Блог

Jun 21, 2024

Влияние импульсов высокого напряжения на резисторы

Резисторы из углеродного состава очень хорошо работают в импульсных условиях, но их становится все труднее достать. Представлены результаты испытаний ряда современных пленочных резисторов с использованием импульсов высокого напряжения.

Резисторы из углеродного состава очень хорошо работают в импульсных условиях, но их становится все труднее достать. Представлены результаты испытаний ряда современных пленочных резисторов с использованием импульсов высокого напряжения. В протестированных случаях резисторы работали хорошо, без повреждений. На рисунке 1 показана тестовая установка. Импульсы высокого напряжения длительностью около 100 нс подавали от имитатора ЭСР Mini-Zap в режиме контактного разряда и генератора высоковольтных импульсов Fischer Custom Communications TG-EFT. Форма сигнала TG-EFT имитирует быстрые электрические переходные процессы (EFT), возникающие в линиях электропередачи. Форма волны аналогична ЭСР, но без лидирующего пика.

Рис. 1. Тестовая установка, включающая симулятор электростатического разряда Mini-Zap и генератор высоковольтных импульсов TG-EFT.

Резисторы из углеродного состава являются предпочтительными резисторами для импульсных применений, но их становится все труднее найти, особенно в магазинах электроники. Мне нужен запас резисторов, которые не будут повреждены сигналами электростатического разряда или EFT, поэтому я решил протестировать несколько резисторов из местного магазина электроники.

Было протестировано несколько металлических и углеродных пленочных резисторов номиналом от 51 Ом (один Ватт) до 4700 Ом (1/2 Вт). На рис. 2 показан углеродный пленочный резистор сопротивлением 51 Ом мощностью 1 Вт, подключенный к Mini-Zap для тестирования. Также были протестированы металлопленочный резистор сопротивлением 51 Ом мощностью 1 Вт, «пленочный» резистор 470 Ом 1/2 Вт, «пленочный» резистор 1000 Ом 1/2 Вт и «пленочный» резистор 4700 Ом 1/2 Вт. Генератор TG-EFT использовался до 2000 Вольт, а затем Mini-Zap - до 10 000 Вольт.

Рис. 2. Пленочный резистор сопротивлением 51 Ом, подвергаемый воздействию симулятора ESD

На рисунке 3 показаны три протестированных резистора, включая металлопленочный резистор сопротивлением 51 Ом мощностью 1 Вт, «пленочный» резистор сопротивлением 4700 Ом мощностью 1/2 Вт и углеродно-пленочный резистор сопротивлением 51 Ом мощностью 1 Вт. Резисторы сопротивлением 51 Ом выдерживают больший пиковый ток от Mini-Zap или TG-EFT, но резистор сопротивлением 4700 Ом испытывает большее напряжение. До начала испытаний не было ясно, какие из них будут более подвержены повреждениям. В прошлом мне удавалось разрушить резисторы сопротивлением 1 МОм, используемые для контроля ЭСР, с помощью имитатора ЭСР, настроенного на напряжение порядка 10 кВ. Как ни удивительно, все резисторы выдержали многие десятки импульсов без изменения измеренного сопротивления. на точном цифровом мультиметре, способном обнаружить изменение сопротивления на 1 Ом из 1000 Ом. Вероятно, это связано с тем, что все эти резисторы были 5%-ными резисторами и поэтому вряд ли подвергались лазерной подстройке. Резисторы с лазерной подстройкой 1% часто не выдерживают импульсов с высокими пиковыми значениями, поскольку ток концентрируется около конца лазерной резки, а сопротивление демонстрирует кумулятивное изменение в течение многих импульсов, часто заканчивающееся разрывом цепи или иногда даже коротким замыканием. Результат также, вероятно, был бы другим, если бы использовались моделируемые грозовые импульсы напряжением 6 кВ, поскольку эти импульсы измеряются за десятки и сотни микросекунд. Импульсы большей длины, такие как импульсы молнии, с гораздо большей вероятностью повреждают резисторы.

Рис. 3. Тестовые резисторы (слева направо: металлопленочный резистор 1 Вт, 51 Ом, пленочный резистор 1/2 Вт, 4700 Ом и углеродно-пленочный резистор 1 Вт, 51 Ом)

Краткое содержание

Все протестированные резисторы выдержали многие десятки импульсов напряжением 10 000 В от симулятора электростатического разряда Mini-Zap. Это говорит о том, что современные пленочные резисторы номиналами до 4700 Ом и мощностью всего 1/2 Вт, которые не подвергаются лазерной подстройке, подходят для использования в приложениях, где они подвергаются воздействиям электростатического разряда и электрического напряжения. На всякий случай вам следует проверить все резисторы, которые вы планируете использовать таким образом, с помощью симулятора электростатического разряда, поскольку обычные резисторы не предназначены для такого использования.

Оборудование, связанное с этой технической новостью:Высоковольтный импульсный генератор Thermo Scientific Mini-Zap ESD SimulatorFischer Custom Communications TG-EFT

Дополнительные технические подробности можно найти на сайте Дуга http://emcesd.com.

Г-н Смит читал лекции в Оксфордском университете, Калифорнийском университете в Санта-Барбаре, Калифорнийском университете в Беркли, Университете Вандербильта, AT&T Bell Labs, а также на многих государственных и частных семинарах по всему миру по высокочастотным измерениям, проектированию схем, электростатическому разряду и электромагнитной совместимости. Он является автором книги «Высокочастотные измерения и шум в электронных схемах». Его очень популярный веб-сайт http://emcesd.com (www.dsmith.org) ежемесячно привлекает тысячи посетителей, чтобы увидеть более 150 технических статей, а также другие материалы.