נגדים 101

מהו נגד?

הנגד הוא הרכיב החשמלי הפסיבי הנפוץ והמוכר ביותר. נגד מתנגד או מגביל את זרימת הזרם החשמלי במעגל. ישנם שימושים רבים לנגדים: הם משמשים להורדת מתח, הגבלת זרם, הנחתת אותות, פועלים כמחממים, פועלים כנתיכים, מספקים עומסים חשמליים ומחלקים מתח.

מבוא

סקירת נגדים 101 אלה מעניקה תמונה כללית של סוגי הנגדים והמינוח הנפוץ, לפני שתציג סיכום של מוצרי הנגדים והטכנולוגיות השונות.

מהו חוק אוהם?

חוק אוהם הוא משוואה פשוטה המראה את הקשר בין התנגדות, מתח וזרם דרך חוט מתכת, או סוג אחר של חומר התנגדותי. במונחים מתמטיים, חוק אוהם כתוב כך:

כאשר I הוא הזרם באמפר, V הוא המתח, ו- R היא ההתנגדות.

חוק אוהם יכול גם להראות את הקשר בין התנגדות, מתח והספק באמצעות המשוואה הבאה:

כאשא P‏ הוא ההספק בוואט, V‏ הוא המתח, ו- R היא ההתנגדות.

סוגי נגדים

נגדים קבועים

נגד קבוע הוא נגד שערך ההתנגדות שלו אינו יכול להשתנות.

נגדים משתנים

נגד משתנה הוא נגד שניתן לכוונן את ערכו על ידי סיבוב ציר או החלקה של פקד. הם נקראים גם פוטנציומטרים או ראוסטטים ומאפשרים לשנות את ההתנגדות של ההתקן ביד.

נגדים לא-ליניאריים

נגד לא-ליניארי הוא נגד בעל התנגדות המשתנה באופן משמעותי עם מתח, טמפרטורה או אור. סוגי נגדים לא-ליניאריים הם וריסטורים, תרמיסטורים ופוטו-נגדים.

טרמינולוגיית נגדים נפוצה

ערך התנגדות קריטי

זהו ערך ההתנגדות הנומינלי המקסימלי שבו ההספק הנומינלי ניתן להעמסה מבלי לחרוג ממתח העבודה המקסימלי. המתח הנומינלי שווה למתח העבודה המקסימלי בערך ההתנגדות הקריטית.

עקומת ירידת הערך המקסימלי (Derating‏)

העקומה המבטאת את הקשר בין טמפרטורת הסביבה לבין הערך המקסימלי של ההספק הניתן-להעמסה ברציפות בטמפרטורה שלו, המבוטאת בדרך כלל באחוזים.

מתח עמידות הדיאלקטרי

המתח הנומינלי שניתן להפעיל בנקודה מסוימת בין אלמנט ההתנגדות לבין הציפוי החיצוני, או אלמנט ההתנגדות ומשטח ההרכבה, מבלי לגרום לפריצת הדיאלקטרי.

מתח עומס-יתר מקסימלי

ערך המתח המקסימלי שניתן להפעיל על נגדים למשך פרק זמן קצר בבדיקת עומס-יתר. בדרך כלל המתח המופעל בבדיקת עומס-יתר לזמן קצר גדול פי 2.5 מהמתח הנומינלי. עם זאת, אין לחרוג ממתח עומס-יתר המקסימלי.

מתח פעולה מקסימלי (או מתח אלמנט מגביל מקסימלי)

הערך המקסימלי של מתח DC‏ או מתח AC‏ (RMS‏) שניתן להפעיל ברציפות על נגדים או אלמנטים. עם זאת, הערך המקסימלי של המתח המופעל הוא המתח הנומינלי בערך ההתנגדות הקריטית או נמוך יותר.

רעש

רעש הוא אות AC לא-רצוי הנוצר בתוך הנגד. לרעש התנגדותי יכולה להיות השפעה הרסנית על אותות חלשים, מגברי טעינה, מגברים עם הגבר גבוה ויישומים אחרים הרגישים לרעש. הגישה הטובה ביותר היא להשתמש בסוגי נגדים בעלי רעש נמוך או מינימלי ביישומים הרגישים לרעש.

דירוג ההספק

דירוג ההספק מבוסס על גודל פיזי, שינוי מותר בהתנגדות לאורך החיים, מוליכות תרמית של חומרים, חומרים מבודדים והתנגדותיים ותנאי הסביבה בפעולה. לקבלת התוצאות הטובות ביותר, יש להשתמש בנגדים בגודל הפיזי הגדול ביותר ובפחות מהטמפרטורה וההספק המקסימליים שלהם.

טמפרטורת הסביבה הנומינלית

טמפרטורת הסביבה המקסימלית בה הנגדים יכולים לשמש ברציפות עם הספק נומינלי מוגדר-מראש. טמפרטורת הסביבה הנומינלית מתייחסת לטמפרטורה סביב הנגדים בתוך הציוד, לא לטמפרטורת האוויר שמחוץ לציוד.

טרמינולוגיית נגדים נפוצה

הספק נומינלי

ההספק המקסימלי שניתן להעמיס על נגד בטמפרטורת הסביבה הנומינלית. למוצרי רשתות ומערכים יש הספק נומינלי גם עבור המארז כמו גם עבור כל אלמנט.

מתח נומינלי

הערך המקסימלי של מתח DC‏ או מתח AC‏ (RMS‏) שניתן להפעיל ברציפות על נגדים בטמפרטורת הסביבה הנומינלית.

אמינות

האמינות היא ההסתברות שנגד (או כל התקן אחר) יבצע את תפקידו הרצוי. ישנן שתי דרכים להגדיר אמינות. האחת היא הזמן הממוצע בין תקלות (MTBF) והשניה הוא קצב התקלות לכל 1,000 שעות פעולה. יש לקבוע את שני אמצעי הערכת האמינות הללו באמצעות קבוצת בדיקות מסוימת והגדרה מהו סוף חיי המוצר של ההתקן, כגון השינוי המקסימלי בהתנגדות או תקלה קטסטרופלית (קצר או נתק). מחקרים סטטיסטיים שונים משמשים כדי להגיע לקצבי תקלות אלה ודגימות גדולות נבדקות בטמפרטורה הנומינלית המקסימלית עם עומס נומינלי למשך עד 10,000 שעות (24 שעות ביממה במשך כ- 13 חודשים בערך). האמינות היא בדרך כלל גבוהה יותר ברמות הספק נמוכות יותר.

טולרנס הנגדים

טולרנס הנגד מתבטאת כסטיות מהערך הנומינלי באחוזים והוא נמדד בדרך כלל ב- 25°C. ערך הנגד ישתנה גם עם המתח המופעל (VCR) והטמפרטורה (TCR). עבור רשתות, טולרנס הנגד האבסולוטי מתייחס לטולרנס הכולל של הרשת. טולרנס היחס מתייחס לכל נגד עם הנגדים האחרים באריזה.

יציבות

יציבות היא שינוי ההתנגדות עם הזמן בעומס, רמת לחות, מאמצים או טמפרטורת סביבה ספציפיים. ככל שמאמצים אלו מופחתים למינימום, כך היציבות טובה יותר.

מקדם הטמפרטורה של ההתנגדות (TCR‏, נקרא גם RTC)

ה- TCR מבוטא כשינוי ההתנגדות ב- ppm‏ (%‏0.0001) עם כל מעלת צלזיוס אחת של שינוי טמפרטורה. ה- TCR‏ מיוחס בדרך כלל ב- 25°C+ והוא משתנה ככל שהטמפרטורה עולה (או יורדת). נגד עם TCR‏ של ppm‏ 100‏ ישתנה ב- %‏0.1‏ עם שינוי של 10°C וב- 1% עם שינוי של C‏°‏100‏. בהקשר של רשת נגדים, ערך ה- TCR נקרא TCR אבסולוטי בכך שהוא מגדיר את ה- TCR של אלמנט נגד ספציפי. המונח TCR Tracking מתייחס להבדל ב- TCR בין כל נגד ספציפי ברשת.

דירוג הטמפרטורה

דירוג הטמפרטורה הוא הטמפרטורה המקסימלית המותרת בה ניתן להשתמש בנגד. הוא מוגדר בדרך כלל עם שתי טמפרטורות. לדוגמה, הנגד עשוי להיות מדורג בעומס מלא עד 70°C‏+ המופחת עד ללא-עומס ב- C‏ִ°‏125‏+. המשמעות היא שעם שינויים אפשריים מסוימים בהתנגדות במהלך חיי הנגד, הוא יכול לפעול בטמפרטורה של 70°C‏+ בהספק הנומינלי. הוא גם יכול לפעול בטמפרטורות העולות על 70°C‏+ אם העומס מופחת, אך בשום מקרה הטמפרטורה לא צריכה לחרוג מהטמפרטורה המתוכננת של C‏°‏125‏+, שהיא שילוב של טמפרטורת הסביבה וההתחממות-העצמית עקב העומס המופעל.

מקדם המתח של ההתנגדות (VCR‏)

מקדם המתח הוא השינוי בהתנגדות עם המתח המופעל. הוא שונה לגמרי והוא בנוסף להשפעות של ההתחממות-העצמית כאשר הספקת-הכוח מופעלת. נגד עם VCR‏ של ppm‏ 100‏ ישתנה ב- %‏0.1‏ על-פני שינוי של V‏ 10‏ וב- %‏1‏ על-פני שינוי של V‏ 100‏. בהקשר של רשת נגדים, ערך ה- VCR נקרא VCR אבסולוטי בכך שהוא מגדיר את ה- VCR של אלמנט נגד ספציפי. המונח VCR Tracking מתייחס להבדל ב- VCR בין כל נגד ספציפי ברשת.

* טכנולוגיית נגדים המוצעת גם על ידי חטיבות אחרות של Vishay

טבלה 1: הרכבה משטחית / מצעים / נגדים Wirebondable‏

* טכנולוגיות נגדים מוצעות גם על ידי חטיבות אחרות של Vishay

טבלה 2‏: עם מוליכים ציריים / נגדי חור-עובר

טכנולוגיות נגדים קבועים

חוט-מלופף (הרכבה-משטחית / עם מוליכים)

סוג של נגד העשוי מליפוף חוט מתכת, כגון ניכרום, על תבנית מבודדת, כגון ליבת קרמיקה, פלסטיק או פיברגלס.

®Power Metal Strip / אלמנט מתכת (הרכבה-משטחית / עם מוליכים)

סוג של נגד הבנוי באמצעות סגסוגת מתכת מוצקה, כגון ניכרום או נחושת מנגן, כאלמנט ההתנגדותי, המרותך לאחר מכן להדקי נחושת. משמש ביישומי חישת זרם ומצד (Shunt).

פילם (הרכבה-משטחית / עם מוליכים)

פילם מתכת (עם מוליכים/MELF)

סוג של נגד גלילי העשוי על ידי שיקוע אלמנט התנגדותי עשוי פילם מוליך דק של סגסוגת מתכת או מתכת, כגון ניכרום, על גבי ליבת קרמיקה או זכוכית גלילית. ההתנגדות מבוקרת על ידי חיתוך חריץ חלזוני דרך הפילם המוליך.

תחמוצת מתכת (עם מוליכים)

סוג של נגד גלילי המשתמש בחומרים כגון תחמוצת רותניום או תחמוצת בדיל כאלמנט ההתנגדותי. נגדים אלה יכולים להיות התקנים מצוינים למתח גבוה או להספק גבוה.

פילם עבה (נגדי שבב/מערכי נגדים/רשתות)

נגדי פילם בהרכבה-משטחית הבנויים במיוחד ונושאים הספק גבוה ביחס לגודל החלק. עבור נגדי פילם עבה, "הפילם" מתחמוצת הרותניום מיושם באמצעות טכנולוגיית הדפסת-רשת מסורתית.

פילם דק (נגדי שבב/רשתות)

סוג של נגד פילם בהרכבה-משטחית עם אלמנט התנגדותי דק יחסית, הנמדד באנגסטרום (1-חלקי-מיליון של אינץ'). נגדי פילם דק עשויים על ידי התזת חלקיקים (הנקרא גם שיקוע בוואקום) של חומר התנגדותי, כגון ניכרום או טנטלום ניטריד, על משטח המצע.

פילם פחמן (עם מוליכים/MELF)

תיאור של קטגוריה כללית עבור נגדים גליליים העשויים על ידי שיקוע של פילם פחמן על משטח של מבדד ליבה מרכזי.

רדיד מתכת (הרכבה משטחית/עם מוליכים)

סוג של נגד העשוי מצילום המייצר מתכת הומוגנית בתבנית ספציפית על גבי מצע קרמי. התוצאה של השילוב הייחודי של החומרים והמבנה מביא למוצר בעל מאפייני ביצועים ללא-תחרות ואמינות גבוהה.

ההרכבים (עם מוליכים)

הרכב פחמן

תיאור של קטגוריה כללית עבור נגדים המורכבים מליבה התנגדותית של תערובת פחמן וליבת בידוד חיצונית יצוקה.

הרכב קרמי

סוג של נגד המורכב מתערובת של חימר, אלומיניום ופחמן הנלחצת לתוך ליבה התנגדותית ולאחר מכן מכוסה בליבת בידוד חיצונית יצוקה.