Расчет сопротивление: Калькулятор сопротивления – Расчет сопротивления проводника

Основная стратегия анализа комбинированных схем включает использование значения эквивалентного сопротивления для параллельных ветвей для преобразования комбинированной схемы в последовательную. После преобразования в последовательную схему анализ можно проводить обычным образом. Ранее в Уроке 4 описывался метод определения эквивалентного параллельного сопротивления, затем полное или эквивалентное сопротивление этих ветвей равно сопротивлению одной ветви, деленному на количество ветвей.

Этот метод соответствует формуле

, где R ₁ , R ₂ и R ₃ – значения сопротивления отдельных резисторов, подключенных параллельно. Если два или более резистора, находящихся в параллельных ветвях, не имеют одинакового сопротивления, следует использовать приведенную выше формулу.Пример этого метода был представлен в предыдущем разделе Урока 4.

Применяя свое понимание эквивалентного сопротивления параллельных ветвей к комбинированной цепи, комбинированную схему можно преобразовать в последовательную. Затем понимание эквивалентного сопротивления последовательной цепи можно использовать для определения общего сопротивления цепи. Рассмотрим следующие диаграммы ниже. Схема A представляет собой комбинированную схему с резисторами R ₂ и R ₃ , помещенными в параллельные ветви.Два параллельных резистора 4 Ом эквивалентны сопротивлению 2 Ом. Таким образом, две ветви можно заменить одним резистором с сопротивлением 2 Ом. Это показано на диаграмме B. Теперь, когда все резисторы включены последовательно, можно использовать формулу для общего сопротивления последовательных резисторов для определения общего сопротивления этой цепи: Формула для последовательного сопротивления составляет

Итак, на схеме B полное сопротивление цепи составляет 10 Ом.

После определения общего сопротивления цепи анализ продолжается с использованием закона Ома и значений напряжения и сопротивления для определения значений тока в различных местах. Весь метод проиллюстрирован ниже на двух примерах.

Первый пример – самый простой – резисторы, включенные параллельно, имеют одинаковое сопротивление. Цель анализа – определить ток и падение напряжения на каждом резисторе.

Как обсуждалось выше, первым шагом является упрощение схемы путем замены двух параллельных резисторов одним резистором с эквивалентным сопротивлением. Два последовательно подключенных резистора 8 Ом эквивалентны одному резистору 4 Ом. Таким образом, два резистора ответвления (R ₂ и R ₃ ) можно заменить одним резистором с сопротивлением 4 Ом. Этот резистор 4 Ом включен последовательно с R ₁ и R ₄ . Таким образом, общее сопротивление составляет

R _до = 15 Ом

Теперь уравнение закона Ома (ΔV = I • R) можно использовать для определения полного тока в цепи. При этом необходимо использовать общее сопротивление и общее напряжение (или напряжение батареи).

I _до = 4 А

Расчет тока 4 А представляет собой ток в месте расположения батареи. Тем не менее, резисторы R ₁ и R ₄ включены последовательно, и ток в последовательно соединенных резисторах везде одинаков.Таким образом,

Для параллельных ветвей сумма тока в каждой отдельной ветви равна току вне ветвей. Таким образом, I ₂ + I ₃ должно равняться 4 ампер. Существует бесконечное количество возможных значений I ₂ и I ₃ , которые удовлетворяют этому уравнению. Поскольку значения сопротивления равны, значения тока в этих двух резисторах также равны.Следовательно, ток в резисторах 2 и 3 равен 2 ампер.

Теперь, когда известен ток в каждом отдельном месте резистора, можно использовать уравнение закона Ома (ΔV = I • R) для определения падения напряжения на каждом резисторе. Эти расчеты показаны ниже.

ΔV ₁ = I ₁ • R ₁ = (4 А) • (5 Ом)

ΔV ₁ = 20 В

ΔV ₂ = I ₂ • R ₂ = (2 А) • (8 Ом)

ΔV ₂ = 16 В

ΔV ₃ = I ₃ • R ₃ = (2 А) • (8 Ом)

ΔV ₃ = 16 В

ΔV ₄ = I ₄ • R ₄ = (4 А) • (6 Ом)

ΔV ₄ = 24 В

На этом анализ завершен, и его результаты представлены на диаграмме ниже.

Второй пример – более сложный – резисторы, включенные параллельно, имеют другое сопротивление. Цель анализа та же – определить ток и падение напряжения на каждом резисторе.

Как обсуждалось выше, первым шагом является упрощение схемы путем замены двух параллельных резисторов одним резистором с эквивалентным сопротивлением.Эквивалентное сопротивление резистора 4 Ом и 12 Ом, включенного параллельно, можно определить по обычной формуле для эквивалентного сопротивления параллельных ветвей:

1 / R _экв = 1 / (4 Ом) + 1 / (12 Ом)

1 / R _экв. = 0,333 Ом ^-1

R _экв = 1 / (0,333 Ом ^-1 )

R _экв = 3.00 Ом

На основании этого расчета можно сказать, что два резистора ответвления (R ₂ и R ₃ ) можно заменить одним резистором с сопротивлением 3 Ом. Этот резистор 3 Ом включен последовательно с R ₁ и R ₄ . Таким образом, общее сопротивление составляет

R _до = 16 Ом

Теперь уравнение закона Ома (ΔV = I • R) можно использовать для определения полного тока в цепи.При этом необходимо использовать общее сопротивление и общее напряжение (или напряжение батареи).

I _до = 1,5 А

Расчет тока 1,5 А представляет собой ток в месте расположения батареи. Тем не менее, резисторы R ₁ и R ₄ включены последовательно, и ток в последовательно соединенных резисторах везде одинаков.Таким образом,

Для параллельных ветвей сумма тока в каждой отдельной ветви равна току вне ветвей. Таким образом, I ₂ + I ₃ должно равняться 1,5 А. Существует бесконечное множество значений I ₂ и I ₃ , которые удовлетворяют этому уравнению. В предыдущем примере два параллельно включенных резистора имели одинаковое сопротивление; таким образом, ток распределялся поровну между двумя ветвями.В этом примере неодинаковый ток в двух резисторах усложняет анализ. Ветвь с наименьшим сопротивлением будет иметь наибольший ток. Для определения силы тока потребуется использовать уравнение закона Ома. Но для его использования сначала необходимо знать падение напряжения на ветвях. Таким образом, направление решения в этом примере будет немного отличаться от более простого случая, проиллюстрированного в предыдущем примере.

Чтобы определить падение напряжения на параллельных ветвях, сначала необходимо определить падение напряжения на двух последовательно соединенных резисторах (R ₁ и R ₄ ).Уравнение закона Ома (ΔV = I • R) может использоваться для определения падения напряжения на каждом резисторе. Эти расчеты показаны ниже.

ΔV ₁ = I ₁ • R ₁ = (1,5 А) • (5 Ом)

ΔV ₁ = 7,5 В

ΔV ₄ = I ₄ • R ₄ = (1,5 А) • (8 Ом)

ΔV ₄ = 12 В

Эта схема питается от источника 24 В.Таким образом, совокупное падение напряжения заряда, проходящего по контуру цепи, составляет 24 вольта. Произойдет падение 19,5 В (7,5 В + 12 В) в результате прохождения через два последовательно соединенных резистора (R ₁ и R ₄ ). Падение напряжения на ответвлениях должно составлять 4,5 В, чтобы компенсировать разницу между общим значением 24 В и падением 19,5 В на R ₁ и ₄ R. Таким образом,

Зная падение напряжения на параллельно соединенных резисторах (R ₁ и R ₄ ), можно использовать уравнение закона Ома (ΔV = I • R) для определения тока в двух ветвях.

I ₂ = ΔV ₂ / R ₂ = (4,5 В) / (4 Ом)

I ₂ = 1,125 A

I ₃ = ΔV ₃ / R ₃ = (4,5 В) / (12 Ом)

I ₃ = 0,375 A

На этом анализ завершен, и его результаты представлены на диаграмме ниже.

Два приведенных выше примера иллюстрируют эффективную концептуально-ориентированную стратегию анализа комбинированных схем.Этот подход требовал твердого понимания концепций последовательностей и параллелей, обсуждавшихся ранее. Такие анализы часто проводятся, чтобы решить физическую проблему для указанного неизвестного. В таких ситуациях неизвестное обычно меняется от проблемы к проблеме. В одной задаче значения резистора могут быть заданы, а ток во всех ветвях неизвестен. В другой задаче могут быть указаны ток в батарее и несколько значений резистора, и неизвестная величина становится сопротивлением одного из резисторов.Очевидно, что разные проблемные ситуации потребуют небольших изменений в подходах. Тем не менее, каждый подход к решению проблем будет использовать те же принципы, что и при подходе к двум приведенным выше примерам проблем.

Начинающему студенту предлагаются следующие предложения по решению задач комбинированной схемы:

• Если схематическая диаграмма не предоставлена, найдите время, чтобы построить ее. Используйте условные обозначения, такие как показанные в примере выше.
• При приближении к проблеме, связанной с комбинированной схемой, найдите время, чтобы организовать себя, записав известные значения и приравняв их к символу, например I _– , I ₁ , R ₃ , ΔV ₂ и т. Д. Схема организации, использованная в двух приведенных выше примерах, является эффективной отправной точкой.
• Знать и использовать соответствующие формулы для эквивалентного сопротивления последовательно соединенных и параллельно соединенных резисторов. Использование неправильных формул гарантирует неудачу.
• Преобразуйте комбинированную схему в строго последовательную, заменив (на ваш взгляд) параллельную часть на один резистор, значение сопротивления которого равно эквивалентному сопротивлению параллельной части.
• Используйте уравнение закона Ома (ΔV = I • R) часто и надлежащим образом. Большинство ответов будет определено с использованием этого уравнения. При его использовании важно подставлять соответствующие значения в уравнение. Например, при вычислении I ₂ важно подставить в уравнение значения ΔV ₂ и R ₂ .

Для дальнейшей практики анализа комбинированных схем рассмотрите возможность анализа проблем в разделе «Проверьте свое понимание» ниже.

Мы хотели бы предложить . ..

1. Комбинированная схема показана на схеме справа. Используйте диаграмму, чтобы ответить на следующие вопросы.

а. Ток в точке A равен _____ (больше, равен, меньше) ток в точке B.

г. Ток в точке B равен _____ (больше, равен, меньше) ток в точке E.

с. Ток в точке G равен _____ (больше, равен, меньше) ток в точке F.

г. Ток в точке E равен _____ (больше, равен, меньше) току в точке G.

e. Ток в точке B равен _____ (больше, равен, меньше) ток в точке F.

ф. Ток в точке A равен _____ (больше, равен, меньше) ток в точке L.

г. Ток в точке H равен _____ (больше, равен, меньше) ток в точке I.

2. Рассмотрим комбинированную схему на схеме справа. Используйте диаграмму, чтобы ответить на следующие вопросы. (Предположим, что падение напряжения в самих проводах пренебрежимо мало.)

а. Разность электрических потенциалов (падение напряжения) между точками B и C составляет _____ (больше, равно, меньше) разности электрических потенциалов (падение напряжения) между точками J и K.

г. Разность электрических потенциалов (падение напряжения) между точками B и K составляет _____ (больше, равно, меньше) разности электрических потенциалов (падение напряжения) между точками D и I.

с. Разность электрических потенциалов (падение напряжения) между точками E и F составляет _____ (больше, равно, меньше) разности электрических потенциалов (падение напряжения) между точками G и H.

г. Разность электрических потенциалов (падение напряжения) между точками E и F составляет _____ (больше, равно, меньше) разности электрических потенциалов (падение напряжения) между точками D и I.

e. Разность электрических потенциалов (падение напряжения) между точками J и K составляет _____ (больше, равно, меньше) разности электрических потенциалов (падение напряжения) между точками D и I.

ф. Разность электрических потенциалов между точками L и A составляет _____ (больше, равно, меньше) разности электрических потенциалов (падение напряжения) между точками B и K.

3.Используйте концепцию эквивалентного сопротивления, чтобы определить неизвестное сопротивление идентифицированного резистора, которое сделало бы схемы эквивалентными.

4. Проанализируйте следующую схему и определите значения общего сопротивления, общего тока, а также тока и падения напряжения на каждом отдельном резисторе.

5. Обращаясь к диаграмме в вопросе №4, определите …

а. … номинальная мощность резистора 4.

г. … скорость, с которой энергия потребляется резистором 3.

Сопротивление листа и расчет удельного сопротивления или толщины относительно полупроводниковых приложений

В приборах на основе четырехточечного датчика используется давно зарекомендовавший себя метод измерения среднего сопротивления тонкого слоя или листа путем пропускания тока через две внешние точки датчика и измерение напряжения во внутренних двух точках.

Если расстояние между точками зонда постоянное, а толщина проводящей пленки меньше 40% расстояния, а края пленки более чем в 4 раза больше расстояния от точки измерения, среднее сопротивление пленки или сопротивление листа определяется как:

Rs = 4,53 x V / I

Толщина пленки (в см) и ее удельное сопротивление (в Ом · см) связаны с Rs соотношением:

Rs = удельное сопротивление / толщина

Следовательно, можно вычислить удельное сопротивление, если известна толщина пленки, или можно вычислить толщину, если известно удельное сопротивление.

Глоссарий терминов

Ом на квадрат: Единица измерения при измерении сопротивления тонкой пленки материала с использованием метода четырехточечного зонда. Оно равно сопротивлению между двумя электродами на противоположных сторонах теоретического квадрата. Размер квадрата не имеет значения.

Подробнее читайте здесь, в Википедии: http://en. wikipedia.org/wiki/Sheet_resistance

Ом-сантиметр (Ом-см): Единица измерения при измерении объемного или объемного удельного сопротивления толстых или однородных материалов, таких как голые кремниевые пластины или кремниевые слитки, с использованием метода четырехточечного зонда.

В. Является ли сопротивление листа «неотъемлемым» свойством материала или оно зависит от толщины?

СОПРОТИВЛЕНИЕ – это неотъемлемое свойство материала, которое придает ему электрическое сопротивление. Иногда его называют удельным сопротивлением. Сопротивление листа – это сопротивление тонкого листа материала, которое при умножении на толщину (в см) дает значение удельного сопротивления.

В. Как мне преобразовать из омов на квадрат в ом-сантиметр?

Термин Ом-см (Ом-сантиметр) относится к измерению «объемного» или «объемного» удельного сопротивления полупроводящего материала.Ом-см используется для измерения проводимости трехмерного материала, такого как слиток кремния или толстый слой материала. Термин «Ом на квадрат» используется при измерении сопротивления листа, то есть значения сопротивления тонкого слоя полупроводящего материала.

Чтобы рассчитать Ом-см с помощью четырехточечного зонда, необходимо знать толщину пластины (если это однородная пластина) или толщину измеряемого верхнего слоя, чтобы иметь возможность рассчитать Ом-см.Метод четырехточечного зонда используется для измерения одного слоя или одного однородного материала. При измерении образца с двумя или более проводящими слоями результатом будет какое-то бессмысленное среднее значение всех подключенных проводников.

Как упоминалось выше, поскольку метод четырехточечного зонда не позволяет напрямую измерять толщину тонких пленок, если известны две из следующих трех характеристик для данного образца, четырехточечный зонд можно использовать для определения третьей характеристики: 1) объемное сопротивление в Ом-см, 2) сопротивление листа в Ом-квадрат, 3) толщина образца.Подробнее об этом можно прочитать здесь: http://www. fourpointprobes.com/understanding-volume-resistivity-measurements/

Уравнения для расчета объемного сопротивления отличаются от тех, которые используются для расчета сопротивления листа, однако, если сопротивление листа уже известно, объемное сопротивление можно рассчитать, умножив сопротивление листа в Ом на квадрат на толщину материала в сантиметры.

В. В какой момент вы перестаете умножать сопротивление листа на толщину в сантиметрах, чтобы получить Ом-см?

Когда толщина превышает 0.1 расстояния между двумя иглами – после которого сопротивление листа не применяется. Итак, 0,1 мм для головки зонда с расстоянием между иглами 1 мм. Однако, из-за исправлений, подойдет до 0,3 мм.

Если толщина равна или превышает пятикратное расстояние между датчиками, поправочный коэффициент, применяемый к формуле удельного сопротивления (rho) = 2 x pi x s x V / I, составляет менее 0,1%. С точки зрения удельного сопротивления листа, таблицы поправочных коэффициентов, которые у нас есть, начинаются с отношения толщины к расстоянию между зондами, равного 0. 3, где поправочный коэффициент равен единице, до отношения 2, где поправочный коэффициент равен x0,6337.

Я ожидаю, что эти таблицы можно расширить до большего соотношения, но ясно, что от толщины в 2 раза до 5-кратного расстояния – это немного нейтральная зона, но если предположить, что ситуация “ большая ”, есть поправочные коэффициенты, охватывающие отношение толщины к интервалу от 10 до 0,4, где поправочный коэффициент равен x0,288.

Дополнительная информация: Взаимосвязь между сопротивлением листа (Ом на квадрат), толщиной пленки и объемным сопротивлением (Ом-см)

Подробнее здесь, в Википедии: http: // en.wikipedia.org/wiki/Resistivity

Четырехточечные зонды – это подразделение компании Bridge Technology. Чтобы запросить дополнительную информацию, позвоните в Bridge Technology по телефону (480) 988-2256 или отправьте электронное письмо Ларри Бриджу по адресу: sales@bridgetec.com

| PVEducation

Последовательное сопротивление в солнечном элементе имеет три причины: во-первых, движение тока через эмиттер и основание солнечного элемента; во-вторых, контактное сопротивление между металлическим контактом и кремнием; и наконец сопротивление верхних и задних металлических контактов. Основное влияние последовательного сопротивления заключается в снижении коэффициента заполнения, хотя слишком высокие значения могут также снизить ток короткого замыкания.

Схема солнечного элемента с последовательным сопротивлением.

I = IL-I0exp [q (V + IRS) nkT]

где: I – выходной ток элемента, I _L – ток, генерируемый светом, В, – напряжение на выводах элемента, T – температура, q и k – константы, n – это коэффициент идеальности, а R _S – последовательное сопротивление элементов.Формула является примером неявной функции из-за появления тока, I , в обеих частях уравнения, и для ее решения требуются численные методы.

Влияние последовательного сопротивления на ВАХ показано ниже. Для построения графика изменяется напряжение на диоде, что позволяет избежать необходимости решать неявное уравнение.

Влияние последовательного сопротивления на коэффициент заполнения. Площадь солнечного элемента составляет 1 см ² , так что единицы сопротивления могут быть ом или ом см ² .На ток короткого замыкания (I _SC ) не влияет последовательное сопротивление, пока оно не станет очень большим.

не влияет на солнечный элемент при напряжении холостого хода, поскольку общий ток, протекающий через солнечный элемент, и, следовательно, через последовательное сопротивление равен нулю. Однако вблизи напряжения холостого хода на ВАХ сильно влияет последовательное сопротивление. Простой метод оценки последовательного сопротивления солнечного элемента состоит в том, чтобы найти наклон ВАХ в точке напряжения холостого хода.

Уравнение для FF как функции последовательного сопротивления можно определить, отметив, что для умеренных значений последовательного сопротивления максимальная мощность может быть аппроксимирована как мощность при отсутствии последовательного сопротивления минус мощность, потерянная при последовательном сопротивлении. Уравнение для максимальной мощности от солнечного элемента тогда принимает следующий вид:

, определяя нормированное последовательное сопротивление как;

дает следующее уравнение, которое аппроксимирует влияние последовательного сопротивления на выходную мощность солнечного элемента;

Предполагая, что на напряжение холостого хода и ток короткого замыкания не влияет последовательное сопротивление, можно определить влияние последовательного сопротивления на FF;

В приведенном выше уравнении коэффициент заполнения, на который не влияет последовательное сопротивление, обозначен FF ₀ , а FF ‘называется FF _S .Тогда уравнение становится;

Эмпирическое уравнение, которое немного точнее для связи между FF ₀ и FF _S :

, который действителен для r _s <0,4 и v _oc > 10.

Следующий калькулятор определяет влияние R _s на коэффициент заполнения солнечного элемента. Типичные значения последовательного сопротивления, нормированного по площади, находятся между 0.5 Ом · см ² для солнечных батарей лабораторного типа и до 1,3 0,5 Ом · см ² для коммерческих солнечных батарей. Уровни тока в солнечном элементе имеют большое влияние на потери из-за последовательного сопротивления, и в следующем калькуляторе изучите влияние повышения тока на FF.

Результаты

Характеристическое сопротивление элемента, R _CH X (Ом)
Нормализованное V _oc , v _oc X (единицы)
Нормированное последовательное сопротивление, r _s X (единицы)
Приблизительное заполнение коэффициент, FF, с R _с FF _{приблизительно} X
Более точный FF действителен для r _с <0.4 и v _oc > 10 FF _s X

Разница между поверхностным сопротивлением и поверхностным сопротивлением

Что такое разница между удельным поверхностным сопротивлением и поверхностным сопротивлением? Хотя вокруг этих параметров было много дискуссий, они, вероятно, являются одними из наименее понятных в индустрии ESD. Специалисты по ОУР должны четко понимать, в чем заключаются различия, чтобы делать осознанный выбор материалов в своей рабочей среде.

Начнем с основ. Удельное поверхностное сопротивление в Ом / квадрат используется для оценки изоляционных материалов, где желательны высокие характеристики сопротивления. Поверхностное сопротивление в омах – это измерение для оценки рассеивающих статическое электричество упаковочных материалов, где требуются более низкие характеристики сопротивления. Теперь давайте рассмотрим стандарты и тесты, которые касаются этих измерений.

ASTM D-257 Удельное сопротивление поверхности

В течение многих лет измерения удельного поверхностного сопротивления использовались для классификации упаковочных материалов, контролируемых электростатическим разрядом.Основным эталоном для этого измерения был ASTM D-257 Standard Test Methods for D-C Resistance or Conduct of изоляционных материалов . ASTM D-257 измеряет резистивные или проводящие свойства изоляционных материалов, а не рассеивающие характеристики материалов для защиты от электростатического разряда. Независимо от названия, ASTM D-257 использовался повсюду в военном и коммерческом мире для классификации характеристик упаковочных материалов с контролем статического электричества.

Устранение неправильного использования ASTM D-257

В конце 1980-х комитет ASTM D-9 уведомил Комитет по упаковке электронных продуктов для отгрузки (PEPS) Ассоциации электронной промышленности (EIA), что использование ASTM D-257 для оценки упаковочных материалов было технически некорректным.Комитет D-9 заявил, что его использование для оценки рассеивающих материалов привело к ошибкам, и потребовал, чтобы Стандарт EIA 541 на упаковочные материалы для ESD-чувствительных предметов исключил ASTM D-257 в качестве метода испытаний для материалов с контролируемым статическим электричеством.

Рекомендация комитета по изменению была вполне правильной. ASTM D-257 содержит несколько процедур для измерения и оценки изоляционных материалов с высоким сопротивлением и обеспечивает наихудший сценарий для оценки самого низкого удельного поверхностного сопротивления изоляционного материала, которое указывает на самые низкие изоляционные свойства материала.Метод испытания определяет высокие испытательные напряжения, относительную влажность (RH) от умеренной до высокой и высокое давление испытательного приспособления для уменьшения контактного сопротивления, что обеспечивает измерения более низкого сопротивления изоляторов.

При оценке материалов, рассеивающих статический заряд, необходимо знать максимальное сопротивление, которое может предотвратить перемещение статического заряда к земле. Другими словами, метод ASTM D-257 для оценки изоляционных свойств дает оптимистичное представление о характеристиках материала, контролируемого электростатическим разрядом, а также о несогласованных измерениях рассеиваемых продуктов.

Чтобы подтвердить мнение комитета, рабочая группа № 1 по ОУР Комитета EIA PEPS провела круговой тест среди пяти лабораторий с использованием пяти идентичных наборов образцов. Каждая лаборатория тестировала наборы образцов в контролируемых условиях, используя свою интерпретацию ASTM D-257. Анализ данных испытаний в лабораториях показал, что использование ASTM D-257 для оценки материалов с контролируемым статическим электричеством привело к разнице между лабораториями на 4-й порядок. Оперативная группа № 1 приступила к работе, чтобы исправить ситуацию.

Оценка проблемы

Первой целью было определить, что измеряется, и почему была обнаружена такая большая разница. Рабочая группа пришла к выводу, что изоляторы представляют собой однородные материалы с высоким сопротивлением, предназначенные для предотвращения прохождения электронов через их поверхность; статические рассеивающие материалы были материалами с более низким сопротивлением, предназначенными для того, чтобы позволить электронам проходить через и под их поверхностью.

Рассеивающие материалы неоднородны, потому что они могут состоять из любой комбинации проводников, органических химикатов или металлов.Эти добавки стимулируют поток электронов. Хотя изоляторы изготовлены из чисто непроводящих материалов, метод ASTM позволяет оценивать характеристики удельного поверхностного сопротивления однородных изоляторов и не подходит для оценки сложных неоднородных рассеивателей, содержащих проводящие элементы. Это ошибка применения отличного инструмента, аналогичного тому, как плотник режет дерево молотком.

Влияние влажности

ASTM D-257 рекомендует испытывать материалы при относительной влажности 50% или выше.Влажность создает проводящий слой на поверхности материала, снижая защитные свойства изолятора за счет увеличения потока электронов и характеристик материалов, рассеивающих статическое электричество. И наоборот, низкая относительная влажность увеличивает резистивные характеристики изолятора и снижает функцию рассеивающего материала.

Рекомендации по креплению

ASTM D-257 обсуждает несколько конструкций приспособлений. Цель конструкции приспособления – обеспечить определенное сопротивление квадратной части поверхности материала; то есть удельное сопротивление в Ом / квадрат.Можно использовать любое приспособление, если определены его конфигурация и размеры. Целевая группа № 1 EIA нашла преимущество в использовании концентрических колец для измерения материалов, рассеивающих статическое электричество, но различные конструкции и состав материалов создавали несоответствия при оценке материалов, рассеивающих статическое электричество.

Давление на приспособление

Высокое давление (от 20 до 100 фунтов на кв. Дюйм) прикладывается к концентрическому кольцу или лопастным испытательным приспособлениям для уменьшения контактного сопротивления между электродами и испытуемым изолятором и для оценки его наиболее проводящих свойств.Электронные устройства, защищенные материалами, контролируемыми электростатическим разрядом, относительно легкие и часто имеют дополнительное контактное сопротивление из-за своей конфигурации. В результате высокое давление в арматуре искажает функциональное сопротивление рассеивающих материалов, часто преувеличивая характеристики материалов.

Испытательное напряжение и ток

Перед расчетом удельного сопротивления поверхности к материалу на длительное время прикладывают испытательное напряжение 500 В или выше. Эти более высокие испытательные напряжения необходимы для точного измерения изоляторов и обеспечения более низких значений сопротивления, чем низкие испытательные напряжения.

Высокие испытательные напряжения, приложенные к материалам ESD со сравнительно низким сопротивлением, создают значительный ток, который легко изменяет характеристики материала и обеспечивает более низкое сопротивление. Если 500 В применяется к рассеивающему материалу, как указано в ASTM D-257, ток в миллионы раз превышает ток через изолятор.

Сильный ток вызывает разрушение материала или образование углеродных следов между проводящими элементами и слоями ламинирования. Это приводит к неправильным измерениям, повреждению материала и ложному указанию на его полезные свойства.

Период электрификации

Подача испытательного напряжения на приспособление в течение некоторого времени перед записью измерения называется периодом электрификации. При измерениях изолятора длительные периоды электрификации дают более низкое сопротивление. При измерении рассеивающих материалов длительные периоды электрификации могут повлиять на характеристики поверхности и изменить предполагаемые характеристики.

Период электрификации четко не определен в ASTM D-257, и практикующие специалисты используют разные периоды для измерения материалов.Результат – несовместимые значения измерений.

Модифицированный подход

После рассмотрения данных испытаний ASTM D-257 и обсуждения цели измерения, рабочая группа № 1 разработала модифицированный подход к измерению сопротивления материалов, рассеивающих статическое электричество. В первых пяти лабораториях была разработана и протестирована определенная процедура.

Окончательная версия процедуры снизила общую дисперсию до ± 0,25 от 1 порядка величины между лабораториями, или до степени достоверности менее половины порядка.Это было сочтено неплохим, и новая методика была в конечном итоге представлена ​​в отрасли в 1993 году Ассоциацией ESD как Измерение поверхностного сопротивления статически-рассеивающих плоских материалов , EOS / ESD S11.11-1993.

Поверхностное сопротивление согласно S11.11

S11.11 определяет процедуру измерения поверхностного сопротивления для плоского (плоского) материала, рассеивающего статическое электричество. Это критические элементы:

Сборка электродов и сопутствующее оборудование

Конструкция приспособления для сборки электродов основана на концентрическом кольце ( Рисунок 1 ).Электродная сборка S11.11 определяется ее размером, материалом поверхности электрода и общим весом. Любая лаборатория, измеряющая характеристики поверхностного сопротивления рассеивающего материала, должна использовать такую ​​же конфигурацию.

Циклические испытания показали, что поверхностное сопротивление материала, рассеивающего статическое электричество, значительно варьировалось, если испытательный образец измерялся на проводящем испытательном стенде. Эта переменная была устранена путем указания изолятор в качестве опорной поверхности образца.

Приборы, используемые для измерения поверхностного сопротивления, могут состоять либо из источника питания и амперметра, либо из интегрированного устройства, которое объединяет эти функции прибора.Приборы должны иметь размеры от 1,0 x 10 ³ до 1,0 x 10 ¹³ Вт и иметь возможности испытательного напряжения 10 и 100 В (± 5%). Поскольку все системы разные, S11.11 использует две процедуры для проверки и характеристики возможностей каждой системы.

Проверка системы в диапазоне низких сопротивлений

Критические переменные с низким сопротивлением при измерении поверхности были исключены в S11.11. Первой задачей было обеспечить равномерный контакт узла электрода с испытываемым материалом при низком напряжении (10 В).Второй заключался в том, чтобы подтвердить, что вся система провела точное измерение низкого сопротивления (1,0 x 10 ⁶ Вт) при 10 В. Если электродный узел не был выровнен или испытательное напряжение системы было аномально низким, результат был неточным. измерения высокого сопротивления.

Прецизионное калибровочное кольцо (приспособление для проверки системы низкого сопротивления) используется для подтверждения совмещения электродного узла. Если электродная сборка верна и полностью контактирует с поверочным приспособлением, измеренное сопротивление системы будет равно 5.0 x 10 ⁵ Вт, ± 1% при 10 В. При точном выравнивании поворот узла электрода на 90 ° снова даст 5,0 x 10 ⁵ Вт, ± 1%.

Проверка системы в диапазоне высоких сопротивлений

Аналогичным образом была подтверждена способность системы измерять высокое сопротивление (1,0 x 10 ¹² Вт) и определять соответствующий период электрификации. Каждая система может отличаться и иметь различные варианты подключения источника питания, измерения тока, кабелей и электродов.Чтобы оценить эти переменные, используется приспособление для проверки системы верхнего диапазона сопротивления, чтобы подтвердить работу системы при высоком сопротивлении.

Это второе калибровочное приспособление имеет два кольца, которые соответствуют поверхности контакта с материалом электродного узла. Резистор 1,0 x 10 ¹² Вт (± 5%) установлен между внутренним и внешним кольцами. Эта конфигурация позволяет определить период электрификации системы с помощью следующей процедуры:

Электродный узел помещается на приспособление для проверки верхнего диапазона и подключается к контрольно-измерительным приборам.

100 В подается на систему и электродный узел для измерения сопротивления поверочного приспособления. Фактическое сопротивление определяется как верхнее стабильное измерение сопротивления системы, которое должно составлять 1,0 x 10 ¹² , ± 5%. Как только определено верхнее стабильное измерение сопротивления, оно используется для определения периода электрификации.

Выполняется пять измерений (в секундах) с точностью до 10% от стабильного измерения сопротивления.

Пять времен измерения усредняются и добавляются к нему 5 с.Результатом является период электрификации этой конкретной системы.

Расчетный период электрификации позволяет системе производить измерение максимального сопротивления без чрезмерного воздействия на образец высокого напряжения. Период электрификации используется для всех измерений сопротивления, превышающих 1,0 x 10 ⁶ Вт, и обеспечивает согласованность измерений.

Размер образца и предварительная подготовка

S11.11 указывает, что измерения поверхностного сопротивления должны выполняться на образцах, размер которых не менее 3 ″ x 5 ″.Образцы должны быть немного больше, чем электродный узел; и при сравнении различных материалов все образцы для испытаний должны быть одного размера.

Перед испытанием образцы выдерживают от 48 до 72 часов при определенной температуре и низкой относительной влажности; то есть 23 ° C (± 3 ° C) и 12% относительной влажности (± 3% относительной влажности). Измерение образцов одинакового размера при определенной температуре и относительной влажности дополнительно увеличивает повторяемость и повышает согласованность измерений.

Basic S11.11 Процедура измерения

Измеряется не менее шести образцов одного и того же материала для обеспечения минимального уровня статистической надежности.После того, как образец для испытаний помещается на изолированный испытательный стенд и электродный узел помещается в его центральную точку, на электродный узел подается напряжение 10 В.

Если указанное сопротивление материала меньше 1,0 x 10 ⁶ Вт через 5 с, сопротивление регистрируется. Если указанное сопротивление равно или больше 1,0 x 10 ⁶ Вт, испытательное напряжение отключается и 100 В используется для повторного включения электродного узла. Указанное сопротивление после завершения расчетного периода электрификации системы считается поверхностным сопротивлением образца в Ом на S11.11.

Все шесть образцов измерены, и данные представлены:

Минимальное, максимальное и среднее поверхностное сопротивление всех образцов.

Период кондиционирования, относительная влажность и температура.

Период электрификации диапазона испытательных напряжений и верхнего сопротивления.

Сравнение данных S11.11 с данными ASTM D-257

Многие организации по-прежнему ссылаются на ASTM D-257 и указывают, что резистивные характеристики материала должны указываться в Ом / квадрат. Хотя это может показаться проблемой, но S11.Геометрия электродного узла 11 имеет коэффициент преобразования 10, который коррелирует с измерениями ASTM D-257. Чтобы преобразовать измерения S11.11 в удельное сопротивление поверхности в Ом / квадрат, просто умножьте на 10, потому что измерения S11.11 на 1 порядок ниже, чем полученные с использованием ASTM D-257, как показано на Рис. 2 .

S11.11 предупреждает, что преобразование измерений в удельное сопротивление в Ом / квадрат может быть недопустимым для многих типов материалов. Сюда входят ламинированные, гальванические, металлизированные и другие материалы, содержащие проводящие элементы.

Сводка

Новая процедура S11.11 принимает во внимание многие переменные измерения сопротивления и является намного более совершенным методом оценки и классификации материалов ESD от 1,0 x 10 ⁴ до 1,0 x 10 ¹¹ Вт. Это повышает повторяемость измерений и может значительно уменьшить путаницу среди поставщиков, переработчиков и пользователей материалов ESD.

Об авторе

Стивен А. Гальперин – основатель и президент Stephen Halperin & Associates, независимой лаборатории и консалтинговой фирмы, специализирующейся на электростатических технологиях.Он известен своей работой в области разработки стандартов с EIA и ESD Association, а также своими оригинальными концепциями по оценке объектов в условиях, чувствительных к статическому электричеству. Г-н Гальперин получил B.S.B.A. Получил степень в Университете Рузвельта, а также закончил аспирантуру в области наук об организационной коммуникации, а также несколько курсов военной подготовки и программ AMA. Stephen Halperin & Associates, 1072 Tower Lane, Bensenville, IL 60106, (708) 238-8883.

БОКОВАЯ ПАНЕЛЬ

Объяснение Ом на квадрат

Тех, кто плохо знаком с измерениями, связанными с электростатическим разрядом, часто путают с термином «Ом на квадрат».Любопытные всегда спрашивают: «Что за квадрат? Дюймы? Ноги? Ярды? » Ответ: на любой квадрат, если измерение относится к квадрату.

Простая красота ASTM D-257 заключается в том, что удельное сопротивление поверхности является расчетом сопротивления области, а не измерением от точки к точке. Фактически, измерения в омах / квадрате всегда будут одинаковыми независимо от размера материального квадрата.

Для иллюстрации, предположим, что у нас есть квадрат материала 2 ″ x 2 ″, и мы используем стержневые электроды 2 ″ для измерения удельного сопротивления этого образца.Омметр показывает 5 Вт. Так как мы точно измерили этот квадрат 2 дюйма, мы выражаем результат как 5 Вт / кв.

Теперь давайте прикрепим еще 2 ″ квадрат материала к первому квадрату и переместим стержень электрода 2 ″ к концу второго квадрата. По сути, это похоже на измерение двух последовательно соединенных резисторов, потому что теперь у нас есть два материала мощностью 5 Вт, образующие прямоугольник 2 x 4 дюйма. Это больше не квадрат, и наш прибор покажет примерно 10 Вт на 4 ″ длине материала.

R _Tseries = R ₁ + R ₂

и

R _Серия = 5 Вт + 5 Вт

R _Серия = 10 Вт

Если еще два куска материала 2 ″ x 2 ″ прикреплены к нижней части нашего прямоугольника 2 ″ x 4 ″, мы получим два прямоугольника 10 Вт, которые образуют один квадрат 4 ″ x 4 ″.Согласно расчету основного сопротивления для двух параллельно подключенных резисторов, если бы у нас было два 4-дюймовых электрода, размещенных вдоль края нашего нового квадрата, мы должны измерить 5 Вт / кв. На большом образце, потому что:

R _{T Параллельно} = R ₁ x R ₂

———-

R _{1 +} R ₂

где: R _{T параллельно} = общее сопротивление двух резисторов, включенных параллельно

R ₁ = сопротивление верхнего прямоугольника

R ₂ = сопротивление нижнего прямоугольника

следовательно:

10 Вт x 10 Вт 100 Вт ²

R _{T Параллельно} = —————- = ——— = 5 Вт

10 Вт + 10 Вт 20 Вт

Квадрат любого размера из того же изоляционного материала будет измерять примерно одинаковое сопротивление.