Проводники высокого сопротивления - это проводниковые материалы с удельным сопротивлением больше чем 0,3 мкОм×м

Гиперссылки к проводникам

 

Проводниками первого рода называют те, проводимость которых обусловлена электронами. К ним относят, в первую очередь металлы, как в твердом, так и в жидком состоянии, а также проводниковые модификации углерода (графит).

 

Проводниками второго рода называют те, проводимость которых обусловлена ионами. В первую очередь это растворы и расплавы солей кислот и щелочей. Прохождение тока через такие проводники связано с перемещением ионов, вследствие чего на электродах выделяются продукты электролиза, а состав электролита изменяется.

 

Проводники высокой проводимости – это проводниковые материалы, удельное сопротивление которых в нормальных условиях меньше 0,05 мкОм×м.

 

Проводники высокого сопротивления - это проводниковые материалы с удельным сопротивлением больше чем 0,3 мкОм×м.

 

Опыты, подтверждающие гипотезу об электронном газе:

• При длительном пропускании электрического тока через цепь, состоящую из одних металлических проводников, не наблюдается проникновения атомов одного металла в другой.
• При нагревании металлов до высоких температур скорость теплового движения свободных электронов увеличивается, и наи­более быстрые из них могут вылетать из металла, преодолевая силы поверхностного потенциального барьера.
• В момент остановки быстро двигавшегося проводника про­исходит смещение электронного газа по закону инерции в напра­влении движения. Смещение электронов приводит к появлению разности потенциалов на концах заторможенного проводника, и подключенный к ним измерительный прибор дает отброс по шкале.
• Исследуя поведение металлических проводников в магнит­ном поле, установили, что вследствие искривления траектории электронов в металлической пластинке, помещенной в поперечное магнитное поле, появляется поперечная э.д.с. и изменяется элек­трическое сопротивление проводника.

 

Уровень Ферми - это некоторый уровень, энергия которого соответствует средней энергии электронов, находящихся на внешней оболочке атома.

 

Теплоемкость – количество теплоты, поглощаемое телом при нагревании на 1 ⁰С

 

Эффективная масса. Понятие эффективной массы носителя заряда позволяет описывать его движение в твердом теле как свободное перемещение заряженной частицы без учета периодического поля кристаллической решетки. Эффективная масса m° может отличаться от истинной массы m не только по величине, но и по знаку.

Отрицательный знак эффективной массы означает, что во внешнем электрическом поле такие электроны движутся так же, как частицы с положительным зарядом. Их принято называть дырками.

Коэффициент Холла определяется по формуле Х = -А/ еn₀ , где А множитель, изменяющийся в зависимости от механизма рассеяния носителей при различных температурах от1 до 2; n₀ – концентрация носителей; е – заряд электрона.

 

Статические дефекты решетки - это одномерные, линейные дефекты решетки.

 

Фононы - тепловые колебания узлов кристаллической решетки.

Тонкие пленки. Тонкими пленками принято называть такие, толщина которых соизмерима с длиной свободного пробега электронов.

 

Поверхностное удельное сопротивление числено равно сопротивлению участка пленки, длина которого равна его ширине при протекании тока через две его противоположные грани параллельно поверхности подложки R_ = r_d/d, где r_d - удельное объемное сопротивление пленки толщиной d.

 

Дислокация - Несовершенства кристаллической решетки, представляющие собой нарушение кристаллической структуры вдоль некоторой линии, называют дислокациями. Дислокации, относящиеся к линейным (одномерным) дефектам, имеют малые размеры в двух измерениях и большую протяженность в третьем измерении.

 

 

Вакансия - точечный дефект, представляющий собой незаполненное место в узле кристаллической решетки, называют вакансией.

Число Лоренца определяется по формуле L₀ = 3k²e^-2 ,

что при подстановке k = 1,38×10^-23 Дж/К и е = 1,6×10^-19Кл дает L₀ = 2,23×10^-8 В²/К²

 

Контактная разность потенциалов возникает при соприкосновении двух различных металлов. Её появление обусловлено разной концентрацией свободных электронов в соприкасающихся металлах, что приводит по законам диффузии к переходу части электронов в металл с меньшей их концентрацией.

 

Способы пайки алюминия. На воздухе алюминий быстро окисляется и покрывается тонкой оксидной пленкой, имеющей большое электрическое сопротивление. Эта пленка защищает алюминий от дальнейшей коррозии, но создает большое переходное сопротивление в местах контакта и делает невозможной пайку алюминия обычными способами. Пайку алюминия производят, разрушая эту пленку с помощью ультразвука (ультразвуковые паяльники), или применяя специальные пасты – припои.

 

Бронзы - это медь с добавками олова, фосфора, кадмия, хрома, бериллия и др).

 

Латунь - это медь с добавками цинка.

 

Спин – это магнитный момент атома, связанный вращением электрона вокруг своей оси.

 

Резистивные элементы ИМС Резисторы ИМС можно подразделить на диффузионные, пинч-резисторы, ионно-легированные и пленочные.

Диффузионные резисторы полупроводнико­вых ИМС наиболее часто формируют на базовых слоях биполяр­ных транзисторов. Выбор этого слоя представляет собой ком­промиссное решение между большими геометрическими разме­рами, которые были бы необходимы при использовании эмиттерного слоя, и высоким температурным коэффициентом со­противления резистора, который соответствовал бы использо­ванию слаболегированного слоя полупроводника (например, коллектора). Однако следует отметить, что на эмиттерном слое можно формировать низкоомные термостабильные ре­зисторы.

Пинч-резисторы представляют собой диффузион­ные резисторы, формируемые на базовых слоях и изолирован­ные двумя параллельно расположенными обратно включенными эмиттерным и коллекторным р-n-переходами. По сравнению с обычными диффузионными резисторами, формируемыми на базовых слоях, пинч-резисторы имеют меньшую площадь поперечного сечения и более высокое удельное сопротивление, так как для их реализации используют слаболегированную часть базы. Поэтому максимальное сопротивление пинч-резисторов может достигать 300 кОм. Недостатками пинч-резисторов являются относительно большой разброс параметров, нелинейность вольтамперных характеристик и рабочие напря­жения, обычно не превышающие 7 — 10 В, так как они опреде­ляются напряжением пробоя перехода эмиттер-база.

Ионно-легированные резисторы по струк­туре не отличаются от обычных диффузионных, однако глуби- на залегания изолирующего их р-n-перехода значительно меньше и, как правило, не превышает 0,2 - 0,3 мм. Кроме того, ионное легирование обеспечивает получение очень малых концентра­ций атомов легирующих примесей, что позволяет создавать резисторы, номинальное сопротивление которых достигает сотен кОм.

Пленочные резисторы, получаемые нанесением резистивного вещества на изолирующую пластину, имеют такую же структуру и конфигурацию, как и диффузионные. Сопро­тивление пленочных резисторов зависит от материала и тол­щины пленки и может достигать 1 МОм. После нанесения плен­ки резисторы обычно подгоняют под заданный номинал различ­ными способами: механическим снятием части резистивного слоя, травлением, низкотемпературным окислением, лазерной обработкой и др.

 

Платинородий – сплав 90% Pt + 10% Rh.

 

Константан – сплав 60% Cu + 40% Ni.

 

Алюмель- сплав 95% Ni с добавками Al, Si и Mg.

Хромель – сплав 90% Ni + 10% Сr.

 

Копель – сплав 56% Cu + 44% Ni.

 

Твердая (твердотянутая) медь при холодной протяжке в проволоку приобретает повышенную твердость, упругость и имеет высокий предел прочности при растяжении.

 

Мягкую (отожженную) медь получают после отжига при температуре несколько сотен градусов. Она пластична, имеет проводимость на 3 – 5 % выше, чем у твердой меди, характеризуется большим удлинением при разрыве. К недостаткам мягкой меди следует отнести небольшую прочность и пониженную твердость. Мягкая отожженная медь служит электротехническим стандартом, по отношению к которому выражают при 20 ⁰С удельную проводимость металлов и сплавов. Удельное сопротивление такой меди

r= 0, 017241мкОм×м при значении ТКr= 4,3×10^-3К^-1.

 

Номинальное значение сопротивления, - это значение, которое указывается на резисторе. Резисторы имеют шесть рядов номиналов сопротивления:

Е6, Е12, Е24, Е48, Е96, Е192.

 

Допуск - максимально допустимое отклонение от номинального сопротивления в %.

Ряд допусков для резисторов в %:

± 0,001; ± 0,002; ± 0,005; ± 0,01; ± 0,02; ± 0,05; ± 0,1;

± 0,25; ± 0,5; ± 1; ± 2; ± 5; ± 10; ± 20; ± 30.

 

Номинальная мощность рассеивания. Это максимальная мощность, которую резистор может рассеивать на протяжении гарантированного срока службы. Значения номинальной мощности рассеивания:

0,01; 0,025; 0,05; 0,062; 0,125; 0,25; 0,5; 1; 2; 3; 4; 5; 8:10; 16; 25; 40; 63; 80; 100; 160; 250; 500 Вт.

 

Максимальное допустимое напряжение. Это максимальное напряжение, при котором работает резистор.

 

Температурный коэффициент сопротивления (ТКр) - это относительное изменение сопротивления резистора при изменении температуры на 1 градус.

Для прецизионных резисторов ТКр равняется (1 ÷ 100)^.10^-6К^-1; для общего назначения (10 ÷ 2000)^.10^-6 К^-1.

 

Напряжение шумов. Это значения э.д.с. шумов резисторов вследствие теплового шума или токового шума. Значение э.д.с. шумов для непроволочных резисторов от 0,1 до 100 мкВ/В.

 

Пиролитический углерод получают путем пиролиза (термического разложения без доступа кислорода) газообразных углеводородов ( метана, бензина, гептана) в камере, где находятся керамические или стеклянные основания заготовок для резисторов. Особенностью структуры пиролитического углерода является отсутствие строгой периодичности в расположении слоев (в отличие от графита) при сохранении их параллельности.

 

Бороуглеродистые пленки получают путем пиролиза (термического разложения без доступа кислорода) борорганических соединений, например B(C₄H₉)₃ или B(C₃H₇)₃ . Эти пленки обладают малым температурным коэффициентом удельного сопротивления.

 

Сажи представляют собой мелкодисперсный углерод с примесями слоистых веществ Лаки, в состав которых в качестве пигмента введена сажа, обладают малым удельным сопротивлением.

 

Природный графит представляет собой одну из модификаций чистого углерода слоистой структуры с большой анизотропией как электрических, так и механических свойств.

 

ТКl -температурный коэффициент линейного расширения – изменение длины проводника при изменении температуры на 1⁰С.

 

Эмалями называют стекловидные покрытия, нано­симые на поверхность изделий с целью защиты от коррозии, элек­трической изоляции, а также для получения красивого внешнего вида. При эмалировке порошок стекла измельчают, наносят на поверхность изделия и обжигают. В результате плавления эмаль растекается по поверхности изделия, и после охлаждения, остается на ней в виде тонкого (0,1—1,0 мм) сплошного стекловидного по­крытия.

Эмали применяют в качестве электроизоляционного ма­териала для трубчатых резисторов, в которых на наружную по­верхность керамической трубки нанесена проволочная обмотка. Наносимый поверх нее слой эмали создает изоляцию между отдель­ными витками, между обмоткой и окружающей средой, а также за­щищает ее от воздействия влаги, от окисления и т. п.

 

 

Фильерные микропровода получают протягиванием через фильеры (волоки), поэтому они имеют большое механическое напряжения.

 

Литые провода получают вследствие капиллярного эффекта в стеклянных трубках, поэтому в них отсутствуют механические напряжения.

 

Резисторы Резистором называется пассивный элемент радиоэлектронной аппаратуры, предназначенный для воспроизведения в электрической цепи необходимого значения сопротивления, которое обеспечивает перераспределение и управление электрической энергией между элементами схемы.

 

Постоянные резисторы – это резисторы с фиксированным значением сопротивления.

Переменные резисторы – это резисторы с изменяющимся значением сопротивления; по характеру зависимости сопротивления от угла поворота подвижнолй системы переменные резисторы делятся на линейные и нелинейные.

Подстроечные резисторы предназначены для периодической подстройки и регулировки РЭА в процессе эксплуатации

 

Безкислотные. Эти флюсы после пайки не коррозируют металлические поверхности. Это канифоль, спиртовой раствор канифоли с добавками глицерина.

 

Активированные. Это флюсы изготовляемые на основе канифоли с примесями активаторов - солянокислого диэтиламина, анилина или салициловой кислоты и др. Большая активность этих флюсов разрешает проводить пайку без разрушения оксидов металлов.

 

Активные. Их изготовляют на основе соляной кислоты, хлористых или фтористых соединений металлов. Эти флюсы эффективно растворяют оксиды, но остаток флюса вызывает сильную коррозию металла. Поэтому после пайки требуется промывка для устранения остатков флюса.

 

Антикоррозионные. Эти флюсы изготовляют на основе фосфорной кислоты с примесями органических соединений. Остатки этих флюсов не вызывают коррозии.

 

 

Таблица 4.1. Основные параметры меди и алюминия

 

Металл	Плотность, Мг/м3	Температура плавления, ОС	Удельное сопротивление, мкОм×м	Температурный коэффи- циент удельного сопротивления, К-1	Предел прочности при растяжении, МПа	Магнитные свойства
Алюминий   Медь	2,7   8,92		0,0265   0,0168	4,1.10   4,33		Парамагне- тик Диамагне-тик

Таблица 4.2. Основные виды монтажных проводов

 

Марка провода	Особенности	Условия использования
МГВ	Многожильный, изолированный полихлорвинилом.	до 220В, - 60 ... +70 ОС
МГВЭ	То же самое, но экранированный.	до 220В, - 60 ... +70 ОС
МГШД	Многожильный, изолированный 2 пластами искусственного шелка.	до 60В, - 60 ... +90 ОС
МПВ	Многожильный, изолированный полиэтиленом	до 250В, - 50 ...+100 ОС
ПМВ	Однопроводной, изолированный полихлорвинилом.	до 380В, - 60 ... +70 ОС
МГТФ	Многожильный, изолированный фторопластом	до 380В, - 60 .. +250 ОС
ПРГ	Однопроводной, изолированный резиной.	до 250В, - 10 ... +60 ОС

 

Таблица 4.3. Основные виды ленточных проводов

 

Марка провода	Особенности	Использование
ЛПМФ	Ленточный монолитный, от 2 до 30 жил с расстоянием 1,25; 2,5; 3,75 мм.	Для монтажа цепей при напряжении до +15В и частоте до 5 кГц
ПЛМ	Ленточный прессованный, от 13 до 21 жил с расстоянием 2,5 мм.	Для фиксированного монтажа печатных плат
ПЛПМ	Ленточный монолитный, от 4 до 19 жил с расстоянием 0,95 мм	Для монтажа подвижных и неподвижных электроприборов
ЛКТ	Ленточный с саржевым плетением, от 4 до 19 жил	Для фиксированного монтажа

 

Таблица 4.4. Основные типы обмоточных проводов

 

Марка провода	Особенности	Применение
ПЭВ-1	Провод с одним слоем эмалевой высокопрочной изоляции	Для обычных обмоток до температуры 120 ОС
ПЭВ-2	Тоже самое, но с двумя слоями изоляции	Для повышенной надежности при температуре 120 ОС
ПЭЛ-2	Провод с двумя слоями эмалевой лакостойкой изоляции.	Для обычных обмоток до температур 105 ОС
ПЭТВ-2	Провод с двумя слоями эмалевой высокопрочной изоляции, температурностойкий	Для повышенной надежности при температуре до 130 ОС
ПЭВШО	Имеет дополнительную изоляцию из шелковой нити	До температуры 105 ОС
ПЭВТЛ-2	Провод с высокопрочной теплостойкой изоляцией	Может залуживаться без снятия изоляции, до температуры 120 ОС
ЛЭШО	Литцендрат с эмалевой изоляцией и шелковым волокном	Для обычных обмоток. Высокочастотный
ЛЭП	Литцендрат с эмалевой изоляцией	Перед пайкой не требует зачистки. Высокочастотный
ЛЭПКО	Тоже самое, но имеет еще капроновую изоляцию	Перед пайкой не требует зачистки. Высокочастотный

 

 

Таблица 4.5 Основные свойства сплавов высокого сопротивления

 

Сплав	Удельное сопротивление, мкОм.м	aρ, К-1	Рабочая температура, ОС
Нихромы: Х15Н60 (60%Ni, 18%Сr, 1,5% Mn, ост. Fe);   Х20Н80 (78% Ni, 20%Сr, 1,5 %Mn, ост. Fe);	1,0 - 1,2     1,0 - 1,1	(1-2).10-4 (1-2).10-4	до 1000     до 1100
Фехраль: Х13Ю4 (13% Сr, 4%Al,Mn,0,6% Ni, ост. Fe).	1,18 - 1,35	(1-1,2).10-4	до 900
Хромаль: Х23Ю5 (23% Сr, 5% Al, 0,7%Mn, 0,6% Ni, ост. Fe).	1,3 - 1,5	0,65.10-4	до 1200

 

 

Таблица 4.6 Основные свойства сплавов для изготовления резисторов

 

Рабочая темпе-ратура, ОС	Состав сплава	Удельное сопротивление, мкОм×м	aρ, К-1	Термо-э.д.с. относительно меди, мкВ.К -1
100 - 200	Манганин (86% Cu, 12% Mn, 2% Ni)	0,42 - 0,48	(5-30).10-6	1 - 2
450 - 500	Константан (60% Cu, 40% Ni)	0,48 - 0,52	±(5-25) .10-6	40 - 50
—	РС-37-10 (37%Сr, 8-11% Ni, ост. Si)	5 - 7	(15-25) .10-6	—
—	МЛТ	100 - 300	7.10-4	—
—	Нихром Х20Н80 (78% Ni, 20% Сr, 1,5% Mn, ост. Fe).	1,0 - 1,1	(1-2) .10-4	—

 

 

Таблица 4.7Параметры тугоплавких металлов

 

Металл	Темпера- тура плавления, ОС	Удельное сопротивление, мкОм×м	aρ, К-1	Применение
Вольфрам		0,055	5.10-3	Нити накаливания; аноды рентгеновских ламп, зонды
Молибден		0,05	4,33.10-3	Сетки, электроды, конструкции электронных ламп, рентгеновских трубок, нагреватели
Тантал		0,124	3,8.10-3	Сетки, аноды генераторных ламп, катоды, испарители, обкладки конденсаторов, тонкопленочные резисторы
Ниобий		0,15	3,9.10-3	Элементы радиоламп, катоды мощных генераторных ламп, сверхпроводники
Рений		0,214	3,2.10-3	Для термопар (до 2500 ОС), защита от коррозии, тонкопленочные резисторы
Хром		0,13	2,4.10-3	Защита от коррозии, резисторы, адгезийные пласты, компоненты соединений к термопарам, нержавеющих сталей, магнитных материалов

 

 

Таблица 4.8. Параметры легкоплавких металлов

 

Металл	Темпера- тура плавле-ния, ОС	Удельное сопротивление, мкОм×м	aρ, К-1 ×10-3	Применение
Ртуть	- 39	0,958	0,9	Жидкие катоды в излучателях, газоразрядные лампы, лампы дневного света, ртутные контакты в реле
Галлий		0,136	3,9	Как легирующая примесь в полупроводниках
Индий		0,090	3,9	Как легирующая примесь в полупроводниках.
Кадмий		0,074	4,2	Используют в фотоэлементах, а также как компонент припоев, бронз, поглотитель нейтронов в атомных реакторах
Цинк		0,0592	4,1	Как защитные покрытия, электроды гальванических элементов, фотоэлементы, обкладки конденсаторов; входит в состав припоев.
Свинец		0,190	4,2	Как защитные покрытия от коррозии; пластины аккумуляторов; плавкие предохранители; входит в состав припоев
Олово		0,113	4,5	Металлическая фольга для конденсаторов. Входит в состав припоев.

 

 

Таблица 4.9

Параметры благородных металлов

 

Металл	Темпера- тура плавления, ОС	Удельное сопротивление, мкОм×м	aρ, К-1	Применение
Золото		0,0025	3,9510-3	Как контактный материал, контактные соединения в ИМС, прозрачные электроды в фотоэлементах, антикоррозийные покрытия
Серебро		0,0150	4,1.10-3	Имеет малое удельное сопротивление. Как покрытие СВЧ-волноводов; контактов в ИМС; в фотографии
Платина		0,0981	3,9.10-3	Для изготовления термопар до 1600 ОС; подвесок; основа контактных сплавов
Палладий		0,108	3,6.10-3	Поглощает водород, используется для очистки водорода, как компонент контактных сплавов

 

 

Таблица 4.10 Параметры углеродных пленок

 

Материал	Удельное сопротивление, мкОм×м	Плотность, Мг/м3	aρ, К-1
Поликристаллический графит		2,26	-10.10-6
Пиролитический углерод	10 - 50	2,10	-2.10-6
Бороуглеродные пленки	10 - 12	2,1	-1.10-4