19303

Резисторы. Устройство, характеристики и параметры нелинейных резисторов

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Лекция 4 2.1 Резисторы 1. Классификация и параметры резисторов 2. Устройство и применение линейных резисторов 3. Устройство характеристики и параметры нелинейных резисторов 1. Классификация и параметры резисторов Основные понятия Термин резистор про

Русский

2013-07-11

88.5 KB

86 чел.

Лекция 4 (2.1) Резисторы

1. Классификация и параметры резисторов

2. Устройство и применение линейных резисторов

3. Устройство, характеристики и параметры нелинейных резисторов

1. Классификация и параметры резисторов

Основные понятия

Термин "резистор" происходит от латинского слова resistere - сопротивляться (англ. resistance - сопротивление).

Основная функции резисторов состоит в регулировании и распределении электрической энергии между цепями и элементами схемы. В зависимости от характера изменения сопротивления при  протекании тока и внешних воздействующих факторов резисторы делятся на линейные и нелинейные.

Под термином   «резисторы» подразумевают резисторы с линейной вольт-амперной характеристикой.

К нелинейным резисторам относят варисторы,  терморезисторы. магниторезисторы и фоторезисторы.

Варистор - полупроводниковый резистор, сопротивление которого резко и нелинейно зависит от приложенного напряжения.

Терморезистор (термистор) - полупроводниковый резистор, отличающийся ярко выраженной зависимостью сопротивления от температуры, примерно в 10...25 раз более сильной, чем у металлов.

Магниторезистор - полупроводниковый резистор, сопротивление которого резко и нелинейно изменяются во внешнем магнитное поле.

Фоторезистор - полупроводниковый резистор, изменяющий свое электрическое сопротивление под действием электромагнитного излучения различных длин волн (от инфракрасной области спектра до рентгеновских и гаммалучей). Фоторезисторы в рамках данной лекции не рассматриваются.

Из всех дискретных радиодеталей резисторы наиболее широко применяются в РЭА. Промышленностью выпускаются резисторы различных типов и конструкций, что позволяет удовлетворить самым разнообразным условиям их применения.

 

Классификация резисторов

По характеру изменения сопротивления все резисторы подразделяются на постоянные и переменные. У постоянные резисторов величина активного сопротивления (в пределах оговоренных значений) остается неизменной при эксплуатации в течение всего срока службы. У переменных резисторов конструкция позволяет перемещением скользящего контакта изменять по заданному закону величину их активного сопротивления в процессе регулировки аппаратуры после ее изготовления или ремонта, а также в процессе эксплуатации аппаратуры. Последние,  в свою очередь, делятся на подстроечные и регулировочные. Сопротивление подстроечных резисторов     изменяется при разовой или периодической регулировке и не изменяется в процессе функционирования аппаратуры. Существуют еще полупеременные (секционированные) резисторы, величину активного сопротивления которых можно в определенных пределах изменять ступенчато. В РЭА полупеременные резисторы применяются редко, основное применение  они находят в измерительной технике.

По материалу токонесущей части резистивного элемента резисторы разделяют на следующие группы:

проволочные;

непроволочные, которые в свою очередь,  делятся на проводниковые и полупроводниковые;

металлофольговые с резистивным элементом из фольги определенной конфигурации, нанесенной на изолированное основание.

По назначению резисторы разделяют на следующие группы:

резисторы общего назначения

прецизионные резисторы;

высокочастотные и импульсные резисторы;

высоковольтные резисторы;

высокомегомные резисторы;

переменные (подстроечные и регулировочные) резисторы.

Параметры резисторов

Номинальное  сопротивление и допуск

Номинальное  сопротивление резистора - электрическое сопротивление RНОМ при температуре 20°C (293 K), значение которого обозначено на резисторе или указано в нормативной документации и которое является исходным для отсчета отклонений от этого значения. Диапазон номинальных сопротивлений установлен для резисторов:

постоянных от долей ома до единиц тераом;

переменных проволочных  от 0,47 Ом до 1 МОм:

переменных непроволочных от 1 Ом до 10 МОм.  

В технически обоснованных случаях допускается отклонение от указанных пределов

Номинальные значения сопротивления резисторов (емкости конденсаторов и индуктивности дросселей) стандартизованы. В соответствии с рекомендациями Международной Электротехнической Комиссии  (МЭК) государственными стандартами установлены так называемые   параметрические   ряды Е, являющиеся рядами геометрической прогрессии. Всего таких рядов семь: Е3, Е6, E12, Е24, Е48, Е96, Е192; цифра в наименовании ряда означает количество чисел в нем. Цифра после буквы Е указывает число номинальных значений в каждом десятичном интервале. Например, по ряду Е6 (кадр1) номинальные сопротивления в каждой декаде должны соответствовать числам 1; 1,5; 2,2; 3,3; 4,7; 6,8 или числам, полученным умножением или делением этих числе на 10 n, где n - целое положительное или отрицательное число.

Действительные значения сопротивлений резисторов (емкости конденсаторов и индуктивности дросселей) вследствие погрешностей изготовления могут отличаться от номинальных. Разница между номинальным и действительным сопротивлением, выраженная в процентах по отношению  к номинальному сопротивлению, называется допускаемым отклонением от номинального сопротивления или, кратко, допуском.

Для резисторов установлен ряд допусков номинального сопротивления: ±0,001; +0,002; +0.005; ±0,01; ±0,02; ±0,05; ±0,1; ±0,2; +0,5; ±1; ±2; ±5: +10: ±20; ±30 %.

Для конденсаторов установлен иной, частично совпадающий с рядом для резисторов, ряд допусков номинальной емкости: ±0,1; ±0,2; ±0,5; ±1; ±2; ±5; ±10; ±20; (10...0); (20...30); (20...60) %.

Для малогабаритных дросселей установлен, ряд допусков номинальной индуктивности: ±2; ±5; ±10; ±20 %.

Номинальная мощность, рабочее  и предельное напряжение. Под номинальной             мощностью PНОМ понимается максимально допустимая мощность, которую резистор может рассеивать  при  непрерывной  электрической  нагрузке  длительное время в  заданных  условиях  эксплуатации  при  сохранении стабильности  параметров  в  установленных  пределах. Величина номинальной мощности рассеивания лежит в  пределах 0,025..500 Вт для постоянных резисторов и 0,025...100 Вт для переменных резисторов. Номинальная мощность устанавливается расчетным путем, исходя из выбранных материалов и конструкции, и подтверждают длительными испытаниями при различных значениях температуры среды и электрической нагрузки.

Напряжение, которое может быть подано на резистор, не должно превышать предельного значения  UМАХ, рассчитанного по формуле UМАХ = (PНОМ RНОМ1/2. При  нормальном и повышенном атмосферном давлении предельное рабочее напряжение ограничивается в основном тепловыми процессами в проводящем элементе резистора, а при пониженном давлении - электрической прочностью проводящего элемента и всей конструкции, которая уменьшается при снижении атмосферного давления. Предельные рабочие постоянное и переменное  амплитудные значения напряжения для постоянных резисторов различных типов составляют 25...60000 В, а для переменных резисторов - 5...8000 В.

Рабочее напряжение, при котором резистор может работать, не должно превышать значения, рассчитанного исходя из номинальной мощности и номинального сопротивления по формуле U (PН RН1/2. Однако при выборе резисторов с большим номинальным сопротивлением (сотни килоом, единицы мегаом) это напряжение может достигать больших значений и в некоторых случаях приводить к пробою. Поэтому для каждого типа резистора с учетом его конструкции, размеров и обеспечения длительной работоспособности устанавливается предельное рабочее напряжение UПРЕД. Оно ограничивается в основном тепловыми процессами в токопроводящем элементе и электрической прочностью резистора.

Назначение резисторов в значительной мере определяет специфические требования к их электрическим параметрам.

Резисторы общего назначения предназначаются для использования в электрических цепях, не требующих от резистора специфических свойств и параметров. Наиболее широко такие резисторы применяются в бытовой РЭА, хотя находят применение и в специальной аппаратуре. Выпускаются на номиналы 0,05...10 11 Ом с допусками 2; 5; 10 %. Резисторы повышенной точности выпускаются с допуском 1 % и с номиналами 0,1..10 11 Ом.

Прецизионные резисторы выпускаются с допусками 0,001...0,5 %, а по диапазону номинальных величин сопротивлений даже превосходят резисторы общего применения. Резисторы повышенной точности и прецизионные обладают высокой стабильностью в процессе эксплуатации и применяются, как правило, в измерительной аппаратуре, различных аналоговых счетнорешающих устройствах и автоматических системах.

Высокочастотные и импульсные резисторы отличаются малыми собственными индуктивностью и емкостью. Они используются в высокочастотных цепях, кабелях и волноводах в качестве согласующих нагрузок,  аттенюаторов (ослабителей.), ответвителей, эквивалентов антенн и т.п. Выпускаются с номиналами от долей ома до 1 МОм и допусками 0,01...10 %. Непроволочные резисторы с поверхностным токопроводящим слоем могут работать на частотах до 100 МГц и выше, а специально сконструированные высокочастотные проволочные резисторы - до сотен килогерц.

Высоковольтные резисторы имеют большие рабочие напряжения от единиц до десятков киловольт и значительные мощности рассеивания до 5 Вт (и выше). Они выпускаются с номиналами до 10 11 Ом, с допусками от 2% и выше и применяются в качестве делителей напряжения, искрогасителей, поглотителей, в зарядных и разрядных высоковольтных цепях и т.д.

Высокомегомные резисторы имеют диапазон номинальных значений сопротивления от десятков мегом до сотен тераом  (1 Т0м=10 12 Ом) и допуск 2% и выше. По сравнению с высоковольтными резисторами они имеют невысокие мощности рассеивания (до 1 Вт) и небольшие рабочие напряжения. Используются в слаботочных цепях, приборах ночного видения, дозиметрической и измерительной аппаратуре.

Переменные резисторы выпускаются с номиналами от 47 Ом до 5 МОм, а в специальных случаях и выше 10 МОм (непроволочные) и от 0,47 Ом до 47 кОм. Их номиналы выбираются в соответствии с числами ряда Е6.

Стабильность величины сопротивления резистора. Постоянство величины сопротивления резистора зависит от стабильности его геометрических размеров и физических свойств использованных при его изготовлении материалов. Температурная стабильность резистора  характеризуется его температурным коэффициентом сопротивления (ТКС), показывающим относительное изменение сопротивления при изменении температуры проводящего слоя на C.

 Для непроволочных резисторов ТКС = (0,5...20) 104 К1 - в зависимости от свойств токопроводящего материала: для проводниковых и полупроводниковых материалов он может быть и положительным и отрицательным.

Для  проволочных резисторов ТКС = 2 104 К1.

Для некоторых типов резисторов характерны необратимые  изменения величины сопротивления при длительном воздействии приложенного напряжения, повышенной или пониженной температуры,  влажности, а также с течением времени.

Коэффициент напряжения. Непроволочные высоковольтные  и высокомегомные резисторы, для которых характерен неоднородный зернистый проводящий слой, могут изменять величину сопротивления в зависимости от приложенного напряжения. Причиной возникающей при этом нелинейности является зависимость концентрации носителей тока и их подвижности от напряженности поля. Для оценки степени нелинейности сопротивления резистора вводится коэффициент напряжения (чувствительность)

KН=100 (R2 - R1) / R1,

где R1 и R2 - сопротивления резистора, измеренные при подведении к нему напряжений, соответствующих 10 и 100%  номинальной мощности рассеяния.

Собственная индуктивность резистора. Резистор как деталь обладает не только активным сопротивлением  R, но и собственной емкостью CR и собственной индуктивностью LR. Это приводит к зависимости полного сопротивления резистора от частоты, что особенно недопустимо для резисторов, включаемых в колебательные цепи. При включении резистора в цепь высокой частоты его индуктивное сопротивление  LR может оказаться соизмеримым с активным сопротивлением R или даже его  превысить, что приведет к нарушению нормальной работы схемы.

Проволочные резисторы имеют наибольшую индуктивность. Для ее уменьшения применяют специальные виды намотки.

Непроволочные резисторы (особенно  без спиральной нарезки токопроводящего слоя) имеют ничтожно малую индуктивность и сравнительно малую  емкость (доли пикофарада), которые можно не принимать во  внимание до самых высоких частот.

Собственные шумы  резисторов. При подаче на резистор постоянного напряжения сила проходящего через него тока не остается постоянной. Это приводит к тому, что вызываемое током падение напряжения на резисторе будет пульсирующим, т.е.  имеющим постоянную  составляющую и переменную составляющую со случайным (шумовым)  характером своего изменения во времени. При этом говорят, что резистор является источником ЭДС шума EШ.

Шумы  резистора подразделяются на тепловые и флюктуационные (лат. fluctuatio -  колебание, здесь в смысле «случайное отклонение»).

Тепловые  шумы  обусловлены хаотическим движением носителей заряда  и имеют место во всех материалах и деталях при температуре, отличной от абсолютного нуля. Их интенсивность пропорциональна произведению k T  , где k - постоянная Больцмана; T -  абсолютная температура. Единственной возможностью их уменьшения является снижение температуры устройства. Наличие собственных шумов особенно сказывается на чувствительности радиоприемников, т.е. на их способности принимать весьма слабые сигналы. Поэтому часто первые каскады высокочувствительных радиоприемников специальной РЭА помещают в дюаровский сосуд при температуре жидкого гелия.

Флюктуационные шумы вызываются непостоянством контакта между токопроводящими частицами рабочего слоя (обычно имеющего мелкозернистую структуру) непроволочного резистора, химическими процессами в рабочем слое, а также механическими вибрациями отдельных частей резистора. Их интенсивность пропорциональна приложенному к резистору напряжению.

У проволочных резисторов, всегда имеющих монолитный токопроводящий слой, возникают лишь тепловые шумы, интенсивность которых возрастает с ростом температуры и величины сопротивления резистора.

Непроволочным резисторам свойственны как тепловые, так и флюктуационные шумы, причем уровень последних в несколько раз выше.

Шумовые свойства непроволочных резисторов оцениваются отношением EШ / U  мкВ/В, где U - приложенное к резистору постоянное напряжение. Лучшие по шумовым свойствам непроволочные резисторы (например, прецизионные бороуглеродистые) имеют отношение EШ / U <1, а у композиционных объемных резисторов это отношение может достигать 40...50.

Другие характеристики и параметры резисторов. Кроме рассмотренных выше параметров резисторы  характеризуются габаритами и массой, условиями эксплуатации, гарантийным сроком службы, сроком хранения, стоимостью и рядом других менее распространенных показателей.

2. Устройство и применение линейных резисторов

Постоянные резисторы

В постоянных резисторах токопроводящим элементом служат металлы и их сплавы,  окислы металлов, материалы на основе углерода, а также вещества сложного состава в виде так называемой композиции, состоящей из размельченной смеси проводящих веществ и изоляционной связки.

В зависимости от конструктивного оформления токопроводящего элемента различают проволочные и непроволочные резисторы

Проволочные  резисторы начали применяться в электро- и радиотехнике значительно раньше непроволочных. И сейчас они широко применяются в низкочастотных цепях РЭА и измерительной технике. Проволочные резисторы отличаются весьма высокой стабильностью сопротивления, малым уровнем собственных шумов, высокой механической прочностью. Однако они более дорогие, имеют довольно большие габариты и массу, обладают довольно значительными величинами LR и CR.

Постоянные проволочные резисторы (см. кадр2) имеют каркас из изоляционного материала (керамики, пластмассы, эмалированного металла и др.), а в качестве проводящего элемента в них используются изолированные или неизолированные провода из сплавов с высоким значением   (манганина, константана, нихрома и др.) Применение манганина и константана позволяет получить ТКС, близкий к нулю. Резисторы с нихромовой проволокой по сравнению с другими проволочными резисторами более теплостойки, имеют меньшие габариты, однако обладают пониженной стабильностью.

Постоянные проволочные резисторы можно подразделить на регулируемые и нерегулируемые. Величина сопротивления регулируемых резисторов может изменяться при настройке аппаратуры в процессе изготовления или после ремонта. Намотанный на изоляционный каркас провод  обычно покрывают силикатной эмалью или кремнийорганическими материалами, предохраняющими проволоку от механических повреждений и коррозии, а также улучшающими теплоотвод. У регулируемых резисторов защитный слой наносится так, чтобы оставалась продольная полоска оголенной проволоки. Перемещением вдоль этой полоски хомутика с зажимным винтом можно подбирать требуемое сопротивление.

В последние годы разработаны прецизионные постоянные проволочные резисторы на номинальные сопротивления 1 Ом...10 МОм (однослойные и многослойные) с намоткой из микропровода диаметром около 1 мкм. Они имеют стеклянную изоляцию на основе  свинцово-боросиликатных стекол. В качестве материала микропровода применяются медь, серебро, никель, манганин и некоторые сплавы, причем сопротивление одного метра микропровода  из этих сплавов может достигать 200 кОм.

Непроволочные резисторы  различают на резисторы поверхностного типа и объемные непроволочные резисторы. Возможная конструкция токопроводящих элементов непроволочных резисторов показана на рис.(см. кадры 610).

В непроволочных резисторах поверхностного типа токопроводящий элемент выполнен в виде тонкого полупроводящего слоя (или пленки), нанесенного на изоляционное основание из высококачественной керамики или ситаллов, имеющее вид стрежня или трубки (см. кадр 6). На концах основания укреплены контакты. Для защиты токопроводящего элемента от внешних воздействий резистор покрывается лаком или опрессовывается пластмассой. Свойства таких резисторов определяются составом токопроводящего слоя.

Получить резисторы с широкой шкалой номинальных значений (например, от десятков ом до сотен мегом) только на счет выбора материала токопроводящего слоя и его толщины при неизменных габаритах резистора технологически сложно и экономически невыгодно. Кроме того, при весьма тонком проводящем слое, который необходим для резисторов больших номиналов, резко возрастает ТКС резистора. Поэтому для получения больших величин сопротивлений меняют длину и сечение токопроводящего слоя резистора нарезанием на этом слое изолирующей спиральной канавки (см. кадры 6,7). Чем меньше шаг спирали, тем больше длина токопроводящего слоя, тем меньше его ширина (и сечение) и тем больше сопротивление резистора. Следует, однако, заметить, что при нарезании канавки резко возрастает собственная индуктивность резистора. Поэтому в цепях высокой частоты необходимо использовать резисторы без спиральной нарезки.

К непроволочным резисторам поверхностного типа относятся углеродистые, металлопленочные (их еще называют металлизированными, металлофольговыми), металлоокисные и пленочные композиционные.

Проводящим элементом углеродистых  резисторов является пленка пиролитического углерода, в который часто добавляют до 4% бора для стабилизации характеристик резистора во времени. Такие резисторы имеют небольшой уровень собственных шумов и малый отрицательный ТКС, стойки к импульсным перегрузкам, величина их сопротивления незначительно изменяется от величины и частоты приложенного напряжения. Углеродистые резисторы изготовляются прецизионными и высокочастотными на частоты до 1 ГГц (в виде шайб, стержней, пластинок).     

В металлопленочных резисторах проводящим элементом является пленка специального сплава из нескольких компонентов (Fe, Si, Ni, Cr) в различных процентных соотношениях. Пленка наносится на основание резистора методами вакуумного испарения или катодного распыления. По основным электрическим характеристикам металлопленочные резисторы несколько превосходят углеродистые: они более стабильны и теплостойки, имеют при одинаковой мощности рассеяния меньшие размеры. К их недостаткам относятся пониженная устойчивость к импульсным нагрузкам (из-за неоднородности токопроводящей пленки), худшие, чем у углеродистых резисторов, частотные свойства и знакопеременный ТКС.

В металлоокисных   резисторах проводящим элементом чаще всего служит осажденная химическим путем пленка двуокиси олова Sn O2, обладающая хорошей адгезией к основанию резистора. Такие резисторы отличаются повышенными стабильностью, теплостойкостью и электрической прочностью, стойкостью по отношению к химическим воздействиям и малым уровнем собственных шумов. Металлоокисные резисторы выпускаются в высокочастотном и высоковольтном вариантах, однако их номиналы не превышают сотен ом - единиц килоом.

В   пленочных композиционных резисторах роль проводящего элемента выполняет пленка из полупроводящей композиции - смеси проводящего материала (сажа, графит) со связующим материалом (полиэфирная смола). Пленка наносится на стеклянный стержень методом накатки с последующей термообработкой. Достоинствами таких резисторов являются простота их изготовления и высокая надежность, обусловленная значительной толщиной токопроводящего слоя (до 50 мкм), недостатками - низкая стабильность и довольно высокий уровень собственных шумов.

В   объемных непроволочных резисторах токопроводящий элемент выполнен в виде стержня из проводящей композиции. Проволочные выводы резистора впрессованы в концы токопроводящего элемента, а весь резистор  опрессован стеклокерамикой или пластмассой (см. кадр 8).  В зависимости от состава композиции различают резисторы углекерамические, металлокерамические, лакосажевые и т.п.     

Объемные резисторы более дешевы и просты в производстве, чем резисторы поверхностного типа. Наружная изоляционная опрессовка дает возможность сделать монтаж радиосхемы более компактным без опасения короткого замыкания между соседними деталями. Большое сечение токопроводящего элемента обеспечивает пониженную чувствительность резистора к кратковременным перегрузкам и повышенную надежность, особенно при длительной работе в тяжелых климатических условиях. Существенным недостатком объемных композиционных резисторов является высокий уровень собственных шумов.

Переменные резисторы

Регулировка величины сопротивления переменного резистора осуществляется плавным перемещением скользящего контакта, помещаемого на изолирующей пластине его подвижной системы, по поверхности проводящего элемента. В зависимости от назначения переменные резисторы подразделяются на построечные и регулировочные. Построечные резисторы используются для установки требуемого режима работы аппаратуры после ее изготовления, ремонта или в процессе регламентных работ. Их подвижная ось обычно выводится под шлиц, а иногда и стопорится. Регулировочные резисторы используются в качестве рабочих органов управления РЭА в процессе ее эксплуатации.

В дополнение к ранее рассмотренным характеристикам применительно к переменным резисторам вводятся понятия функциональной характеристики (кривой регулирования), разрешающей способности, износоустойчивости и шумов вращения.

Функциональная характеристика переменного резистора показывает зависимость величины  сопротивления R между подвижным контактом и одним из неподвижных контактов проводящего элемента от угла поворота   подвижной системы резистора.

Разрешающая  способность переменного резистора - это его способность различать наименьшее изменение  угла поворота подвижной системы.  Ее характеризуют минимально допустимым изменением сопротивления при весьма малом  перемещении контакта. Количественно разрешающую  способность выражают отношением скачка сопротивления или напряжения к  общему сопротивлению или  к общему напряжению, подводимому к резистору. Для переменных проволочных  резисторов разрешающая способность зависит  от числа витков и определяется тем перемещением подвижного контакта, при котором происходит изменение величины сопротивления. Разрешающая способность переменных резисторов  общего применения составляет 0,1...1,5%.

Износоустойчивость - это способность переменного резистора сохранять  свои параметры при многократных вращениях подвижной системы. У подстроечных резисторов, использующихся  для разовых регулировок, износоустойчивость не превышает 10 3  поворотов. Износоустойчивость регулировочных резисторов, а  особенно точных потенциометров, может достигать 10 5...10 7  поворотов.

Наряду с тепловыми и флюктуационными шумами при вращении  подвижной системы переменного резистора  на выходное напряжение накладывается дополнительная составляющая - напряжение  шумов вращения, уровень которых значительно выше тепловых я  флюктуационных шумов.

Переменные резисторы делятся на непроволочные и проволочные. Непроволочные резисторы, в свою очередь, делятся на тонкослойные и объемные. Их отличие заключается  в характере токопроводящего элемента.

Переменные проволочные резисторы можно подразделить на резисторы общего назначения и специальные. Резисторы общего назначения получили наибольшее применение в РЭА, они выполняют те же функции, что и непроволочные резисторы. Такие резисторы обычно имеют изоляционный каркас кольцевого типа (из керамики, стеклотекстолита, оксидированного металла и др.) с однослойной намоткой и поворотного ползунка с контактом из фосфористой или бериллиевой бронзы (см. кадр 3). Маломощные резисторы иногда изготовляются бескаркасными. Проводящие элементы у низкоомных резисторов выполняются из константанового провода, а у высокоомных - из нихромового.

К специальным переменным проволочным резисторам относятся, например, различные фунциональные потенциометры, реализующие заданную нелинейную зависимость R() в аналоговых счетно-решающих устройствах. Необходимую функциональную характеристику можно получить различными способами: применением профилированных каркасов, использованием обмотки с переменным шагом, применением проводов различного удельного сопротивления на отдельных участках обмотки, шунтированием отдельных участков обмотки и т.д. К специальным также относятся многооборотные и многообмоточные переменные проволочные резисторы.

Основным элементом конструкции переменного непроволочного резистора является расположенная на изоляционном  основании  пластинка подковообразной формы из гетинакса с нанесенным на нее токопроводящим слоем, состоящим из композиции графита и бакелитового лака с добавлением наполнителей (см. кадр 3,4). В качестве  токопроводящего  слоя могут также  использоваться металлоокисные  и  металлические пленки, металлостеклянные пленочные композиции. Концы подковки  покрыты серебряной суспензией с низким  удельным  сопротивлением, обеспечивающей надежный контакт подковки с металлическими токопроводящими деталями резистора. Изменение величины сопротивления резистора осуществляется вращением оси, на которой закреплен ползунок  с контактной щеткой, скользящей по токопроводящему слою подковки и имеющей электрический контакт со средним выводом резистора

В отличие от тонкослойных объемные переменные резисторы имеют керамическое основание с подковообразной канавкой, заполненной токопроводящим слоем толщиной 1 мм и более, который представляет собой композицию из проводящей среды, наполнителя и связки. В качестве проводящей среды применяют углерод в виде сажи и графита. Наполнителем чаще всего служит алунд - чистый глинозем Al2 O3, а связкой - стеклоэмаль.

Объемные резисторы отличаются небольшими размерами, повышенной влагостойкостью и более высокой рабочей температурой, так как плотность тока в токопроводящем слое у них значительно меньше, чем у тонкослойных резисторов, а условия теплоотвода лучше.

Переменные резисторы выпускаются одинарными и двойными. В двойных конструкциях с помощью одной оси одновременно вращаются ползунки двух отдельных резисторов.

Для непроволочных переменных резисторов основные функциональные  характеристики R() - кривые регулирования - линейная, логарифмическая и  обратнологарифмическая (показательная).

Переменные непроволочные резисторы имеют небольшие габариты и массу, невысокую стоимость. Для них характерны слабая зависимость сопротивления от частоты в довольно широких пределах ее изменения и возможность реализации больших номиналов. Однако им присущи и недостатки: малая мощность  рассеивания (не более 2 Вт), довольно значительная зависимость сопротивления от температуры, технологическая трудность изготовления резистора с заданной функциональной характеристикой. Проволочные переменные резисторы в значительной степени свободны от этих недостатков, хотя они дороже и имеют более высокие массу и габариты.

Устройство, характеристики и параметры нелинейных резисторов

Принцип действия нелинейных резисторов основан  на свойстве ряда полупроводниковых материалов изменять свое электрическое сопротивление под воздействием температуры (терморезисторы), электрического напряжения (варисторы), и  магнитного поля (магниторезисторы).

Терморезисторы (термочувствительные резисторы, термисторы) представляют собой объемные полупроводниковые нелинейные элементы, отличающиеся ярко выраженной зависимостью сопротивления от температуры, примерно в 10...25 раз более сильной, чем у металлов. Промышленностью выпускаются терморезисторы с номинальным сопротивлением от нескольких ом до десятков мегом.

Терморезисторы, у которых изменение сопротивления термочувствительного элемента происходит вследствие выделяющейся в нем мощности или изменения температуры окружающей среды, называются терморезисторами прямого подогрева. Имеются также терморезисторы косвенного подогрева, у которых нагревание термочувствительного элемента осуществляется от специальной подогревающей спирали.

Как правило, терморезисторы изготовляются из полупроводниковых материалов (окислов металла, смеси окислов, сульфидов, селенидов и др.) с примесной проводимостью, имеющих отрицательный ТКС, и применяются в цепях постоянного и переменного тока. Исключение составляют терморезисторы на основе окислов урана, называемые   урдоксами, которые на постоянном токе применять нельзя, так как они обладают ионной проводимостью и подвержены электролизу.

Некоторые терморезисторы изготовляются на основе титано-бариевой керамики (с примесями таких редкоземельных элементов, как церий, лантан, самарий и др.), имеющей в определенном температурном интервале положительный ТКС. Они называются  позисторами.

Терморезисторы в сильной степени подвержены воздействию кислорода воздуха, поэтому их часто заключают в вакуумные или наполненные инертным газом баллоны, а также герметизируют. Конструктивное оформление терморезисторов (см. кадр 12)  отличается разнообразием. Они находят широкое применение в РЭА и устройствах автоматики в качестве датчиков для электрического измерения неэлектрических величин, измерителей мощности слабых потоков электромагнитной энергии (от микроватт до милливатт), измерителей, регуляторов и сигнализаторов температуры, реле теплового контроля, реле времени, бесконтактных выключателей, элементов стабилизаторов напряжения, термокомпенсаторов и т.д.

Варисторы.  Полупроводниковые резисторы, сопротивление которых резко и нелинейно зависит от приложенного напряжения, называются   варисторами.

В качестве токопроводящего элемента в варисторах используется порошок карбида кремния Si C  со средними размерами зерен 40...50 мкм, скрепленными в монолит с помощью различных связующих материалов. Отечественные варисторы на основе карбида кремния с добавкой глины и графита получили название   тиритовых, с добавкой ультрафарфоровой связки -  лэтиновых, с добавкой жидкого стекла. 

Электропроводность варистора определяется многими параллельными цепочками контактирующих зерен Si C, причем пробивное напряжение материала связки между контактами в различных цепочках имеет значительный разброс. По мере возрастания приложенного напряжения включаются друг за другом остальные цепочки зерен  и вольт-амперная характеристика  будет представлять возрастающую нелинейную функцию. В реальном же варисторе таких цепочек бесчисленное множество, поэтому и реальная  вольт-амперная характеристика будет представлять собой плавную  кривую. Свойства варистора не зависят от полярности приложенного  напряжения, поэтому его вольт-амперная характеристика  симметрична относительно начала координат.

Конструктивно варисторы оформляются  в виде дисков, шайб или трубок.  После спекания заготовок на контактные поверхности методом  вжигания серебряной пасты наносится металлизированный  слой, к которому припаивают выводы варистора. Для защиты от  механических и атмосферных воздействий варистор помещается в фарфоровый или металлический  корпус и покрывается лаком.

Вольт-амперная характеристика варистора аналитически может быть выражена в виде

  I=B U или U=A I 

где U - напряжение, приложенное к варистору; - ток, протекающий через варистор; A, , B,    - коэффициенты, зависящие от материала и теплового режима обработки варистора при его изготовлении

Для варистора имеют место следующие соотношения:  = 1 / ; = А - . Величина  = U dU / dI  называется коэффициентом нелинейности варистора. Обычно     2 (для элементов с линейной характеристикой   = 1).

Так как варисторы являются неполярными, то они могут применяться  в цепях переменного тока. Однако на частотах порядка  10 кГц и выше их вольт-амперная характеристика принимает вид  петли гистерезиса, что объясняется наличием довольно значительной собственной емкости варистора.

Варисторы  на  основе Si C обычно  имеют     2...4,5, ТКС<0,  номинальную мощность рассеяния 0,8...2,5 Вт и работают в температурном интервале 40...+100OC.  Варисторы на основе селена имеют   = 5...8, работают в интервале температур  60...+100OC, хорошо выдерживают перегрузки и являются более дешевыми.

Варисторы применяются в схемах стабилизации напряжения, регулирования числа оборотов и реверсирования электродвигателей, умножения частоты и в схемах модуляторов. Они применяются также в аналоговых счетно-решающих устройствах для выполнения таких математических операций над электрическими сигналами, как возведение в степень, извлечение корня, умножение, и для многих других целей.

     Магниторезисторы.  При внесении проводника или полупроводника, по которому течет электрический ток, в магнитное поле  изменяется его сопротивление. Это явление носит название эффекта Гаусса, который особенно отчетливо проявляется в полупроводниковых материалах с большой подвижностью носителей  заряда. Такими материалами являются некоторые антимониды  (In Sb, Ga Sb), арсениды (In As , Ga As), селенид ртути Hg Se, германий, сплавы In Sb  Ni Sb, In Sb  Ga Sb и др.  Их сопротивление возрастает при увеличении индукции магнитного поля, и они применяются при изготовлении  магнитореэисторов   в качестве токопроводящих элементов. В  то же время указанные полупроводниковые материалы обладают,  как правило, невысоким удельным электрическим сопротивлением.  Поэтому для повышения величины сопротивления магниторезистора  его токопроводящий элемент изготовляют в виде пленки толщиной  около 20 мкм, располагаемой на изоляционной подложке толщиной  0,1...0,5 мм (обычно из алунда - чистого глинозема Al2 O3).  

     Магниторезисторы имеют ТКС<0. Их сопротивление  при отсутствии магнитного поля (в зависимости от материала и  конструкции) лежит в пределах от десятых долей ома до десятков килоом, а при наличии поля с индукцией = 1 Тл возрастает примерно в десять раз.

     Магниторезисторы применяются в измерительной технике для  измерения магнитной индукции, малых механических перемещений,  добротности колебательных контуров, мощности в цепях постоянного и переменного тока. Они используются в аналоговых счетно-решающих устройствах для сложения, умножения, деления двух или нескольких сигналов, для возведения в квадрат и получения обратных величин, а также в схемах генераторов, модуляторов и усилителей.

Некоторые рекомендации по выбору резисторов

Выбор типа резистора для конкретной радиосхемы нужно производить с учетом условий его работы (величины рассеиваемой мощности, температуры окружающей среды и т.д.), а также требований, предъявляемых к характеристикам резистора.

Выбор следует начинать с изучения директивных документов, в результате чего определяется номенклатура резисторов, разрешенных к применению в данной категории аппаратуры.  Некоторые типы новых резисторов содержат особо дефицитные и дорогостоящие материалы, а поэтому их следует применять только в особо ответственной аппаратуре.

На практике приходится встречаться с несколькими системами обозначения типов резисторов, как и конденсаторов, - старой и новой. 

Многие резисторов, разработанные до 1969 года, выпускаются и по настоящее время, и за ними сохранены их прежние обозначения. Например: резисторы МЛТ (металлизированные лакированные теплостойкие), резисторы КОИ (композиционные объемные изолированные), резисторы ПЭВ (проволочные эмалированные влагостойкие) и др.

В 1969 г. была введена система обозначения типов резисторов. Обозначение состоит из трех индексов.

Первый индекс содержит одну или две буквы и означает:

С - резистор постоянный;

СП - резистор переменный;

СТ - терморезистор;

СН - резистор нелинейный (варистор);

СМ - магниторезистор;

СФ - фоторезистор.     

Второй индекс (цифровой) означает группу резисторов по характеру токопроводящего элемента.

Для постоянных и  переменных проводниковых резисторов цифры означают: 

1 - непроволочные поверхностные углеродистые и бороуглеродистые;

2  непроволочные поверхностные металлопленочные и металлоокисные;

3  непроволочные композиционные поверхностные;

4 - непроволочные композиционные объемные;

5 - проволочные.

Для терморезисторов :

1 - кобальто-марганцевые;

2 - медно-марганцевые;

3 - медно-кобальто-марганцевые;

4 - никель- кобальто-марганцевые.  

Для фоторезисторов:

1 - сернистосвинцовые;

2 - сернисто-кадмиевые;

3  селенистокадмиевые.

Для варисторов:

1 - карбидокремниевые;

2 - на основе селена.

Третий индекс (цифровой) пишется через дефис и для всех резисторов означает  порядковый номер конструктивной разработки.

Четвертый индекс  (буквенный или цифровой) определяет специфические особенности конструкции - необязателен.

Между  вторым, третьим и четвертым  индексом ставится дефис.

Приведем несколько примеров  новых обозначений: С1-1 (резистор постоянный непроволочный поверхностный углеродистый первого порядкового номера исполнения), СП4-2 (резистор переменный непроволочный композиционный объемный второго порядкового номера исполнения), СТ2-1 (терморезистор медно-марганцевый первого порядкового номера исполнения).  

В 1980 г. принята ныне действующая система сокращенных и полных условных обозначений, в которой введены ряд новых элементов и устранена избыточная информация. В соответствии с ней сокращенное условное обозначение, присваемое резисторам, должно состоять из следующих элементов:

Первый  элемент - буква или сочетание букв, обозначающих подкласс резисторов

Р - резистор постоянный;

РП - резистор переменный;

НР - набор резисторов;

ТР - терморезистор;

МР - магниторезистор;

НР - резистор нелинейный (варистор);

ФР - фоторезистор.

Второй элемент - цифра, обозначающая группу резисторов по материалу резистивного элемента

1 - непроволочные;

2 - проволочные или металлофольговые.   

Третий элемент - регистрационный номер конкретного типа резистора.    

Четвертый индекс  (буквенный или цифровой) определяет специфические особенности конструкции - необязателен.

Между  вторым, третьим и четвертым  индексом ставится дефис.

В зависимости от размеров маркируемых резисторов и вида технической документации  могут применяться полные и сокращенные (кодированные) обозначения номинальных сопротивлений и допусков.

Полное обозначение номинальных сопротивлений состоит из значения номинального сопротивления и  обозначения единицы измерения (Ом  омы, кОм  килоомы, МОм  мегаомы, ГОм  гигаомы, ТОм  тераомы). Например,  215 Ом; 150 кОм; 2,2 МОм; 6,8 ГОм; 1 ТОм    

Кодированное  обозначение номинальных сопротивпений состоит из трех или четырех знаков, включай цифры  и букву или три цифры к букву. Буква кода из русского или латинского (в скобках) алфавита определяет множитель, составляющий сопротивление, и определяет положение запятой десятичного знака. Буквы, R, К, M, G, T обозначают соответственно множители 1, 10 3, 10 6, 10 12 для сопротивлений, выраженных в омах. Для приведенного выше примере  следует писать: 215R, 150К, 1М2, 6G8, 1Т0.    

Полное  обозначение допускаемого отклонения состоит из цифр, кодированное - из буквы.

Кодированные  обозначения допусков совпадают с международными стандартами.

На постоянных резисторах допускается маркировка цветным кодом.. Ее наносят знаками в виде кругов или точек.

Для  маркировки цветным кодом номинальное сопротивление резисторов в омах выражается двумя или тремя цифрами (в случае трех цифр последняя цифра не равна нулю) и множителем 10 n, где n - любое число от 0 до 9.

Маркировочные знаки сдвигают к одному из торцов резистора и располагают слева направо в следующем порядке:

 первая полоса - первая цифра;

 вторая полоса - вторая цифра ;

третья полоса - множитель;

четвертая полоса - допуск  на  номинальное сопротивление.

Цвета знаков (12 цветов) маркировки  номинального  сопротивления и  допусков должны соответствовать стандарту .

Для резисторов с номинальным сопротивлением, выраженным тремя цифрами и множителем, цветная маркировка состоит из пяти знаков (полос). Первые три полосы - три цифры, четвертая и пятая - множитель и допуск.

Если размеры резистора не позволяют разместить маркировку ближе к одному из торцов резистора, площадь первого знака (ширина первой полосы) делается примерно в 2 раза больше другие знаков.

Литература

1.

2.

Анашкин В.А., Колосов Л.В., Иванов Е.С. Элементная база РЭА. - Ставрополь: СВВИУС, 1993.

Анашкин В.А., Уланкин В.Ф. Элементная база РЭА. ч.I. Радиоэлементы. - Ставрополь: СВВИУС, 1986.


СТАВРОПОЛЬСКОЕ ВЫСШЕЕ ВОЕННОЕ ИНЖЕНЕРНОЕ УЧИЛИЩЕ СВЯЗИ

Кафедра радиоэлектроники

«УТВЕРЖДАЮ»

НАЧАЛЬНИК КАФЕДРЫ

Экз.№

полковник                 В.НИКУЛИН

26

сентября

1998 г.

ЛЕКЦИЯ

по учебной дисциплине

Электронные, твердотельные приборы и микроэлектроника

для курсантов

2–х курсов СВВИУС

Тема:

2

Пассивные элементы РЭА

Лекция

4

2.1. Резисторы

Обсуждено на заседании кафедры (ПМК)

25

сентября

1998 г.

Протокол  № 1

Ставрополь 1998 г.



Учебные и воспитательные цели:

1.

2.

Анализ физических и электрических свойств пассивных элементов РЭА.

Введение основных понятий, свойств и принципов классификации резисторов.

Время..............................................................................................

90 мин.

Учебно-материальное обеспечение

ЛЭТИ диафильм 2.1.

Резисторы

Распределение времени лекции

Вступительная часть......................................................................

4 мин.

Проверка готовности курсантов к лекции...................................

6 мин.

Учебные вопросы лекции

1.

2.

3.

Классификация и параметры резисторов..........................

Устройство и применение линейных резисторов..............

Устройство, характеристики и параметры нелинейных резисторов............................................................................

25 мин.

25 мин.

25 мин.

Заключение....................................................................................

3 мин.

Задание курсантам для самостоятельной работы........................

2 мин.


Заключение

Краткий обзор рассмотренного материала, ответы на вопросы.

Задание курсантам  для  самостоятельной  учебной  работы,  список      рекомендованной   литературы   и   методические   указания

1.

2.

3.

Основные параметры резисторов.

Основные типы резисторов.

Как влияет температура ( напряженность и частота) поля на свойства резисторов.

Литература

1.

2.

Анашкин В.А., Колосов Л.В., Иванов Е.С. Элементная база РЭА. - Ставрополь: СВВИУС, 1993.

Анашкин В.А., Уланкин В.Ф. Элементная база РЭА. ч.I. Радиоэлементы. - Ставрополь: СВВИУС, 1986.

Использованная при подготовке лекции литература

1.

2.

3.

Анашкин В.А., Колосов Л.В., Иванов Е.С. Элементная база РЭА. - Ставрополь: СВВИУС, 1993.

Анашкин В.А., Уланкин В.Ф. Элементная база РЭА. ч.I. Радиоэлементы. - Ставрополь: СВВИУС, 1986.

Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА: Справочник /Н.Н.Акимов, Е.П.Ващуков, В.А.Прохоренко, Ю.П.Ходоренко - Мн.: Беларусь, 1994.

Лекцию разработал

"20  "  августа      1998 г.

доцент кафедры № 5

А.Киселев


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

68076. Бій під Крутами (вшанування пам’яті юнаків, які героїчно загинули у бою під Крутами 29 січня 1918 року) 124.5 KB
  Мета заходу: формування в учнів почуття патріотизму, любові до свого народу, його історії та героїчного минулого; формування й розвиток мотивації, спрямованої на підготовку до захисту Вітчизни, на прикладі подвигу однолітків; формування інтересу до літератури про бій під Крутами.
68078. Schulleben. Der erste Schultag 29.5 KB
  Обговорення прислів’я «Wie der Anfang so das Ende» та прислів’я «Guter Anfang ist halbe Arbeit». Was bedeutet dieses Sprichwort? Könnt ihr ein ukrainisches Äquivalent geben? Seid ihr mit dieses Sprichwort einverstanden?
68079. В гості до товариша 48.5 KB
  Любиш у гостях бувати люби й гостей приймати. Теми для обговорення: а У Оксани день народження Діти накривають святковий стіл запрошують гостей б У гості з подарунком Що дарувати і як приймати подарунки в У передпокої Як господар вітає і зустрічає гостей г Скупий і непривітний хазяїн Господар сідає...
68080. Kleidung und Mode (Одяг і мода) 47.5 KB
  Wir begrüßen Sie hier in diesem Saal. Heute haben wir einen ungewöhnlichen Abend zum Thema «Kleidung und Mode». In den Deutschstunden haben wir viel über die Kleidung gelesen, gesprochen, und verschiedene Übungen gemacht. Mode ist ein Teil unseres Lebens. Es gibt Mode auf alles: auf Kleidung, auf Handys, auf Musik usw.
68081. Методична розробка «З Перемогою!» 89 KB
  Цілі: Знайомство з героїчними сторінками історії нашої країни. Формування уявлень про військовий обов,язок і вірність Батьківщині, формування досвіду моральної поведінки особистості, спонукання інтересу до історії своєї країни. Підвищення інформаційної культури учнів
68083. Планування дій. Алгоритм 473.5 KB
  Навчальна: Розкрити зміст поняття алгоритм. Формувати в учнів уміння складати алгоритм здійснення того чи іншого процесу. Формувати в учнів уміння передбачати певний результат. Розвивальна: Розвивати вміння узагальнювати. Розвивати вміння працювати колективно.