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Le caratteristiche che il componente deve avere sono una buona copertura di valori ohmici ,1W a 10MW, cioè quelli di interesse per l’elettronica, una bassa dipendenza dalla tensione e dalla temperatura (bassi coefficienti di tensione Kv=(1/R)(dR/dV) e coefficiente
di temperatura Kt=(1/R)(dR/dT). Per la realizzazione l’uso di metalli è limitante in quanto questi hanno bassa r ,e secondo la formula R=r (L /S), per avere alte resistenze si dovrebbe aumentare eccessivamente la L, avendo dimensioni inaccettabili. Nei metalli inoltre la conducibilità s= 1 / r , dipende dalla t che è il tempo medio di collisione e che dipende dalla temperatura T, infatti si ha : s=ne2 t / m e t = 1/ Ta. Quindi nei metalli ,la resistenza dipende fortemente dalla temperatura , e, scanso fenomeni termoelettrici o di costrizione , non dipende dalla tensione. L’uso di paste conduttive (aglomerati di conduttore e isolante polverizzati), nella maggior parte delle situazioni, è più indicato. Danno resistenze con un buon range e a causa dell’intervento di vari fenomeni ,hanno però dipendenze da tensione e temperatura con i rispettivi coefficienti negativi. I fenomeni che interessano la conduzione in resistori a paste conduttive sono : effetto tunnel, effetto Schottky, effetto Poole-Frenkel, carica spaziale e tutti danno un contributo evidenziabile nel grafico di Fowler-Nordheim con log (s) e V o 1/T.
Realizzati con miscele di grafite (materiale resistivo) e argilla o talco (isolante) polverizzati, mescolati omogeneamente con una resina termindurente (aglomerante), usati in applicazioni generali . La resistenza è data dalla percentuale di riempitivo ( isolante e aglomerante) nella miscela che varia tra il 10% e l’80%. Le dimensioni sono di d=1mm ,diametro della superficie di sezione S, L=5mm ed è importante polverizzare il più possibile i materiali per ridurre il diametro dei granuli e rendere il numero dei cammini elevato , favorendo l’effetto di conduzione ,PERCOLATION, che da il valore ohmico esatto. La percolation è data da conduzione ohmica all’interno dei granuli vicini e per effetto Schottky tra granuli adiacenti. Presentano:
RESISTORI CERMET (impasto ceramica metallo)
Prodotti da impasti di vetro e rutenio che ,fuso , viene deposto su cilindretti ceramici .La conduzione è sempre del tipo percolation.
La lavorazione si effettua a 800-900°c. Le caratteristiche sono :
Deposizione di strati sottili (0.01-5um) di strati resistivi sopra supporti di steatite o forsterite (ceramiche a bassa costante dielettrica)
Esistono resistori a strato di carbonio o metallico a seconda dei materiali resistivi usati .A causa della taratura quelli metallici usano materiali nobili più resistenti e stabili (Au-Pd,Au-Pt). Strati sotto gli 0.05um non sono industrialmente realizzabili e quindi anche resistori di più di 10Kohm a meno di operare una spiralizzazione dello strato ,così se non si può usare S per aumentare la R oltre i10Kohm usa la L spiralizzando. La R aumenta di un fattore p ,dove p è il numero delle spire e la taratura è effettuata direttamente in fase di spiralizzazione (con getti abrasivi di carborundum SiC) che viene interrotta quando il valore desiderato è raggiunto. Mostrano:
Finalizzate all’uso in alta potenza per la dissipazione di potenza altre i 5W. Usano fili ad alta resistività e basso coefficiente di temperatura ,avvolti attorno a supporti di porcellana o steatite. Gli spessori dei fili non sono troppo ridotti (50um) per evitare rotture in quanto le correnti ion gioco sono alte. (si usano Ni-Cr, Ni-Cu, Cu-Mn) . L’alto spessore dei fili, quindi alto S limita i valori ottenibili ,quindi è necessario usare materiali ad alta resistività, in modo da avere almeno valori tra i 20-50 Kohm.Il tutto viene poi smaltato o vetrificato. Caratteristiche:
RESISTORI VARIABILI
Strati di paste resistive , a pasta di carbone o cermet, oppure fili avvolti, disposti su strutture a corona circolare o a striscia. Un contatto strisciante in bronzo fosforoso esercita una forza di almeno 0.2-2N e una resistenza di contatto pari a qualche mW ed è mosso da un perno rotante o da una vite senza fine (questo per alte risoluzioni). La R è legata all’angolo di rotazione secondo :
R(a) = ò (r / S)L da. L’andamento della R in funzione di a può essere logaritmico ,quadratico , a scatti e lineare a seconda della disposizione della pasta. I contenitori avvolgono potenziometri comuni a uso esterno, per i trimmer a uso interno (semifissi che servono a tarare il circuito) il package non è previsto.
CODICI
Il valore ohmico e la tolleranza sono descritte dal seguente codice di colori , stampati in cerchio attorno al corpo del resistore per facilitare la lettura in qualsiasi posizione:
RESISTENZA TOLLERANZE
Nero---------------------- 0 niente----------20%
Marrone------------------ 1 argento--------10%
Rosso--------------------- 2 oro--------------5%
Arancione--------------- 3 rosso------------2%
Giallo-------------------- 4 marrone--------1%
Verde-------------------- 5
Azzurro------------------ 6
Viola--------------------- 7 tolleranza numero di zeri 2°cifra 1°cifra
Grigio-------------------- 8
Bianco------------------- 9
Oro--------------10-1
Argento---------10-2
reofori
MASSIMA POTENZA DISSIPABILE
A temperature T > Ta ( Ta=25°C temperatura ambiente) la massima potenza dissipabile cala, con un certo fattore di riduzione lineare n, e la formula risulta :
Pd (T)= Pd (Ta)-n (T-Ta)
La tensione V applicata al resistore causa una dissipazione di potenza termica P=VI=V2/R e aumenta la temperatura. L’intervallo di temperatura è uguale a :
Tcomp-Ta = DT = PRth
Ove Rth è la resistenza termica (che deve essere minimizzata nel caso di grandi potenze termiche dissipate , per mantenere basso l’intervallo di temperatura DT) ed è uguale al reciproco della n (fattore di riduzione precedente)
MASSIMA FREQUENZA
La frequenza di lavoro è limitata dalle caratteristiche parassite del resistore (C o L). Un resistore montato su piano massa può essere visto equivalentemente a :
Si ottiene quindi una Fmax di lavoro ,oltre la quale la resistenza si comporta come il modello sopra rappresentato. Se la R > Z° ,che è l’impedenza del modello, predomina l’effetto induttivo, se R<Z° predomina l’effetto capacitativo. Infatti Z°=ÖCL e vale 50-500 ohm per i resistori a strato e impasto, 1-10Kohm per quelli a filo.
TEMPERATURE DI ESERCIZIO
Un condensatore è caratterizzato da una capacità di carica pari a :C = e (S / d). La e è detta permettività elettrica assoluta del materiale ed è uguale a e=er e0 ove e0 è la costante dielettrica nel vuoto pari a 8.86e10-12 F/m.e la er è a permettività relative del materiale. La capacità di accumulare cariche sulle piastre è data dalla polarizzabilità del dielettrico, alla quale diversi fenomeni danno contributo. Si ha polarizzazione interfacciale per accumulo di cariche negli interstizi tra granuli di materiali eterogenei, polarizzazione dipolare per l’orientazione di dipoli elettrici già presenti nel materiale (materiale polare), polarizzazione atomica per deformazione del reticolo cristallino con induzione del momento elettrico, infine polarizzazione elettronica per spostamento della nube elettronica dell’atomo. Ogni effetto da il suo contributo di polarizzazione e quindi di momento di dipolo elettrico totale. Quelli che determinano permettività maggiore sono la polarizzazione per interfacciale e dipolare,che però sono i primi a esaurirsi alle alte frequenze, seguiti dall’atomico e dall’elettronico, infatti per campi che variano ad alte frequenze ,solo i dipoli di dimensioni ridotte riescono a seguire le rapide variazioni in quanto hanno un momento inerziale più basso, le molecole polari o le cariche interfacciali
danno dipoli di grandi dimensioni che non riescono a seguire le veloci commutazioni. Esistono poi i materiali ferroelettrici che formano domini polarizzati alla saturazione , (come i ferromagnetici) e caratterizzati da cicli di isteresi.
CONDENSATORI A FOGLIO
Sono costituiti da doppie coppie di fogli alternati isolante( carta o polimero) e conduttore (alluminio 50-100um di spessore) racchiuse in contenitori plastici o metallici.I bordi dell’alluminio sono fatti sporgere dall’avvolgimento per poter essere contattati ,a ogni avvolgimento, senza avere induttanza. É importante rimuovere l’umidità e l’aria con forni di essicazione e aspiratori ,infatti zone di vuoto tra le piastre aumentano pericolosamente la massima tensione di lavoro. Edie e0er = Earia e0 à Edie=Earia / er cioè il campo elettrico nell’aria è er volte più grande che nel dielettrico e così anche la massima tensione. I fogli dunque vengono ripiegati sull’alluminio così da chiudere meglio gli avvolgimenti ed evitare l’ingresso di contaminanti (aria o umidità) o di pasta conduttiva ,che viene usata per collegare le armature ai terminali. Una variante consiste nel metallizzare i fogli con strati conduttori di 0.05-1um. Tali condensatori sono autocicatrizzanti nel senso che se il foglio si bucasse, il corto circuito genererebbe una scarica che brucerebbe il conduttore ripristinando l’isolamento tra le piastre. I fogli possono essere di carta per le basse frequenze e qualche KV di tensione massima oppure di polimero, come il polistirolo (STIROFLEX) o il MYLAR o il macralon che danno valori da 1000pF a 50 uF con uso in frequenze sotto il MHz ,dove il fattore di potenza è ancora ridotto. Lo spessore va regolato in modo tale che ,se troppo spesso abbassa la capacità e se troppo sottile abbassa la tensione massima. In genere :
d = 2-:-3 (Vl /E)
CONDENSATORI A MICA
La mica è un cristallo naturale e offre condensatori con ridottissimo fattore di potenza (quindi a uso in HF) e ottima stabilità con possibilità di taratura e buona resistenza in temperatura. Lo spessore delle lamine di mica è di 50um e vengono metallizzate. Anche in questo caso le fette di mica sono sfalsate e le metallizzazioni non effettuate ai bordi così da evitare corto circuiti ,con le paste conduttive usate per il collegamento ai terminali, e facilitare tali collegamenti. Il tutto viene poi incapsulato.
Sono tarati con una precisione dell’1%, danno capacità limitate sotto 0.1uFe la tensione di lavoro Vl è attorno i 10kV.
CONDENSATORI CERAMICI
Realizzate con miscele di ossidi e silicati. A seconda delle ceramiche usate si può avere alta o bassa e oppure fattore di potenza alto(basse frequenze) o basso per applicazioni in HF. Usando la steatite si ottiene una er= 6 (bassa) e tg d =fattore potenza 5e10-4 quindi ottimo in HF con 0.01uF. Il titanato di barioTiBaO3 è ferroelettrico e ha alta er = 1000-:-3000 ma ha tg d=0.01che è abbastanza alta ,quindi non ottima in HF e viene quindi usata per filtraggi o accoppiamenti. Inoltre i condensatori a materiali ferroelettrici soffrono di una certa microfonicità, cioè una sensibilità alle sollecitazioni meccaniche che quindi vanno controllate bene.
CONDENSATORI ELETTROLITICI
Si ottengono ossidando un fogilo di alluminio su entrambe le superfici , sulle quali applico uno strato di carta ciascuna imbevuta di sostanza elettrolitica. L’ossidazione dell’Al è effettuata per ossidazione anodica in acido debole H3BO3. Quindi il foglio è fatto scorrere attorno all’anodo(+). Lo strato di carta imbevuto fa da controelettrodo in quanto l’elettrolita è un buon conduttore. Il fatto che i fogli di Al arrotolati sono ossidati , costringe a fare il contatto in un punto del bordo e questo implica forti effetti induttivi, un alto fattore di potenza e l’uso limitato alle basse frequenze. La polarità deve essere rispettata e concorde a quella di formazione ,altrimenti si innescherebbe la reazione ossidante con formazione di gas che farebbe esplodere il contenitore (i contenitori sono dotati quindi di sfiati).L’elevata evaporabilità dell’elettrolita limita la vita di questi condensatori a 50000 ore.(esistono condensatori con elettrolita solido, olio minerale e sono a SECCO) Si hanno alte capacità per unità di volume C=1uf-1mF con 50-200V, alto fattore di potenza tg d=0.01 quindi uso ottimo in filtraggi .
CONDENSATORI TANTALIO
Il dielettrico è l’ossido di tantalio e l’elettrolita solido è l’ossido di manganese il catodo dalla custodia metallica, il controelettrodo è la polvere di grafite a contatto con l’interno del contenitore. Una polarità inversa causerebbe la corrosione catodica dello strato d’ossido con effetti GO-NO-GO.Hanno moderata capacità ,inferiore a 100uF con meno di 100 V
La massima tensione di lavoro è Vl ,tale per cui Vl=0.3-:-0.5d Er ove Er è la rigidità elettrica del dielettrico ,quindi la tensione di lavoro è 0.3 o 0.5 quella di rottura. La tensione Vp=1.2-:-2 Vl è la tensione di picco cioè la massima tensione sopportabile per brevi transitori. La temperatura di esercizio è tipicamente di –55°c fino a 125°c. Il fattore di potenza è il rapporto tra la potenza attiva fratto la potenza reattiva cioè tgd =Pa / Pr = V2 G / V2 wC = G / wC. Questo perchè un condensatore ha delle componenti parassite che contribuiscono a creare potenza attiva oltre a quella reattiva. Il modello alle alte frequenze è:
La presenza di tali elementi parassiti limita l’uso a una certa frequenza massima a seconda dell’utilizzo. Il tempo di scarica spontanea vale ere0r =r (L/S) ere0(S/d) con d=L e quindi si semplifica. Tale tempo dipende solo dai parametri di materiale utilizzato ,non dalle dimensioni.
L’ uso più comune dei condensatori è quello di filtraggio per l’alimentazione ,per eliminare eventuali disturbi sulla linea. Disturbi ad alta energia possono essere tolti con condensatori a capacità alte, come gli elettrolitici, ma segnali di disturbo veloci, ad alta frequenza (GLITCH) non sono bloccati da tali condensatori ,(hanno un pessimo uso in HF perchè con tali segnali veloci a HF si comportano da circuito aperto lasciandoli passare) allora uso i ceramici o a polimero.
Elettrolitico e ceramico sono posti in parallelo entrambi all’ingresso del circuito da alimentare, e quindi all’uscita dell’alimentatore. Si usano anche per filtraggio all’ingresso di alimentazione di ogni IC di una scheda per disaccoppiare meglio ogni circuito integrato.
I MATERIALI MAGNETICI
I materiali magnetici sono interessati dalle seguenti formule:
B = u0 (H+M) = u0 (1+cm) H perchè M=Hcm quindi B=u0 ur H= uH
B è l’induzione magnetica , H il campo magnetico u0 la permettività magnetica nel vuoto pari a u0=4p 107 H/m e cm è la suscettività magnetica , ur =1+cm è la permettività relativa del materiale. Ci sono tre tipi di materiali :quelli diamagnetici con cm molto piccola e negativa ,quindi con ur appena inferiore all’unità , paramagnetici con cm positiva e piccola quindi con ur appena superiore all’unità, ferromagnetici che sono quelli di maggior interesse. Questi ultimi sono caratterizzati da elevate permettività differenziali urd=1/u0(dB/dH) e da un ciclo di isteresi. Questo è dovuto al fatto che nel materiale si formano dei piccoli domini (di Wiess) nei quali i momenti magnetici totali degli atomi ,pari alla somma dei momenti orbitali e di spin ,sono disposti parallelamente e danno momenti magnetici elevati. Un campo H applicato esternamente e legato M dalla legge di Langevin M=Mstanh(u0 mH/kT), potrebbe causare la magnetizzazione a catena degli atomi del dominio fino alla saturazione M=Ms. Questo finchè si resta a temperature sotto la temperatura di Curie Tc, quindi T<Tc altrimenti il materiale si comporterebbe come diamagnetico.
Se i momenti di spin degli atomi si dispongono secondo il principio di esclusione di Pauli a coppie antiparallele il materiale sarà antiferromagnetico , se invece si hanno composti binari che hanno spin antiparalleli ma in numero diverso nelle opposte direzioni si hanno materiali ferrimagnetici.
Il ciclo di isteresi prevede che il B, momento magnetico sia basso e costante, perchè i domini sono disposti a caso e il momento totale è nullo. Con un H, campo magnetico ,esterno i domini cominciano a orientarsi per spostamento laterale delle barriere di Block ai confini dei domini, in modo lento e reversibile, poi all’aumentare del campo H le bariere si spingono sempre oltre includendo irregolarità strutturali e imperfezioni facendo diventare ogni grano cristallino parte del dominio, che sarà quindi sempre più grosso.
Infine i domini ruotano e danno un piccolo contributo a B spendendo molto H. Si hanno delle perdite per ISTERESI (f) per CORRENTI PARASSITE che passano nel corpo conduttivo del materiale e che si formano per induzione magnetica del campo variabile concatenato alla linea di sezione, perdite per SATURAZIONE(f 3/2) ,cioè al B di saturazione che non aumenta oltre ,anche alzando la H ,che quindi va sprecata (f).
MATERIALI NON RITENTIVI, a ciclo di isteresi stretto , e quindi a bassa perdita di potenza. Si usano materiali non ritentivi come:
MATERIALI RITENTIVI a ciclo di isteresi largo ,con alti valori di Hc,campo coercitivo. Hanno alte perdite in magnetizzazione e alti B residui.Di questo fanno parte l’ALNICO (Al,Ni,Co) le ferriti all’ossido di bario e ferro , leghe di terre rare con cobalto ,samario.
Fonte: http://www.inge79.altervista.org/documenti/doc2.doc
Sito web da visitare: http://www.inge79.altervista.org
Autore del testo: non indicato nel documento di origine
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