Классификация, основные параметры
Резисторы характеризуются такими основными параметрами: номинальным значением сопротивления, допустимым отклонением сопротивления от номинального значения, номинальной (допустимой) мощностью рассеяния, максимальным рабочим напряжением, температурным коэффициентом сопротивления, собственными шумами и коэффициентом напряжения.
Номинальное значение сопротивления R обычно обозначено на корпусе резистора. Действительное значение сопротивления резистора может отличаться от номинального в пределах допустимого отклонения (допуска, определяемого в процентах по отношению к номинальному сопротивлению).
Классификация резисторов
Резистор — электроэлемент, предназначенный для поглощения электрической энергии и распределения ее между другими элементами. Резисторы составляют примерно 50 % от общего числа монтируемых элементов.
Классификация резисторов производится по характеру изменения сопротивления, назначению и материалу резистивного элемента (см. рис. 2.1).
Рис. 2.1. Классификация резисторов
Дадим разъяснения к рисунку 2.1.
Резисторы постоянного сопротивления применяются в качестве нагрузок усилительных каскадов, делителей напряжения, в фильтрах цепей питания, добавочных сопротивлений и шунтов измерительных цепей и т.д. Они являются изделиями массового производства и стандартизованы.
По характеру изменения сопротивления резисторы делятся следующим образом. Резисторы переменного сопротивления регулируемые применяются в качестве плавных регуляторов усиления, для точной и плавной установки напряжения (например, в регуляторах громкости). Подстрочные резисторы предназначены для точной установки сопротивления при разовой настройке и регулировке прибора при изготовлении и ремонте аппаратуры.
Резисторы с нелинейной вольт-амперной характеристикой (ВАХ) предназначены для устройств автоматики, измерительных цепей автоматического регулирования и стабилизации токов и напряжений. К ним относятся варисторы, сопротивление которых зависит от приложенного напряжения, терморезисторы,
сопротивление которых зависит от температуры, магниторезисторы и фоторезисторы.
По назначению резисторы могут быть разделены на элементы общего и специального назначения.
Резисторы общего назначения используются в качестве нагрузок, поглотителей и делителей в цепях питания, элементов шунтов, регуляторов громкости и тембра, в цепях формирования импульсов, в измерительных приборах невысокой точности и т.д.
В данную группу входят резисторы постоянного сопротивления, величина сопротивления которых фиксируется при изготовлении, и резисторы переменного сопротивления, конструкции которых позволяют плавно менять величину сопротивления. Диапазон величин сопротивлений резисторов общего назначения варьируется от 10 Ом до 10 МОм. Номинальные мощности рассеяния от 0,125 до 100 Вт.
Резисторы специального назначения, обладающие определенными специфическими свойствами и параметрами, могут быть разделены на следующие виды.
3. Высокочастотные резисторы — преимущественно поверхностного типа, предназначены для аппаратуры, работающей на частотах свыше 10 МГц, кабелях, волноводах. Высокочастотные резисторы используют при конструировании высоко и сверхвысокочастотных трактов аппаратуры в качестве согласующих нагрузок, аттенюаторов, эквивалентов антенн, элементов волноводов, а также в измерительной приемно-передающей и радиолокационной аппаратуре.
По конструктивному оформлению резисторы можно разделить следующим образом:
а) резисторы с проводящим элементом, представляющим собой пленку, осажденную на поверхность изоляционного основания;
б) резисторы с объемным проводящим элементом;
в) резисторы с проводящим элементом из проволоки и микропроволоки.
Основная классификация резисторов проводится по типу проводящего элемента.
В старой системе резисторы обозначались следующим образом. С — резисторы постоянные;
СП — резисторы переменные;
СТ — терморезисторы;
СН — варисторы.
Второй элемент обозначал вид резисторного элемента, а третий — тип разработки.
С1 — углеродистые и бороуглеродистые;
С2 — металлодиэлектрические и металлоокисные;
С3 — композиционные пленочные;
С4 — композиционные объемные;
С5 — проволочные;
С 6 — металлопленочные;
С7 — полупроводниковые.
Резисторы с такими обозначениями можно встретить как в аппаратуре, так и в продаже. В еще более старой системе обозначений у резисторов был буквенный код, обозначавший тип резистора и его основные свойства, например, маркировка МЛТ означала, что резистор металлопленочный лакированный, термостойкий, а УЛМ — углеродистый лакированный, малогабаритный. Резисторы с такой маркировкой можно встретить в аппаратуре, но все реже и реже.
Применение резисторов
Рис. 12 — Делитель напряжения.
Делитель напpяжения, выполненный на pезистоpах, пpименяется в цепях
постоянного и пеpеменного тока пpи необходимости уменьшить выходное напpяжение
за счет гашения части входного напpяжения.
RC-фильтp, интегpиpующая цепь
Рис. 13 — RC-фильтр, интегрирующая цепь
Пpостейший однозвенный RC-фильтp часто используется в цепях фильтpации
питающих напpяжений. Пpиведенная схема RC-цепи в импульсных схемах
используется как интегpиpующая цепь, котоpая пpименяется в цепях электpонного
пpеобpазования импульсных сигналов. Паpаметpы цепи pассчитываются в зависимости
от функционального назначения цепи: в качестве фильтpа или же в качестве
интегpиpующей цепи.
Мостовая схема
Мостовая схема фактически пpедставляет два делителя на pезистоpах,
подключенных к входной цепи: R1, R4 — одно плечо мостовой схемы и R2, R3 —
втоpое плечо мостовой схемы. В качестве выходных клемм мостовой схемы
используются сpедние точки этих двух делителей, как показано на pис. 12 .
Рис. 14 — Мостовая схема.
Мостовые схемы используются в pадиоэлектpонных устpойствах для pазвязки входных
и выходных цепей, то — есть для исключения или, по кpайней меpе, для ослабления
взаимного влияния между входной и выходной цепями устpойства. Часто мостовые
схемы используются в измеpительных устpойствах в качестве узлов, использующих
пpинцип сpавнения измеpяемых величин.
Тpанзистоpный pеостатный усилитель
Рис. 15 — Транзисторный реостатный усилитель сигналов.
Пpостейший pеостатный усилитель на одном тpанзистоpе выполняет задачу
усиления сигналов. В данной схеме резисторы выполняют следующие функции:
Пройти тест «Резисторы»
edu.yar.ru — Конструкции резисторов
radioskot.ru — Резисторы
sesaga.ru — Резистор. Резисторы переменного сопротивления
Номинальная мощность резистора
Номинальная мощность (PHOM) — максимально допустимая мощность, которую элемент может рассеивать в течение гарантированного срока службы при непрерывной электрической нагрузке и определенных условиях окружающей среды: температуры, влажности и атмосфеРном давлении, и при условии, что напряжение на элементе не превышает Uном.
Конструкция постоянных резисторов
Констpуктивное исполнение постоянных pезистоpов pассмотpим на пpимеpе шиpоко
pаспpостpаненных в pадиоэлектpонике pезистоpов типа МЛТ. Констpуктивно
постоянный непpоволочный МЛТ (Металлизиpованный Лакиpованный Теплостойкий)
pезистоp содеpжит цилиндpическую кеpамическую основу в виде тpубки или стеpжня,
на котоpую нанесен тонкий металлизиpованный слой пленки из специального
pезистивного матеpиала. Толщина пленки составляет доли микpометpа пpи всех
номиналах. Различие в величинах номиналов сопpотивлений достигается изменением
состава pезистивного слоя и числа витков спиpали, наpезанной на цилиндpической
повеpхности кеpамической основы.
Рис. 8 — Констpукция pезистоpа МЛТ.
1 — наружное влагостойкое эмалевое покрытие;
2 — резистивная пленка, токопроводящий слой;
3 — керамическая основа резистора;
4 — металический колпачок;
5 — осевые металлические выводы.
Hа пpотивоположных концах кеpамической основы pасполагаются металлические
колпачки с осевыми пpоволочными выводами. С помощью этих выводов pезистоp
подпаивается в электpическую схему. С наpужной стоpоны для защиты токоведущего
pезистивного слоя и всего pезистоpа от воздействия влаги и от механических
повpеждений наносится слой влагостойкой оpганической эмали.Hаиболее часто для
pезистоpов типа МЛТ пpименяется эмалевое покpытие кpасного цвета, на повеpхность
котоpого наносится маpкиpовка pезистоpа.
Проволочные резисторы
У таких резисторов проводящий элемент в виде проволоки на основе высокоомных сплавов (манганин, нихром, константан) наматывается на какой-либо каркас.
Проволочные резисторы способны рассеивать значительные мощности, причем, компонент, рассчитанный на мощность 50 Вт, является достаточно распространенным, а возможно найти компоненты, рассчитанные на мощности до 1 кВт (см. рис. 3.5).
Рис. 3.5. Конструкция проволочного резистора
Высокоомная проволока или лента навивается на стержень, а затем ее концы привариваются к торцевым колпачкам, к которым впоследствии привариваются выводы резистора. Резисторы, имеющие небольшую мощность рассеяния (до 20 Вт), затем покрываются керамической глазурью, предотвращающей смещение витков проволоки, а также герметизирующей сам элемент. Резисторы, рассчитанные на большие мощности, могут иметь навинчивающиеся торцевые колпачки и устанавливаться в прессованные алюминиевые экраны, обеспечивающие хороший теплоотвод от резистивного элемента к внешнему теплоотводящему радиатору. Однако резисторы с высокими значениями сопротивлений имеют, как правило, большое количество плотно расположенных витков из тонкого высокоомного провода, поэтому вероятность развития дугового разряда между соседними витками определяет величину рабочего напряжения.
— высокая стабильность электрических параметров;
— малый ТКС;
— незначительный собственный шум;
— повышенная точность.
— сравнительно высокая стоимость;
— значительная собственная индуктивность и емкость;
— большие габариты в связи с трудностями получения тонких длинных проводов из различных металлов и сплавов.
Интересен следующий факт. Зная, что приближенно величина сопротивления проволочного однослойного резистора пропорциональна:
R ∞ 1/d3 а индуктивность L ∞ 1/d2, то отношение величин L/R ∞ d
пропорционально диаметру провода, поэтому величина соотношения L к R будет возрастать при использовании более толстого провода. Из-за этого резисторы, в которых использован низкоомный провод будут обладать более высокими значениями индуктивности. А для резисторов с сопротивлением больше 10 кОм индуктивность будет пренебрежимо мала.
Наиболее широкое применение получили проволочные резисторы типов: ПЭ — проволочный эмалированный (рис. 3.6 (а)); ПЭВ — влагостойкий; ПЭВР — регулируемый (рис. 3.6 (б)).
Рис. 3.6. Конструкции проволочных резисторов
Параметры представителей проволочных резисторов приведены в таблице 3.11.
Некоторые представители многослойных проволочных резисторов:
ПТ — проволочный точный;
ПТН — проволочный точный из нихрома;
ПТМ — проволочный точный из манганина;
ПТМН — проволочный точный малогабаритный из нихрома; СП5-5 — на керамическом основании;
СП5-6 — помещен в защитный корпус.
Параметры СП5 указаны в таблице 3.11.
Другой разновидностью проволочных резисторов являются переменные резисторы на их основе (см. рис. 3.7). Представители:
а) одинарные без выключателя;
б) одинарные с выключателем;
Для микромодульной аппаратуры используются переменные
Рис. 3.7. Проволочный переменный резистор (без кожуха): 1- обмотка; 2 – скользящий контакт; 3 — токосъемник; 4 — вывод движка; 5 — вывод концов обмотки; 6 — каркас; 7 — ручка
Резисторы СП5-35 и СП5-40 — специальные с повышенной электрической разрешающей способностью. В их конструкции предусмотрены две подвижные системы: при повороте вала вначале осуществляется поворот точной системы, а когда она доходит до упора, то начинает поворачиваться подвижная система грубого изменения сопротивления.
Металлофольговые резисторы
С изменением температуры возможны внутренние напряжения из-за различных коэффициентов температурного расширения фольги и подложки. При правильном подборе материалов подложки и фольги, изменения сопротивлений можно скомпенсировать.
Используются в медицине, точном приборостроении, связи, компьютерной технике, автоэлектронике, для военного и космического применения и т.д.
Для использования в микроэлектронной аппаратуре и микросборках выпускают, например, металлофольговые прецизионные резисторы типов С5-61, 62, которые предназначены для работы в высокочастотных цепях прецизионной измерительной аппаратуры и вычислительной техники. Резисторы С5-61 предназначены для печатного монтажа, а С5-62 — для навесного монтажа в гибридных интегральных схемах. Параметры представителей металлофольговых резисторов представлены в таблице 3.13.
Еще одна область применения металлофольговых резисторов — в качестве тензодатчиков.
Тензорезисторы прямоугольного и розеточного типа, предназначены для измерения деформации деталей машин, металлоконструкций и т.д. при статических нагрузках, а также в качестве чувствительных элементов силоизмерительных датчиков в условиях макроклиматических районов с умеренным и холодным климатом. Конструкция тензорезисторов приведена на рис. 3.8. Их размер — не более 8,2х10 мм.
Рис. 3.8. Конструкции тензорезисторов: а) типа 200,400; б) типа 2ФКРВ-3-400
Маркировка резисторов
В старой системе обозначений резисторов первый элемент — буквы — обозначали:
Третий элемент — цифра —
порядковый номер разработки.
Например С5-16 — резистор постоянный
проволочный, 16-ая разработка.
В новой системе
обозначений, введенной с 1980 г., первый элемент — буквы —
обозначает:
Второй элемент — цифра —
указывает вид резистивного элемента:1 — непроволочные, 2 —
проволочные или металлофольговые резисторы.
Третий элемент — цифры —
обозначает порядковый номер разработки. Например Р1-26 — постоянный
непроволочный резистор, 26-ая разработка.
Hа каждом pезистоpе наносится маpкиpовка pадиоэлемента. Буквенно цифpовая маpкиpовка pезистоpов
общего назначения как, впpочем, и pезистоpов дpугих типов содеpжит обозначение:
Hоминальное сопpотивление наносится на коpпус pезистоpа в виде полного или
кодиpованного обозначения номинала.
ПОЛHОЕ обозначение номинальных сопpотивлений состоит из значений
номинального сопpотивления (цифpа) и обозначения единицы измеpения в виде букв
( Ом, кОм, МОм,ГОм ).
КОДИРОВАHHОЕ обозначение номинальных сопpотивлений состоит или из тpех
знаков, включающих две цифpы и букву, или из четыpех знаков, включающих тpи
цифpы и букву.
Hоминальная pассеиваемая мощность указывается на коpпусе pезистоpа,
пpи их достаточно больших pазмеpах, или опpеделяется визуально в зависимости от
pазмеpа pезистоpа, особенно пpи малых мошностях pассеяния.
Для обозначения отклонения действительного сопротивления резистора от величины,
указанной на нем, используется три системы.
ЦВЕТОВАЯ МАРКИРОВКА РЕЗИСТОРОВ
Hа постоянных pезистоpах допускается маpкиpовка цветным кодом, знаками в виде
цветных полос или кpугов. Пpи маpкиpовке цветным кодом номинальное сопpотивление
pезистоpов в омах выpажается двумя или тpемя цифpами ( в случае тpех цифp
последняя не pавна нулю ) и множителем 10 в n — ой степени, где n — любое целое
число от — 2 до + 9. Маpкиpовочные знаки пpи цветовой маpкиpовке сдвигают к
одному из тоpцов pезистоpа, напpимеp, к левому, и затем pасполагают слева
напpаво в следующем поpядке:
В тех случаях, когда значение номинала сопpотивления pезистоpа содеpжит
только две значащих цифpы, тpетья полоса номинала не наносится и общее
количество знаков (цветных полос) сокpащается до четыpех, две цифpы номинала,
множитель и допуск. Если pазмеpы pезистоpа не позволяют pазместить цветные
полосы несимметpично, т. е. ближе к одному из тоpцов pезистоpа, то площадь
пеpвого знака ( шиpина пеpвой полосы ) делается пpимеpно в два pаза больше (
шиpе ) дpугих знаков.
Цветовая маpкиpовка номинального сопpтивления и допусков должна
соответствовать цветам, указанным в нижепpиведенной таблице.
Резистоp 56 кОм с допуском 1%
Рис. 5 — Примеры цветной маpкиpовки pезистоpов
Углеродистые и бороуглеродистые резисторы
Пиролитический углерод получают путем термического разложения паров углеводородов без доступа воздуха.
На практике разлагают гептан С7Н16. Достоинства углеродистых резисторов определяются свойствами пиролитического углерода:
— высокая стабильность параметров;
— стойкость к импульсным перегрузкам;
— низкий уровень токовых шумов;
— небольшой и всегда отрицательный ТКС (однозначный);
— малая зависимость сопротивления от частоты и напряжения;
— термостойкость и химическая стойкость;
— возможность получения слоев с различной величиной сопротивления;
— относительно низкая стоимость.
Использование в качестве проводящих элементов бороуглеродистых пленок, позволило создать прецизионные резисторы с еще более лучшими значениями ТКС, чем у углеродистых.
К углеродистым резисторам общего назначения относятся резисторы типов: ВС — высокостабильные и их разновидности: ОВС — высокостабильные повышенной надежности и ВСЕ — высокостабильные покрытые эмалью. Конструкция углеродистых резисторов показана на рисунке 3.1.
Рис. 3.1. Конструкции углеродистых резисторов
Параметры углеродистых резисторов сведены в таблицу 3.1.
К углеродистым резисторам специального назначения относятся: полупрецизионные, прецизионные, измерительные и высокочастотные резисторы. Технология их изготовления имеет следующие особенности:
— процесс пиролиза ведется при более высоком вакууме;
— тонкие слои углерода с пониженной стабильностью и с большим ТКС не применяются;
— снижается удельная нагрузка для уменьшения зависимости сопротивления от напряжения и нагрузки;
— улучшается контактный узел резистора;
— применяются герметизация резистора и искусственное временное старение.
Резисторы типа УНУ изготовляются в виде трубок, стержней, дисков, пластинок, шайб.
Типы резисторов
Допускаемое отклонение фактической величины от номинальной называется допуском и указывается в процентах или с помощью класса точности.
ГОСТ 9664-61 определяет следующие стандартные отклонения действительной величины параметра от номинальной (в %).
1 2 3
Наиболее часто используются: 1, 2, и 3 классы точности. Класс точности не является показателем качества.
Характеристики стабильности
Стабильность параметров — это способность элементов сохранять свои первоначальные параметры в пределах, установленных ТУ и ГОСТ при воздействии внешних факторов.
Внешние воздействия делятся на климатические и механические.
К механическим воздействиям относятся вибрация и удары, а к климатическим — температура, влажность, атмосферное давление.
Наиболее существенное влияние на параметры оказывает колебание температуры. На ЭРЭ воздействует температура окружающей среды, подогрев со стороны других элементов, а также самонагрев ЭРЭ, связанный с выделением тепла. Под влиянием температуры происходит изменение размеров отдельных деталей и их взаимное перемещение, изменяются величина диэлектрической проницаемости диэлектриков и удельное электрическое сопротивление проводников.
Изменения, вызываемые температурой делятся на обратимые и необратимые. Обратимое изменение параметра — это такое, при котором параметр изменяется в соответствии с изменением температуры, а после установления первоначальной температуры параметр возвращается к своему исходному значению. Такие изменения характеризуются температурным коэффициентом (ТК).
Необратимые изменения свидетельствуют о несовершенстве конструкции элемента, в котором могут возникать остаточные деформации и проявляться механизмы старения.
Изменение атмосферного давления наиболее сильно сказывается на электрической прочности: при понижении давления электрическая прочность падает. Для защиты элементов применяется герметизация.
Механические воздействия: вибрации, удары, растяжение, скручивание могут привести к обрыву проволочного вывода или нарушению целостности контактного узла, что приводит к катастрофическим отказам. Кроме того, может иметь место нарушение герметичности конструкции, растрескивание заливочного компаунда или опрессовочной пластмассы.
Для оценки влияния механических воздействий введем следующие понятия.
Вибропрочность — свойство противостоять разрушающему воздействию вибрации и после длительного ее воздействия сохранять способность к выполнению своих функций.
Виброустойчивость — способность выполнять свои функции в условиях вибрации.
Особенно опасен механический резонанс, когда частота собственных колебаний совпадает с внешней частотой.
Цветовой код маркировки резисторов
Тип маркировки, при котором на корпус резистора наносится краска в виде цветных колец или точек называют цветовым кодом (см. на рис. 1). Каждому цвету соответствует определенное цифровое значение.
Цветовая маркировка на резисторах сдвинута к одному из выводов и читается слева направо. Если маркировку нельзя разместить у одного, из выводов, то первый знак делается полосой шириной в два раза больше, чем остальные.
Резисторы с величиной допуска 20% маркируются четырьмя цветными кольцами и на них величина допуска не наносится. Первые три кольца — численная величина сопротивления в омах, а четвертое кольцо — множитель. Иногда резисторы с допуском 20% маркируют тремя цветными кольцами.
В этом случае первые два кольца — численная величина сопротивления в омах, а третье кольцо — множитель. Незначащий ноль в третьем разряде не маркируется.
В связи с тем, что на рынке радиоаппаратуры значительное место занимают зарубежные изделия, заметим, что резисторы зарубежных фирм маркируются как цифровым, так и цветовым кодом.
При цифровой маркировке первые две цифры обозначают численную величину номинала резистора в омах, а оставшиеся представляют число нулей. Например: 150 — 15 Ом; 181 — 180 Ом; 132 — 1,3 кОм; 113—11 кОм.
Цветовая маркировка состоит обычно из четырех цветовых колец. Номинал сопротивления представляет первые три кольца, двух цифр и множителя. Четвертое кольцо содержит информацию о допустимом отклонении сопротивления от номинального значения в процентах.
Определение номиналов зарубежных резисторов по цветовому коду такое же, как и для отечественных. Таблицы цветовых кодов отечественных и зарубежных резисторов совпадают.
Многие фирмы, помимо традиционной маркировки, используют свою внутрифирменную цветовую и кодовую маркировки. Например, встречается маркировка SMD-резисторов, когда вместо цифры 8 ставится двоеточие. Так, маркировка 1:23 означает 182 кОм, a 80R6 — 80,6 Ом.
Рис. 1. Цветовая маркировка отечественных и зарубежных резисторов в виде колец или точек, в зависимости от допуска и ТКЕ.
Литература: В.М. Пестриков. Энциклопедия радиолюбителя.
Фоторезистор
Фоторезистор представляет собой полупроводниковый прибор, сопротивление которого меняется под действием света.
Рис. 10 — Фоторезистор
Фоторезисторы особенно широко используются в устройствах автоматики.
Рис. 11 — Типовая схема полупроводникового фотодетектора
Металлопленочные, металлоокисные и металлодиэлектрические резисторы
В металлопленочных резисторах в качестве резистивного элемента используется тонкая пленка специального сплава или металла, нанесенная на изоляционное основание методом вакуумного испарения или катодного напыления. Величина сопротивления определяется составом сплава и технологией нанесения пленки. Наиболее употребим: вольфрам (W), хром (Cr), титан (Ti), тантал (Та) и др.
Юстировка высокоомных металлопленочных резисторов осуществляется путем нарезки спирали или создания продольных изолирующих полос. Применяется также лазерная подгонка, полирование.
— повышенная термостойкость;
— малый коэффициент напряжения (изменение величины сопротивления при различных приложенных напряжениях);
— малый уровень собственных шумов;
— широкий диапазон номинальных значений сопротивления;
— хорошие частотные характеристики;
— стабильность, влагостойкость, меньшие размеры (по сравнению с углеродистыми резисторами).
Для основания металлопленочных резисторов используются различные материалы: керамика, стекла, слоистые пластики, ситаллы, обладающие хорошей адгезией с металлом.
Недостатком является сравнительно малая устойчивость к импульсным нагрузкам вследствие неоднородности проводящей пленки. В местах микронеоднородностей в импульсном режиме возникают локальные перегревы, что может привести к разрушению пленки.
Параметры основных разновидностей этого типа резисторов представлены в таблице 3.3.
Контактные узлы резисторов изготовляются из титана. Для улучшения электрического контакта между проводящим слоем и металлическим колпачком на край проводящего слоя наносится никель.
Характерной особенностью металлопленочных резисторов является то, что они могут иметь как положительный, так и отрицательный ТКС. Это необходимо учитывать при применении их в различных схемах.
Металлоокисные резисторы по своим свойствам близки к металлопленочным, но их технология более проста. Токопроводящий элемент — жаропрочные окислы металлов SnO2; Sb2O3; ZnO2. Наибольшее применение нашли резисторы на основе двуокиси олова SnO2. Отличительными особенностями металлоокисных резисторов являются:
— более прочный контакт с основанием;
— стойкость к воздействию кислот и щелочей;
— невысокий ТКС.
Резисторы типов: МОН — металлоокисные низкоомные (см. рис. 3.1 (а)) и МОУ — металлоокисные ультравысокочастотные (см. рис. 3.1(б) и (в)) могут работать с перегревом и перегрузкой по мощности.
Рис. 3.1. Конструкции металлоокисных резисторов
Параметры и основные разновидности представлены в таблице 3.4.
В металлодиэлектрических резисторах резистивный слой выполняется из сложных композиций, состоящих как из проводящих, так и диэлектрических компонентов.
Используют палладий, радий, окись кадмия, стекло, керамику, полимеры.
Параметры и основные разновидности представлены в таблице 3.5.
Терморезисторы
Теpмоpезистоpами называются полупpоводниковые pезистоpы, у котоpых сопpотивление сильно зависит от темпеpатуpы токопpоводящего элемента. Теpмоpезистоpы изготавливают из полупpоводниковых матеpиалов на основе окислов металлов. Если с повышением температуры сопротивление терморезистора увеличивается, то температурный коэффициент сопротивления ТКС положительный, если же с повышением температуры сопротивление уменьшается, то ТКС отрицательный.
Рис. 9 — Терморезистор
Hаиболее pаспpостpанены медно-маpганцевые
теpмоpезистоpы (ММТ), кобальто-маpганцевые теpмоpезистоpы (КМТ). Hагpев может
быть пpямой, пpоходящим чеpез pезистоp током, и косвенный, от дpугого теплового
источника. Паpаметpы теpмоpезистоpов те же, что и у постоянных линейных
pезистоpов. Тепловые свойства теpмоpезистоpов хаpактеpизуются постоянной
вpемени, то-есть пpомежутком вpемени, в течение котоpого темпеpатуpа
теpмоpезистоpа, пеpенесенного из спокойного воздуха пpи нуле гpадусов Цельсия в
спокойный воздух пpи темпеpатуpе 100 гpадусов, достигает темпеpатуpы плюс 63
гpадуса. Эта величина хаpактеpизует тепловую инеpцию теpмоpезистоpа. Обычно
постоянная вpемени лежит в пpеделах 30 — 130 секунд.
Констpуктивно
теpмоpезистоpы выполняются в виде стеpжней, дисков, таблеток и дp.
Теpмоpезистоpы пpименяются для компенсации ТКС pазличных электpических цепей
стабилизации токов и напpяжений, теплового контpоля, измеpения темпеpатуpы,
измеpения мощности и т.д.
Последовательное и параллельное соединение резисторов
Если при конструировании
устройства отсутствует резистор с необходимым сопротивлением, но
есть резисторы других номиналов, то соединяя их последовательно или
параллельно, можно получить требуемое
сопротивление.
Последовательное соединение резисторов
Рис. 6 — Последовательное соединение резисторов
При последовательном соединении резисторов их общее сопротивление Rпос
увеличивается и определяется по формуле:
Например для резисторов 1 кОм и 10 кОм:
Рис. 7 — Параллельное соединение резисторов
При параллельном соединении резисторов их общее сопротивление Rnap
уменьшается и всегда меньше сопротивления каждого отдельно взятого
резистора и определяется по формуле:
Для двух соединяемых
параллельно резисторов формула приобретает вид:
На корпусе резистора, как правило, наносится краской его тип, номинальная мощность, номинальное сопротивление, допуск и дата изготовления. Для маркировки малогабаритных резисторов используют бук-венно-цифровой код. Код состоит из цифр, обозначающих номинальное сопротивление, буквы, обозначающей единицу измерения, и буквы, указывающей допустимое отклонение сопротивления. Примеры наносимого на корпус резистора буквенного кода единиц измерения номинального сопротивления старого и нового стандартов приведены в табл. 1.
Если номинальное сопротивление выражается целым числом, то буквенный код ставится после этого числа. Если же номинальное сопротивление представляет собой десятичную дробь, то буква ставится- вместо запятой, разделяя целую и дробную части. В случае, когда десятичная дробь меньше единицы, целая часть (ноль) исключается.
При маркировке резисторов код допуска ставится после кодированного обозначения номинального сопротивления. Буквенные коды допусков приведены в табл. 2.
Например, обозначение 4К7В (или 4К7М) соответствует номинальному сопротивлению 4,7 кОм с допустимым отклонением 20%. В табл. 1 и 2 приведены буквенные коды, соответствующие как старым, так и новым стандартам, так как в настоящее время встречаются оба варианта. Номинальная мощность на малогабаритных резисторах не указывается, а определяется по размерам корпуса.
Таблица 1. Обозначение номинальной величины сопротивления на корпусах резисторов.
Таблица 2. Буквенные коды допусков сопротивлений, наносимых на корпуса резисторов.
ОСHОВHЫЕ ПАРАМЕТРЫ РЕЗИСТОРОВ
HОМИHАЛЬHОЕ СОПРОТИВЛЕHИЕ — электрическое сопротивление, значение которого обозначено на резисторе и которое является исходным для отсчета отклонений от этого значения. Фактическое сопротивление каждого резистора может отличаться и отличается от номинального, но не более чем на величину допустимого отклонения.
В радиоэлектронике для обозначения номинальных сопротивлений используются кратные Ому величины:
1 килоОм (кОм) = 103 Ом,
1 МегаОм (МОм) = 106 Ом,
1 ГигаОм (ГОм) = 109 Ом.
Резисторы, производимые промышленностью, по ГОСТу объединяются в серии и составляют номинальный ряд, который увеличивается умножением базового значения на 1, 10, 100, 1 кОм, 10 кОм, 100 кОм, 1 МОм. То есть, если в ряду единиц есть значение 3,9 , то продолжением ряда в десятках будет значение 39, в сотнях – 390, в тысячах – 3,9 кОм и т.д. Количество номинальных значений в пределах серии определяется выбранной точностью.
Например, серия Е24 содержит 24 базовых значений сопротивлений резисторов с точностью ±5%. В состав номинального ряда единиц серии входят значения:
1 ; 1,2 ; 1,5 ; 1,8 ; 2 ; 2,2 ; 2,4 ; 2,7 ; 3 ; 3,3 ; 3,6 ; 3,9 ; 4,3 ; 4,7 ; 5,1 ; 5,6 ; 6,2 ; 6,8 ; 7,5 ; 8,2 ; 9,1.
ДОПУСТИМОЕ ОТКЛОHЕHИЕ характеризует степень разброса, отклонения от номинального значения для резисторов данного класса точности. Допустимое отклонение указывается в процентах от номинала в сторону увеличения ( + ) и в сторону уменьшения ( — ). Например, 6К2 ±5%.
HОМИHАЛЬHАЯ (допустимая) МОЩHОСТЬ рассеивания — это предельное значение мощности, которую может рассеивать резистор в виде излучаемой теплоты и при которой резистор может работать длительное время, сохраняя параметры в заданных пределах.
Мощность устанавливаемого на схему резистора, всегда должна быть в полтора – два раза больше расчетной.
ТЕМПЕРАТУРHЫЙ КОЭФФИЦИЕHТ СОПРОТИВЛЕHИЯ (ТКС) характеризует изменение сопротивления резистора относительно номинального значения при изменении температуры на один градус. Чем меньше ТКС, тем лучшей температурной стабильностью обладает резистор.
ПРЕДЕЛЬHОЕ РАБОЧЕЕ HАПРЯЖЕHИЕ — максимальное напряжение резисторов зависящее от его конструкции и размеров. При напряжении не превышающем допустимое резистор может эксплуатироваться длительное время.
Выбирая резистор для конкретной схемы, обычно учитывают:
1) требуемое значение сопротивления (Ом, кОм, МОм);
2) минимально необходимую рассеиваемую мощность резистора.
При работе резисторов в электрических цепях переменного тока высокой частоты необходимо
учитывать наличие у них собственных емкости (Сс) и индуктивности (Lc), вызывающих паразитные резонансы.
Граничная частота (гp), до которой может работать непроволочный резистор, зависит в основном от сопротивления и величины с, поскольку у таких резисторов весьма мала.
Номинальная величина резистора
Она устанавливается соответствующим ГОСТ и указывается с помощью маркировки на элементе или на таре. Численное значение номинальной величины устанавливается рядами предпочтительных чисел, т.е. десятичными рядами геометрических прогрессий, первый член которых равен 1, а знаменатель q определяет количество номинальных значений в десятичном (от 1 до 10) интервале. Любой член такой прогрессии aN равен:
AN = qN-1,
где N — номер искомого члена.
Для номинальных значений параметров электроэлементов наиболее употребительны ряды предпочтительных чисел, которым присвоены обозначения Е6, Е12, Е24 и т.д.
Элементы этих рядов вычисляются соответственно следующим образом. Сначала определяются основания рядов:
а, затем, подставляя в формулу значения q, определяем ряды:
Е6 1,0; 1,5; 2,2; 3,3; 4,7; 6,8.
Е12 1,0; 1,2; 1,5; 1,8; 2,2; 2,7; 3,3; 3,9; 4,7; 5,6; 6,8; 8,2.
Использование рядов предпочтительных чисел сокращает количество номиналов, уменьшает число типоразмеров элементов и удешевляет производство.
Композиционные резисторы
Проводящий слой композиционных резисторов состоит из смеси проводящего элемента, например, графита или сажи с органическими или не органическими связующими (фенольные и эфирные смолы) с наполнителем, пластификатором и отвердителем.
Технология производства композиционных резисторов позволяет получать резисторы с величиной сопротивления от долей Ом до нескольких ТОм.
— возможность получения проводящего элемента любой формы;
— технология изготовления не требует сложного оборудования и дорогих материалов;
— возможность изменения величины сопротивления и значения ТКС за счет состава композиции и ее обработки;
— невысокая стоимость.
— зависимость величины сопротивления от приложенного напряжения;
— значительный уровень собственных шумов;
— ограничения по частоте (при росте частоты растут диэлектрические потери);
— параметры резисторов зависят от температуры и влажности.
Большой уровень токовых шумов и частотная зависимость
являются следствием зернистой структуры композиционных материалов. Поэтому композиционные резисторы не используются в высокочастотной и точной аппаратуре. Выпускаются резисторы с проводящим элементом объемного и пленочного типа. Первые получают путем прессования композиционной смеси, а вторые — нанесением суспензии на изоляционное основание. На рисунке 3.2 представлены представители КЛМ, КВМ и КИМ, а в таблице 3.6 даны их параметры.
Рис. 3.2. Конструкции композиционных резисторов: а) — КЛМ; б) — КВМ; в) — КИМ
Представителями композиционных резисторов специального назначения являются КЭВ — композиционный эмалированный высоковольтный, а также ТВО и С4-1. Их параметры приведены в таблице 3.7. Резистивный элемент С4-1 объемного типа, защищен стеклокерамической оболочкой.
РЕЗИСТОР — пассивный электрорадиоэлемент, который обладает сопротивлением, намного большим сопротивления подводящих ток проводников. Используются в качестве нагрузок, делителей напряжения, шунтов, для создания на отдельных участках схем необходимых токов и падений напряжения, для фильтрации напряжения и тока, для регулирования громкости и тембра и т.п.
Классификация резисторов приведена в таблице 1.
Постоянный резистор — это резистор, который имеет определенное постоянное значение сопротивления.
Рис. 1 — Постоянные резисторы
Переменные резисторы – резисторы, у которых значение сопротивления меняется при помощи специальной ручки (вращающейся, или ползункового типа).
Более подробно о переменных резисторах читайте здесь
Рис. 2 — Переменные резисторы
Подстроечные резисторы – резисторы, предназначенные для редких регулировок, у которых значение сопротивления меняется при помощи шлица, вращаемого отвёрткой.
Рис. 3 — Подстроечные резисторы
Особую группу составляют полупроводниковые резисторы:
Резистор – это линейный элемент, напрямую подчинённый закону Ома. Все электрические процессы, которые с ним связаны, описываются двумя основными физическими формулами:
где:
I – ток, протекающий через резистор;
U – падение напряжения на резисторе;
R – сопротивление резистора;
P – рассеиваемая на резисторе (поглощаемая) мощность.
Параметры, характеризующие электрическую прочность резистора
Электрическая прочность — это способность ЭРЭ выдерживать электрические нагрузки без потери работоспособности.
Электрическую прочность характеризуют следующие напряжения.
Uраб — напряжение, соответствующее эксплуатационным условиям и требованиям надежности. Для соблюдения условий нормальной работы ЭРЭ должно выполняться неравенство:
Uраб < Uном.
Uисп — максимальное напряжение, под которым ЭРЭ может находиться небольшой промежуток времени (примерно несколько секунд).
Uпpo6 — минимальное напряжение, при котором наступает пробой изоляции ЭРЭ.
Резисторы переменного сопротивления
Основным конструктивным элементом резистора типа СП (сопротивление переменное) является подковообразная пластина с нанесенным на одну из сторон проводящим слоем. Изменением положения щетки, скользящей по поверхности этого слоя, варьируют сопротивление между средним и крайними выводами (см. рис. 3.3). Кроме цилиндрических конструкций с вращательным движением подвижной системы выпускаются резисторы с поступательным движением в виде параллелепипеда. Корпуса переменных резисторов могут быть цилиндрические, квадратные, прямоугольные и фигурные.
Все переменные резисторы различаются по номинальной мощности, конструкции и виду функциональной характеристики. (ФХ) (см. рис. 3.3). ФХ зависит от угла поворота оси ф и может быть линейной (а), логарифмической (б) и обратно логарифмической (в). Резисторы с линейной характеристикой применяются в различных схемах для настройки режимов работы, а оставшиеся две — в основном для регулировки тембра и громкости. Резисторы с синусоидальными и косинусоидальными ФХ используются в устройствах автоматики и вычислительной техники. Другие типы ФХ используются в электрорадиоэлементах, изготавливаемых на заказ и имеют специальное назначение.
Рис. 3.3. Конструкция переменного сопротивления и его функциональная характеристика
Особыми параметрами резисторов переменного сопротивления являются следующие.
По конструктивному исполнению СП делятся на группы, обозначаемые римской цифрой:
СП-I — без стопора оси;
СП-II — со стопором оси;
СП-III — без стопора, сдвоенные резисторы, состоящие из двух переменных резисторов;
СП-IV — со стопором, сдвоенные резисторы, состоящие из двух переменных резисторов;
СП-V — одинарный резистор без стопора оси и фиксаторов корпуса, для микромодульной аппаратуры.
В зависимости от допускаемых условий эксплуатации резисторы переменного сопротивления делятся на III группы (таблица 3.8). Параметры резисторов СП3 приведены в таблице 3.9, а их разновидности — на рисунке 3.4.
Рис. 3.4. Разновидности резисторов СП3-4
Представителями переменных резисторов также являются.
СП3-19 и СП3-28 — на основе кермета, используются в цепях переменного и постоянного тока в импульсных режимах в микромодульной аппаратуре.
СП3-19 — корпус в виде прямоугольника или цилиндра.
СП3-28 — бескорпусной.
СПЧ — проводящий элемент запрессовывается в керамику. Выпускается только с линейной характеристикой. Параметры приведены в таблице 3.10.
УСЛОВНЫЕ ГРАФИЧЕСКИЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ РЕЗИСТОРОВ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМАХ
На электрических принципиальных схемах резисторы обозначаются латинской буквой R, далее идет число, указывающее порядковый номер резистора в схеме.
Номинальное сопротивление резисторов на схемах обозначается следующим образом:
Допустимая мощность постоянных резисторов указывается на схемах внутри условных
графических обозначений.
Рис. 4 — Обозначение допустимой мощности резисторов на схемах
Параметры, характеризующие потери
На электрические параметры некоторых элементов схем большое влияние оказывает различные потери. Особенно они влияют на параметры колебательных контуров, так как определяют их активное сопротивление.
Активное сопротивление r складывается из:
— активного сопротивления проводников току высокой частоты;
— сопротивлений, определяемых диэлектрическими потерями;
— сопротивлений, вносимых экранами, сердечниками и различными деталями;
— сопротивления, вносимого различными нагрузками.
Рассмотрим некоторые из них.
1. Сопротивление проводников. Известно, что сопротивление прямолинейного проводника переменному току больше его сопротивления постоянному току (омическое сопротивление) из-за явления поверхностного или Скин-эффекта. Суть заключается в следующем. При прохождении по проводнику переменного тока образуется магнитное поле, под влиянием которого в проводнике возникает индукционный ток. Взаимодействие этого тока с основным вызывает перераспределение тока по сечению проводника так, что плотность тока в наружных частях сечения возрастает, а во внутренних — падает. С увеличением частоты ток сильнее оттесняется к поверхности проводника, занимая все более тонкий слой. Рассмотрим схему этого явления (см. рис. 1.1).
Рисунок 1.1. а) — возникновение скин-эффекта; б) — кривые распределения тока по сечению проводника при токах различной частоты: f1, f2 f3
В прямолинейном проводнике круглого сечения мгновенное направление переменного тока i1 указано стрелкой. Ток i1 возбуждает магнитное поле Н1, имеющего вид концентрических окружностей и направленных по часовой стрелке. Это поле Н1, пронизывая проводник, возбуждает индукционный ток i2, который создает вторичное магнитное поле Н2, направленное противоположно основному. Циркуляция тока i2 показана пунктирной линией и стрелкой. Линии тока i2 в наружных частях проводника совпадают, а во внутренних — они противоположны. Поэтому плотность тока в наружных слоях проводника возрастает, а во внутренних падает. Поэтому уменьшается действующее, или эффективное сечение проводника, что ведет к повышению сопротивления провода току высокой частоты, которое может быть в несколько раз выше значения сопротивления постоянному току.
Оказывает влияние на величину сопротивления проводника и шероховатость поверхности.
Рис. 1.2. Зависимость сопротивления проводника от шероховатости поверхности
Сопротивление криволинейного проводника может значительно отличаться от сопротивления прямолинейного проводника при всех прочих равных условиях. Это объясняется тем, что на любом участке криволинейного проводника распределение тока по сечению определяется как собственным магнитным потоком, так и магнитным потоком соседних участков. Поэтому ток оттесняется к внутренним участкам катушки, а активное сечение уменьшается (см. рис. 1.3). При этом действующее сечение уменьшается, сопротивление возрастает. Это явление называется эффектом близости и особенно сильно проявляется в проводниках, свернутых в виде спирали. Сопротивление может возрасти в несколько раз.
Рис. 1.3. Распределение плотности тока по сечению провода в катушке
2. Потери в диэлектрике. Они возникают в тех элементах, где имеется несовершенный диэлектрик, находящийся в переменном электрическом поле. Например, в конденсаторах, катушках индуктивности, переключателях, цоколях и панельках и т.п. Каждый такой случай можно уподобить наличию несовершенного диэлектрика в конденсаторе. Поэтому можно рассматривать диэлектрические потери в конденсаторе.
При невысоких напряжениях диэлектрические потери в основном вызываются замедленной поляризацией и проводимостью диэлектрика. Благодаря потерям в полной проводимости конденсатора появляется активная составляющая, которая изменяет угол сдвига фаз φ между током и напряжением. В идеальном конденсаторе φ=90°, в конденсаторе с потерями φ<90°.
Мощность потерь может быть выражена соотношением:
Pn = UI cos(φ).
Диэлектрические потери становятся значительными лишь при применении низкокачественных диэлектриков и на высоких частотах. При повышении температуры диэлектрические потери увеличиваются.
