3,8	4,12	-2,5	О.Ц.К.	0,330
Хром	7,19	1900	6,2	0,130	2,4	4,58	+18,0	О.Ц.К.	0,288
Цинк	7,14	419	30,0	0,059	4,1	4,25	+1,5	гекс.	a = 0,266; c = 0,494

 

* Обозначение кристаллических структур: О.Ц.К. – объемноцентри- рованная кубическая; Г.Ц.К. – гранецентрированная кубическая; гекс. – гексагональная плотной упаковки; тетраг. – тетрагональная.

Таблица 2. Параметры диэлектрических материалов

 

Диэлектрический материал	Удельное объемное сопротивление (Ом·м)	Относительная диэлектри- ческая проницаемость	Температурный коэффици- ент диэлектрической проницаемости А·106,К-1	Тангенс угла  диэлектриче- ских потерь при 1 МГц	Электрическая прочность, МВ·м-1
Полиэтилен	1014…1015	2.3…2.4	-(200…300)	(2…5)·10-4	40…150*
Полистирол	1014…1016	2.5…2.6	-(150…200)	(2…4)·10-3	20…110*
Фторопласт	1014…1016	1.9…2.2	-(150…300)	(2…3)·10-3	40…250*
Полипропилен	1012…1015	2.0	-(200…300)	(3…5)·10-4	30…150*
Лавсан	1014…1015	3.1…3.2	+(400…600)	(3…10)·10-3	20…180*
Поликарбонат	1014…1015	3.0	+(50…100)	(2…60)·10-3	30…150*
Полиимид	1015…1016	3.5	-	(1…2)·10-3	30…200*
Поливинилхлорид	109…1013	3.1…3.4	-	0.015…0.018	35…45
Гетинакс	108…1010	3.0…6.0	-	0.04…0.08	15…30
Стеклотекстолит	108…1011	5.5…6.0	-	0.02…0.04	15…35
Бакелит	108…1011	4.0	-	0.01	12…50*
Эпоксидные комп.	1012…1014	3.3…6.0	-	0.01	20…35*
Слюда	1012…1014	6.0…8.0	+(10…20)	(1…6)·10-4	100…250*
Кварцевое стекло	1012…1014	3.8…4.2	-	(2…3)·10-4	40…400*
Щелочные стекла	1016	5.0…10	+(30…500)	(5.250)·10-4	40…400
Ситаллы	1016…1014	5.0…10	-	(1…80)·10-3	25…85
Изоляторный фар.	108…1012	5.0…8.0	-	0.02…0.03	25…30
Ультрафарфор	109…1011	7.0…10.0	+(30…500)	(1…80)·10-3	25…85
Алюминооксид	1012…1015	8.5…9.5	+(100…120)	(1…10)·10-4	20…30
Поликор	1016	9	+(80…100)	(1…2)·10-4	30…45
Брокерит	1016	6…7	+(40…80)	(2…5)·10-4	30…45
Стеатитовая кер.	1013…1015	6…8	+(70…180)	(6…8)·10-4	25…40
Цельзиановая кер.	1012…1013	6…7	+(60…70)	(1…2)·10-4	35…45
Рутиловая кер.	109…1012	40…300	-(80…2200)	(2…10)·10-4	10…30
Сегнетокерамика	109…1011	900…20000	-	0.02…0.03	4…10

 

(*) - верхние пределы указаны для тонких пленок

Таблица 3. Физические параметры полупроводников (T = 300 К)

 

 

Полупроводник	Кристаллическая структура	Период решетки, нм	Плотность, Мг·м-3	Температура плав- ления, °C	Темп. коэфф. ли- нейн. расшир., α l ·106, К-1	Ширина запр. зоны Δ W, эВ	(d(Δ W)10)/d T, эВ·К- 1	Подвижность μ, м2·(В·с)-1		Низкочастотная диэл. прониц-сть
								электронов	дырок
Ge	Типа алмаза	0,565	5,43	937	5,8	0,66	3,9	0,39	0,19	16,0
Si		0,542	2,33	1415	2,3	1,12	2,8	0,14	0,05	12
C		0,357	3,51	3500	0,8	5,49	-	0,24	0,21	5,7
α-SiC	Гексаго- нальная, 6Н	a = 0,308 c = 15,12	3,22	2205	-	3,02	-	0,033	0,06	10,0
GaN	Типа вюрцита	a = 0,319 c = 0,518	6,11	1700	5,7	3,40	3,9	0,03	-	12,2
AlP	Типа сфалери- та	0,546	2,37	2000	4,2	2,45	2,6	0,008	0,003	9,8
GaP		0,545	4,07	1467	4,7	2,26	4,7	0,019	0,012	11,1
InP		0,587	4,78	1070	4,6	1,35	2,8	0,46	0,015	12,4
AlAs		0,566	3,60	1770	3,5	2,16	4,0	0,028	-	10,1
GaAs		0,565	5,32	1238	5,4	1,43	4,0	0,95	0,045	13,1
InAs		0,606	5,67	942	4,7	0,36	3,5	3,3	0,046	14,6
AlSb		0,614	4,28	1060	4,2	1,58	3,5	0,02	0,055	14,4
GaSb		0,610	5,65	710	6,1	0,72	3,6	0,4	0,14	15,7
InSb		0,648	5,78	525	4,9	0,18	3,0	7,8	0,075	17,7
ZnS		0,541	4,09	1020*	-	3,67	5,3	-	-	5,2
ZnS	Типа вюрцита	a = 0,382 c = 0,626	4,10	1780	6,2	3,74	3,8	0,014	0,0005	5,2
CdS		a = 0,413 c = 0,675	4,82	1750	5,7	2,53	4,9	0,034	0,011	5,4
ZnSe	Типа сфалери- та	0,566	5,42	1520	1,9	2,73	7,2	0,026	0,0015	9,2
CdSe	Типа вюрцита	a = 0,430 c = 0,701	5,81	1264	-	1,85	4,1	0,072	0,0075	10,0
ZnTe	Типа сфалери- та	0,610	6,34	1239	8,3	2,23	-	0,053	0,003	10,4
CdTe		0,648	5,86	1041	4,0	1,51	4,1	0,12	0,006	10,2
HgTe		0,646	8,09	670	4,8	0,08	-	2,5	0,02	-
PbS	Типа NaCl	0,594	7,61	1114	-	0,39	3,3	0,06	0,07	17,0
PbSe		0,612	8,15	1076	-	0,27	4,0	0,12	0,10	-
PbTe		0,646	8,16	917	-	0,32	4,3	0,08	0,09	30,0

 

* Температура фазового перехода