Резистивный делитель напряжения

Полезная модель относится к электронным компонентам электрического оборудования, а именно, к электрическим делителям напряжения (наборам резисторов), выполненным по планарной технологии.
Известно множество делителей напряжения, представляющих планарную конструкцию. Например резистивный делитель напряжения (патент ЕР 2492925 (А1)), представляющий собой резистивную топологию как минимум двух последовательно соединенных резисторов, сформированную на керамическое основание методом трафаретной печати. Коэффициент деления находится в пределах от 1:10 до 1:1000000, а предельное рабочее напряжение достигает 120 кВ. Резистивная топология имеет сложную форму, напоминающую меандр.
Известны также резисторы и наборы резисторов, изготовленные по толстопленочной технологии. Например, способ получения резистивной топологии сложной формы (патент US 5548268 (А)) для изготовления резисторов, наборов резисторов (делителей) по толстопленочной технологии, в соответствии с которым на керамическое основание наносится резистивная паста тонкой линией в форме меандра с использованием специального оборудования (систем дозирования). Такой способ позволяет получить очень высокие значения сопротивления ввиду высокой разрешающей способности предложенного технологического решения по нанесению резистивных паст. Известный способ нанесения резистивных паст с помощью систем дозирования позволяет получать линии толщиной 100 мкм.
Указанные делители (наборы резисторов) включают выводы только в виде контактных площадок, в то время как заявляемое техническое решение относится к устройствам с проволочными выводами.
Наиболее близкими делителями напряжения являются устройства, производимые фирмой "Nicrom Electronics" (Нихром электронике), включающие электрически последовательно соединенные резисторы, сформированные на изоляционном основании и состоящие из резистивной пленки и контактных площадок, 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 (см.: http://www.nicrom-electronic.com/high_voltage_dividers/high_voltage_dividers_300.pdf).
Контактная площадка топологически представляет собой прямоугольник. На делитель напряжения наносится защитный слой (компаунд) с покрытием контактного узла или без такового.
Одним из важнейших параметров высокоомных и высоковольтных делителей напряжения (наборов 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.
короны
Особенностью пробоя газа в неоднородном поле является возникновение частичного разряда в виде  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>>1;
k=h/2r в остальных случаях;
r - радиус стержня, см;
h - расстояние между стержнями;
δ - относительная плотность газа, которая рассчитывается по формуле:
0
где Т=293 К;
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 резистивным делителем напряжения, включающим электрически последовательно соединенные резисторы, сформированные на изоляционном основании и состоящие из резистивной пленки и контактных площадок, 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, 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.
Заявляема полезная модель поясняется чертежами.
На фиг. 1 показан вид сверху на делитель напряжения (набор из двух резисторов), выполненный по тонкопленочной или толстопленочной технологиям.
На фиг. 2 показаны в разрезе варианты исполнения контактного узла при тонкопленочной или толстопленочной технологиям, вид сбоку.
На фиг. 3 показаны поперечные разрезы вариантов (примеров) исполнения контактных узлов при тонкопленочной или толстопленочной технологиям.
Резистивный делитель напряжения в одном из предпочтительных вариантов исполнения включает два электрически последовательно соединенных резистора, сформированных на изоляционном основании (подложке) 1 и соединенные с ними проволочные выводы 2. Резисторы состоят из резистивной пленки 3 и контактных площадок 4 со скругленными углами. При толстопленочных технологиях толщина (высота) контактных площадок 4 может достигать величин, существенно влияющих на неоднородность электрического поля, при этом вертикальные сечения площадок 4 в этом случае могут иметь округлую форму (фиг. 2 (а), фиг. 3 (а)). Проволочные выводы 2, закреплены на контактных площадках 4 при помощи паяного соединения с формированием тела скрепляющего припоя 5 округой формы. При виде сверху (фиг. 1) контактные площадки 4 полностью закрыты припоем 5, но при этом повторяют округлую форму припоя. На делитель напряжения нанесено защитное покрытие 6.
Резистивный делитель напряжения интегрируется в необходимую (спроектированную) электрическую схему (например, измерительную) прикрепляясь посредством выводов 2. При этом выполнение контактных площадок 4, припоя 5 округой формы позволяет повысить напряжение пробоя, тем самым увеличив допустимое рабочее напряжение.