Резистор

3
12
Полезная модель относится к электронным компонентам электрического оборудования, а именно к резисторам с диапазоном значений номинальных сопротивлений от 1,0⋅10 до 1,0⋅10 Ом и предельным рабочим напряжением до 200 кВ, являющихся изделиями межвидового применения для навесного монтажа.
Иностранные аналоги заявляемого резистора для навесного монтажа представлены сериями FHV, TR, фирмы Vishay (США), CHM/CRM фирмы SRT (Германия) и series 200 Nicrom (Швейцария).
Из анализа информации об аналогах следует, что одним из основных конструктивных исполнений высокоомных высоковольтных резисторов является резисторы, изготовленные на плоской керамической подложке по планарной технологии. Конструкция резисторов представляет собой диэлектрическое керамическое основание (с высокими изоляционными свойствами) с нанесенными резистивным, проводниковым и защитным слоями, а в случае навесного монтажа предусматриваются проволочные выводы.
В патенте US 4670734 описывается способ изготовления высоковольтного безындуктивного пленочного резистора путем нанесения резистивного материала на диэлектрическую подложку. Топология в виде зигзага формируется лазерным лучом путем удаления части резистивного материала в виде набора резов разной длины. Данная технология позволяет получать высокоомные высоковольтные резисторы достаточно компактных размеров.
В патенте US 4630025 описывается прецизионный высоковольтный резистор, состоящий из плоской диэлектрической подложки, на которую методом трафаретной печати нанесен, по крайней мере, один резистивный слой прямоугольной, квадратной форм, а также проводящего слоя, сформированного в виде двух параллельных полосок, расположенных по краям резистивной пленки и электрически соединенных с ней Резистивный слой содержит набор параллельных контактам резов с увеличивающимися к центру резистивной пленки длинами, которые обеспечивают возможность использования резисторов при высоких напряжениях. В патенте описывается полученный по данной технологии высоковольтный резистор компактных размеров (2,9×2,7 мм) с номинальным сопротивлением 10 кОм, допускаемым отклонением от номинального значения сопротивления 1%.
Наиболее близкими резисторами являются устройства, производимые фирмой "Nicrom Electronics" (Нихром электронике), включающие изоляционное основание (подложку), на которое нанесены резистивная пленка и контактные площадки, а также проволочные выводы, закрепленные на контактных площадках методом пайки с образованием контактного узла, включающего контактную площадку и часть проволочного вывода, покрытую припоем, причем форма припоя выполнена преимущественно округлой формы. Контактная площадка топологически представляет собой прямоугольник. На резистор наносится защитный полимерный слой (компаунд или эмаль) с покрытием контактного узла или без такового.
Одним из важнейших параметров высокоомных и высоковольтных резисторов является предельное рабочее напряжение (напряжение пробоя), которое определяется электрической прочностью промежутков между проволочными выводами. В качестве естественного изолятора выступает воздух (наличие относительно тонкого слоя твердого диэлектрика - компаунда- на выводах не значительно влияет на величину напряжения пробоя и не учитывается). Пробой газов обусловлен явлениями ударной ионизации. Явление пробоя газа зависит от степени однородности поля, в котором осуществляется пробой.
Особенностью пробоя газа в неоднородном поле является возникновение частичного разряда в виде короны в местах, где напряженность поля достигает критических значений, с дальнейшим переходом короны в искровой разряд и дугу при возрастании напряжения.
Пробой воздуха у поверхности твердого диэлектрика (компаунда), называемый в технике поверхностным перекрытием, возникает обычно при более низких напряжениях, чем в том случае, когда между электродами имеется только воздух. На значение разрядного напряжения оказывает влияние форма (неоднородность) электрического поля, обусловленная конфигурацией электродов и диэлектрика, частота напряжения, состояние поверхности диэлектрика, давления воздуха.
Технической проблемой, на решение которой направлена данная полезная модель, является высокая неоднородность электрического поля, обусловленная, в частности, сложной геометрической формой контактного узла, содержащего острые грани, выступы и т.п., уменьшающая напряжение пробоя.
Аналитический расчет начальных напряжений пробоя для неоднородных полей очень сложен, поэтому для практических расчетов пользуются эмпирическими формулами. В частности, определение этого напряжения для резко неоднородных полей в воздухе производится по формуле
где для системы двух стержней (выводов):
С=0,6;
k - коэффициент неоднородности электрического поля;
k=ln(h/r), при h>>r,
k=h/2r в остальных случаях;
r - радиус стержня, см;
h - расстояние между стержнями;
δ - относительная плотность газа, которая рассчитывается по формуле
где:
0
Т=293К;
0
Р=760 мм рт.ст.;
Р и Т - действительные давление и температура воздуха.
Из формулы (1) следует, что неоднородность электрического поля значительно влияет (негативно) на величину напряжения пробоя.
Указанная техническая проблема решается резистором, включающим сформированную на изоляционном основании (подложке) резистивную пленку и контактные площадки, а также проволочные выводы, закрепленные на контактных площадках методом пайки с образованием контактного узла, включающего контактную площадку и часть проволочного вывода, покрытые припоем, причем форма припоя выполнена преимущественно округлой формы, в котором согласно предложению контактные площадки имеют скругленные углы. Следует отметить, что округлая (каплевидная) форма припоя в наименьшей степени влияет на неоднородность электрического поля, соответственно целесообразно придать контактной площадке округлую форму с учетом ее малой толщины.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами резисторов, выполненных по планарной технологии.
На фиг. 1 показан вид сверху на резистор, выполненный по тонкопленочной или толстопленочной технологии.
На фиг 2 показаны в разрезе варианты исполнения контактного узла при тонкопленочной или толстопленочной технологии, вид сбоку.
На фиг 3 показаны поперечные разрезы вариантов (примеров) исполнения контактных узлов при тонкопленочной или толстопленочной технологии.
Резистор в одном из предпочтительных вариантов исполнения включает изоляционное основание (подложку) 1, нанесенную на изоляционное основание 1 резистивную пленку 2, контактные площадки 3 со скругленными углами и соединенные с ними проволочные выводы 4. При толстопленочных технологиях толщина (высота) контактных площадок 3 может достигать величин, существенно влияющих на неоднородность электрического поля, при этом вертикальные сечения площадок 3 в этом случае могут иметь округлую форму (фиг. 2 (а), фиг. 3 (а)). Проволочные выводы 4 закреплены на контактных площадках 3 при помощи паяного соединения с формированием тела скрепляющего припоя 5 округой формы. При виде сверху (фиг. 1) контактные площадки 3 полностью закрыты припоем 5, но при этом повторяют округлую форму припоя. На резистор нанесено защитное покрытие 6.
Резистор устанавливается (монтируется) в электрическую схему (например, измерительную) путем запайки (или зажима) за проволочные выводы 4. При этом выполнение (изготовление) контактных площадок 3 и припоя 5 округой формы позволяет повысить напряжение пробоя, тем самым увеличив предельно допустимое рабочее напряжение резистора.