
Что такое электрическое контактное сопротивление (ECR)?
Электрическое контактное сопротивление (ECR) — это важный аспект, который играет значительную роль в электрических соединениях. Оно возникает из-за неполного контакта между поверхностями, по которым проходит электрический ток, а также из-за наличия пленок или оксидных слоев на этих поверхностях. Контактное сопротивление можно встретить в различных устройствах, таких как переключатели, разъемы, выключатели и измерительные зонды. Обычно его значения находятся в диапазоне от микроом до миллиома, что может показаться незначительным, но на практике оно может вызывать серьезные проблемы.
Проблемы, вызванные контактным сопротивлением
Контактное сопротивление может приводить к значительным падениям напряжения и нагреванию в цепях, где протекает высокий ток. Это особенно критично в тех случаях, когда требуется высокая точность измерений, так как контактное сопротивление добавляется к общему сопротивлению проводников, что может вызывать ошибки в измерениях. Кроме того, контактное сопротивление может изменяться в зависимости от температуры и со временем, что называется ползучестью сопротивления.
Терминология и связанные понятия
Электрическое контактное сопротивление также известно под другими терминами, такими как сопротивление интерфейса, переходное сопротивление или поправочный термин. Параметр, известный как паразитное сопротивление, является более общим понятием, в рамках которого контактное сопротивление рассматривается как один из основных компонентов.
Методы измерения контактного сопротивления
Методы измерения контактного сопротивления могут быть сложными, так как его значения обычно невелики. Четырехконтактные измерения дают более точные результаты по сравнению с простыми двухконтактными измерениями, которые выполняются с помощью омметра. Удельное контактное сопротивление можно рассчитать, умножив контактное сопротивление на площадь контакта.
Двухэлектродные и трехэлектродные системы
Для экспериментального определения контактного сопротивления важно различать двухэлектродные и трехэлектродные системы. В двухэлектродных системах, таких как диоды, удельное контактное сопротивление можно определить как наклон кривой вольт-амперной характеристики (ВАХ) при нулевом напряжении. В трехэлектродных системах, таких как транзисторы, требуется более сложный подход, например, модель линии передачи (TLM). В этом случае полное сопротивление устройства отображается как функция длины канала.
Факторы, влияющие на контактное сопротивление
Контактное сопротивление зависит от различных факторов, включая физические и механические свойства материалов, структуру поверхности и приложенную нагрузку. Поверхности металлических контактов часто имеют оксидные слои и адсорбированные молекулы воды, что приводит к образованию соединений, которые могут влиять на проводимость. Если пятно контакта достаточно маленькое, его сопротивление можно описать с помощью механизма Шарвина, который учитывает баллистическую проводимость.
Ползучесть сопротивления
Со временем пятна контакта могут расширяться, и контактное сопротивление может уменьшаться, особенно на слабо контактирующих поверхностях. Этот процесс известен как ползучесть сопротивления и может происходить из-за сварки, вызванной током, или пробоя диэлектрика. При оценке контактного сопротивления важно учитывать взаимосвязь между химией поверхности, механикой контакта и механизмами переноса заряда.
Контактное сопротивление в квантовых масштабах
Когда размеры проводника приближаются к квантовым масштабам, закон Ома перестает действовать. В таких случаях проводимость может быть описана как целое кратное значение, что характерно для квантовых точечных контактов. Эти устройства ведут себя как волноводы и могут быть охарактеризованы с помощью формализма рассеяния Ландауэра.
Контактное сопротивление в других областях
Контактное сопротивление также имеет значение в других областях, таких как теплопроводность и гидравлика. Например, при измерении теплопроводности важно учитывать контактное сопротивление, так как оно может влиять на передачу тепла через зернистые среды. Аналогично, при переходе потока жидкости из одного канала в другой также происходит падение давления, аналогичное электрическому напряжению.
Практические проблемы, связанные с контактным сопротивлением
Проблемы, связанные с плохими контактами, могут привести к сбоям в работе различных электрических устройств. Например, ржавые зажимы соединительного кабеля могут помешать запуску автомобиля с разряженной батареей. Грязные или корродированные контакты на предохранителе могут создать ложное впечатление о его неисправности. Высокое контактное сопротивление может вызвать значительный нагрев в устройствах, работающих с высоким током, что может привести к их выходу из строя.