Основные технические характеристики резисторов

Технические характеристики резисторов разделяются на ос­новные и вспомогательные. Последние относятся к особенностям применения резисторов в составе РЭС.

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

Электрическим сопротивлением называется величина, характеризующая противодействие резистора электрическому току. На постоянном токе электрическое сопротивление резистора представ­ляется скалярным значением и называется активным (омическим) сопротивлением. Плотность постоянного тока распределена по по­перечному сечению проводящего элемента резистора приблизи­тельно равномерно.

Значение электрического сопротивления резистивного элемен­та определяется материалом и его конструктивным исполнением. У резисторов цилиндрической формы, у которых резистивным эле­ментом является тонкая пленка (толщина пленки много меньше диаметра основания):

,

где р - удельное сопротивление пленки; h - толщина резистивной пленки; l - длина резистивного элемента; D - диаметр резистора.

При производстве резисторов для изменения его электриче­ского сопротивления широко используется нарезка изолирующей канавки (спиральной или продольной). В предположении однородно­сти резистивной пленки, незначительного влияния переходного сопротивления контактного узла, и что шаг спиральной нарезки значи­тельно меньше диаметра, сопротивление такого резистора составит:

;

где N- число шагов нарезки; s - шаг спиральной нарезки; а - ши­рина канавки резистивной пленки.

Иногда увеличивают сопротивление резистивной пленки с по­мощью прорезей вдоль образующей резистора.

Электрическое сопротивление объемного резистора зависит от свойств композита и его размеров (длины и диаметра):

.

Аналогично подсчитываем электрическое сопротивление проволочного резистора.

Переменные резисторы имеют подковообразный резистивный элемент, для которого электрическое сопротивление определяется так:

,

где r₁ и r₂ - внутренний и внешний радиусы резистивного элемента; φ-угол поворота ротора переменного резистора, град.

В цепи переменного тока электрическое сопротивление рези­стора, помимо активной, обладает еще реактивной составляющей (индуктивного и/или емкостного типов). В переменном электриче­ском поле, сопровождающем протекание переменного тока, элек­трическое сопротивление металлов возрастает с ростом частоты тока, поскольку плотность тока по площади поперечного сечения проводящего элемента перестает быть равномерной: с ростом час­тоты заметно влияние скин-эффекта.

ПОГРЕШНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

Неизбежные изменения условий производства резисторов (непостоянство температуры, влажности и давления воздуха произ­водственных помещений, нестабильность напряжения и фазы тока промышленной частоты, периодическая разладка оборудования, изменение качества исходных материалов и др.) приводят к разбро­су электрических сопротивлений резисторов не только различных технологических партий (изготовленных в отличающихся режимах технологических операций), но и внутри одинаковых партий. Предельные отклонения (разброс) сопротивлений регламентируются допуском, который, как правило, является двусторонним и симмет­ричным (например, ±5%).

НОМИНАЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

Номинальным называют значение электрического сопротивле­ния, являющееся средним для данной совокупности резисторов. Но­минальное сопротивление, как правило, указывается на поверхности резистора.

Процесс производства позволяет получить резисторы практи­чески любого номинального сопротивления. Однако изготовление

резисторов по отдельным заказам, отличающимся номинальными значениями, приводит к экономической неэффективности вследствие слишком большой номенклатуры изделий. При этом многие но­минальные значения своими допусками перекрывают допустимые границы соседних номинальных значений (например, резистор 1 кОм ±10% в партии может иметь разброс электрических сопротивлений от 900 до 1100 Ом, а резистор 1,1 кОм ±10% из другой партии - разброс от 990 до 1210 Ом. Нетрудно заметить, что значения перекрываются).

 

Таблица 2. Ряды номинальных электрических сопротивлений композиционных резисторов

Погрешность	Ряд номинальных сопротивлений
±5%	10, 11, 12, 13, 15, 16, 18, 20, 22, 24, 27, 30, 33, 36, 39, 43, 47, 51, 56, 62, 68, 75, 82, 91
±10%	10, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 565, 68, 82
±20%	10, 15, 22, 33, 47, 68

 

Основой построения рядов номинальных значений сопротив­лений служит условие отсутствия перекрытия. Для каждого значения допуска должен быть свой ряд номинальных значений.

В соответствии с рекомендациями Международной электро­технической комиссии (МЭК) установлены ряды номинальных значе­ний сопротивлений и цветовая кодировка резисторов.

Для ряда Е** число * определяет количество номинальных значений в одной декаде. Например, ряд Е12 (резисторы с допуском ±10%) в пределах декады содержит 12 номинальных значений, у ря­да Е24 (резисторы с допуском ±5%) декада имеет 24 значения. Номинальные значения резисторов с допуском ±1% подчиняются ряду Е96.

Расчет номиналов можно провести на примере Е12. Относи­тельное расстояние (шаг) ряда принимают (для ря­да Е24 , для ряда Е96 ). Тогда первое значение составит , второе - , третье - , четвертое - . Далее , ... .

Фактически все типы резисторов по уровню погрешностей можно разделить на две группы - резисторы низкой точности и резисторы вы­сокой точности. Это обстоятельство ведет к особенностям построения рядов номинальных значений их электрических сопротивлений.

 

Рис. 7. Цветная маркировка компо­зиционных резисторов: пояс 1 – первая значащая цифра номинала; пояс 2 - вторая значащая цифра; пояс

3 - множитель; пояс 4 – погрешность

Наибольшей погрешностью электрического сопротивления обладают резисторы с объемным резистивным элементом, изго­товленным из композиционных материалов, для которых введе­ны следующие классы точности ±5%; ±10% и ±20%. Каждый класс имеет свой ряд номинальных со­противлений (табл. 8.2).

Цветовая маркировка ком­позиционных резисторов состоит из двух цветныхпоясов значащих цифр, и по одному цветному поя­су множителя и величины по­грешности (рис. 7 и табл. 3). К наиболее точным относятся непроволочные углеродистые, металлопленочные и проволочные резисторы, имеющие классы точности ±0,1%; ±0,25%; ±0,5%; ±1% и ±2%. Их номинальные сопро­тивления подчиняются соответствующим рядам (табл. 4) и также могут иметь цветную маркировку. Цветная маркировка этих резисто­ров совпадает с кодировкой композиционных резисторов со сле­дующим дополнением:

Погрешность              Множитель

Коричневый ±1%      Серебряный 10~²

Красный   ±2%

 

Таблица 3. Международная кодировка композиционных резисто­ров цветными поясами

Цвет пояса	Цифра	Множитель	Погрешность	Цвет пояса	Цифра	Множитель	Погрешность
Черный Коричневый Красный Оранжевый Желтый Зеленый	0 1 2 3 4 5	1 101 102 103 104 105	- - - - - -	Синий Фиолетовый Серый Белый Золотой Серебряный Бесцветный	6 7 8 9 - - -	106 107 - - 10-1 - -	- - - - ±5% ±10% ±20%

 

 

Таблица 4. Ряды номинальных электрических сопротивлений резисторов повышенной точности

*	±1%	±2	*	±1%	±2	*	±1%	±2	*	±1%	±2	*	±1%	±2	*	±1%	±2
1,00 1,01 1,02 1,04 1,05	1,00   1,02   1,05	1,0	1,47 1,49 1,50 1,52 1,54	1,47   1,50   1,54	1,50   1,54	2,15 2,18 2,21 2,23 2,26	2,15   2,21   2,26	2,20	3,16 3,20 3,24 3,28 3,32	3,16   3,24   3,32	3,30	4,64 4,70 4,75 4,81 4,87	4,64   4,75   4,87	4,70	6,81 6,90 6,98 7,05 7,15	6,81   6,98   7,15	6,80
1,06 1,07 1,08 1,09 1,10 1,11	1,07   1,10	1,1	1,56 1,58 1,60 1,62 1,64	1,58   1,62	1,60	2,29 2,32 2,34 2,37 2,40	2,32   2,37	2,40	3,36 3,40 3,44 3,48 3,52	3,40   3,38		4,93 4,99 5,05 5,11 5,17	4,99   5,11	5,10	7,23 7,32 7,41 7,50 7,59	7,32   7,50	7,50
1,13 1,14 1,15 1,17 1,18	1,13   1,15   1,16		1,65 1,67 1,69 1,72 1,74	1,65   1,69   1,74		2,43 2,46 2,49 2,52 2,55	2,43   2,49   2,55		3,57 3,61 3,65 3,70 3,74	3,57   3,65   3,74	3,60	5,23 5,30 5,36 5,42 5,49	5,23   5,36   5,49		7,68 7,77 7,87 7,96 8,06	7,68   7,87   8,06
1,20 1,21 1,23 1,24 1,26	1,21   1,24	1,2	1,76 1,78 1,80 1,82 1,84	1,78   1,82	1,8	2,58 2,61 2,64 2,67 2,71	2,15   2,21   2,26	2,7	3,79 3,83 3,88 3,92 3,97	3,83   3,92	3,9	5,56 5,62 5,69 5,76 5,83	5,62   5,76	5,6	8,16 8,25 8,35 8,45 8,56	8,25   8,45	6,8
1,27 1,29 1,30 1,32 1,33 1,35	1,27   1,30   1,33	1,3	1,87 1,89 1,91 1,96 1,98	1,87   1,91   1,96	1,6	2,74 2,77 2,80 2,84 2,91	2,32   2,37		4,02 4,07 4,12 4,17 4,22 4,27	4,02   4,12   4,22		5,90 5,97 6,04 6,12 6,19 6,26	5,90   6,04   6,19	5,1	8,66 8,76 8,87 8,98 9,09 9,20	8,66   8,87   9,09	9,1
1,37 1,38 1,40 1,42 1,45	1,37   1,40   1,43		2,00 2,03 2,05 2,08 2,13	2,00   2,05   2,10	2,0	2,43 2,46 2,49 2,52 2,55	2,94   3,01   3,09	3,0	3,57 3,61 3,65 3,70 3,74	4,32   4,42   4,59	4,3	6,34 6,42 6,49 6,57 6,65 6,73	6,34   6,49   6,65		9,31 9,42 9,53 9,65 9,76 9,98	9,31   9,53   9,76

 

 

 

На резисторы с погрешностью ±2% наносят четыре цветных полосы, а на резисторы с погрешностью * - пять полос. Вместо цветных полос наиболее точные резисторы часто имеют четырех­разрядную цифрознаковую маркировку. Первые три цифры соответ­ствуют значащей величине сопротивления, а последняя цифра -показателю степени десятичного множителя (например, 10⁰;10¹-10³ и т.д.). Так, для прецизионного резистора с электрическим сопротив­лением 1270 Ом используют обозначение 1271 (т.е. 127·10¹). Если значение электрического сопротивления не заканчивается нулем, то используется международное буквенное обозначение десятичного разделителя. Например, 12R7 = 12,7 Ом.

Существует еще один способ обозначения номинального со­противления резисторов, состоящий из трех значащих цифр и меж­дународного буквенного множителя: R, Е = Ом; К = тысяч Ом; М = мега Ом (например, 53,6R = 53,6 Ω; 53,6К = 53 600 Ω).

Следует отметить, что имеются специальные типы резисто­ров, номинальные сопротивления которых не соответствуют упоми­навшимся выше рядам. К таким резисторам относятся.

сверхточные (±0,002%) и сверхстабильные резисторы (име­ют прецизионный проволочный резистивный элемент, расположен­ный на специальном основании);

высоковольтные резисторы (рабочее напряжение составляет несколько киловольт);

высокоомные резисторы (с металлопленочными и металлоокисными резистивными элементами);

резистивные сборки (наборы металлопленочных резисторов, предназначенных для применения в цифровых вычислительных уст­ройствах, например, в цепях шинных формирователей);

Безындукционные резисторы (проволочный резистивный эле­мент выполнен бифилярной намоткой, т.е. двойным проводом);

Мощные резисторы (фольга или проволока резистивного элемента замурована при высокой температуре в керамическом ос­новании с помощью стекловидной эмали).

РАССЕИВАЕМАЯ МОЩНОСТЬ

Номинальная рассеиваемая мощность P_ном - наибольшая мощность, которую резистор способен рассеивать в течение срока эксплуатации при сохранении своих характеристик в пределах до­пусков. Значение P_ном зависит от применяемых материалов, конст­рукции резистора и внешних воздействий.

 

КОЭФФИЦИЕНТ СОПРОТИВЛЕНИЯ (ТКС)

Особенность ТКС металлопленочных и композиционных рези­сторов (в отличие от углеродистых и бороуглеродистых) состоит в отсутствии гарантии изготовителем знака этого показателя. Диапа­зон изменения ТКС резисторов типа МЛТ представлен в табл.5.

 

Таблица 5. Температурный коэффициент сопротивления некоторых типов непроволочных резисторов

Диапазон номинальных сопротивлений, Ом	ТКС 10-6 1/°С в интервале температур, °С
	от -60 до +20	от +20 до +125
Резисторы металлопленочные типа МЛТ
До 104 1,1 104 … 106 Свыше 106	±1200 ±1200 ±1200	±600 ±700 ±1000
Резисторы углеродистые типа ВС
До 9,1 103 9,1 103 … 0,24 106 0,24 106 … 106 Свыше 106	-800 -1200 -2000 -2500	-500 -800 -1200 -1500
Резисторы бороуглеродистые типа БЛП
	-200…-250	-120…-200

 

УРОВЕНЬ СОБСТВЕННЫХ ШУМОВ

Возникновение шумов резисторов обусловлено несколькими причинами. Во-первых, изменением объемной концентрации элек­тронов материала резистивного элемента, которая подвержена флуктуациям из-за тепловых колебаний кристаллической решетки. Такой шум называют тепловым. Ему присущ широкий непрерывный спектр приблизительно одинаковой интенсивности. В резистивном элементе зернистой структуры в виде тонкой пленки кроме теплово­го возникает также токовый шум. Вызванный изменением контактных сопротивлений между зернами и зависящий от длины резистивной дорожки, степени зернистости, электрического сопротивления зерен.

Действующее значение шумов, отнесенное к постоянному на­пряжению, приложенному к резистору, называется уровнем шумов.

Уровень собственных шумов резисторов различен. К первой группе относятся металлопленочные резисторы с уровнем собст­венных шумов не более 1 мкВ/В, ко второй - не более 5 мкВ/В. Для композиционных резисторов уровень собственного шума может достигать 10 мкВ/В и более.

ПРЕДЕЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ

Наибольшая амплитуда напряжения, приложенная к резистору при нормальных условиях и которая не вызывает нарушения его ра­ботоспособности в течение эксплуатации, называется номинальным напряжением (U_ном). Для высокоомных резисторов основным фак­тором, определяющим предельное напряжение, является электри­ческий пробой (перекрытие электрической дугой по поверхности ре­зистивного элемента). Электрический пробой определяется разме­рами резистора (расстоянием l, мм, между выводами), способом монтажа и уровнем атмосферного давления р (мм рт. ст.). Значение предельного напряжения U_np ограничивается неравенством: [В]. Выполнение этого условия дает возможность

нормального функционирования резисторов при пониженном атмо­сферном давлении до 5...100 мм рт. ст. (т.е. до высот 15...30 км).

В импульсных цепях предельные напряжения могут в несколь­ко раз превышать U_пр непрерывного режима при условии, что сред­няя рассеиваемая мощность не более допустимой.

СТАБИЛЬНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

Значение электрического сопротивления резисторов в течение эксплуатации изменяется как под действием внешних факторов (температура, влажность, давление окружающего воздуха, механи­ческие, радиационные и прочие воздействия), так и внутренних при­чин (физико-химические процессы в резистивном элементе, мате­риалах корпуса и защитных покрытиях). Эти изменения могут иметь обратимый (возвращение сопротивления к исходному значению при прекращении воздействия) и необратимый характер (остаточные явления).

Стабильность резисторов оценивается коэффициентами теп­лостойкости, влагостойкости, механической стойкости, радиацион­ной стойкости и др.

Накопленные остаточные явления в резисторах приводят к их старению, которое наблюдается не только при эксплуатации рези­сторов в составе РЭС, но и при хранении. Причины старения кроют­ся в сложных процессах, протекающих в материалах резистивного элемента и контактах токосъемных узлов.

При хранении тонкопленочных резисторов вначале (в первый год) наблюдается небольшое снижение сопротивления (на 1...2%), а затем его рост. Высокоомные резисторы этих типов имеют коэф­фициент старения 3...5%. За последующие 5-10 лет старение ком­позиционных резисторов - в два-три раза значительнее.

При эксплуатации резисторов в составе РЭС показатель их старения зависит от электрической нагрузки и окружающих условий.

Причинами старения служат локальные перегревы резистивного элемента, электролитические процессы на увлажненной по­верхности пленочного резистора со спиральной нарезкой, окисление контактного узла выводов.

Основными причинами старения проволочных резисторов во время эксплуатации являются действия внутренних механических напряжений, возникающих в процессе намотки провода на каркас, а также структурные изменения в сплавах в местах спая с выводами резистора и изменения свойств стеклянной изоляции.

Конструкция резисторов и используемые материалы

Конструкция резистора учитывает назначение резистора дан­ного типа, условия эксплуатации, особенности используемых мате­риалов.

Рис. 8. Осевые и радиальные тапы выводов непроволочных резисторов

общего применения

Конструктивно непрово­ лочный резистор, чаще всего, представляет собой изделие, состоящее из неразъемно со­единенных основания, с укреп­ленным на нем резистивным элементом и электрическими выводами, которые могут иметь осевое или радиальное (рис. 8.8) расположение.

По способу защиты от внешних воздействий резисторы под­разделяются на неизолированные (не допускают касания своим кор­пусом металлических частей РЭС), изолированные (имеют изоляци­онное покрытие и допускают касание корпуса), герметизированные (имеют защитный герметичный корпус из прессованного компаунда), вакуумные (резистивный элемент помещен в стеклянную колбу).

Для металлопленочных резисторов в качестве материалов резистивного элемента применяют металлы и сплавы толщиной несколько микрометров. Углеродистые и бороуглеродистые рези­сторы имеют в качестве резистивного элемента пленку пиролитического углерода или борорганических соединений. К толстопленочным материалам резистивных элементов относятся керметы (спеченная композиция порошков керамики и сплавов металлов), сажа с наполни­телями, проводящие пластмассы, получаемые специальной термообработкой.

Материалами резистивного элемента композиционных рези­сторов является гетерогенная смесь проводящего вещества (например, графита или сажи) с органическими или неорганическими связующими смолами (например, эпоксидными, кремнийорганическими), наполнителем, пластификатором и отвердителем. Таким способом удается изготавливать композиционные резисторы с элек­трическим сопротивлением от долей ома до нескольких тераом. Не­достатками композиционных резисторов следует считать заметную зависимость электрического сопротивления от приложенного напря­жения и рассеиваемой мощности, а также значительный уровень собственных шумов из-за зернистости структуры резистивного эле­мента. Эта же особенность является причиной постепенного изме­нения электрического сопротивления (старения) при длительной нагрузке.

Проволочные постоянные ре­зисторы имеют наиболее простую конструкцию (рис. 9), включающую проволочный резистивный элемент, керамическую основу, электрические выводы и покрытие (глазурованная эмаль).

 

Рис. 9. Типовые конструкции постоянных проволочных ре­зисторов общего применения

В проволочных резисторах при­меняется проволока из сплавов с вы­соким удельным сопротивлением, до­статочной механической прочностью, термостойкостью, технологич­ностью (способностью протягиваться в проволоку диаметром поряд­ка сотых долей миллиметра). Наиболее часто в производстве про­волочных резисторов используются сплавы: манганин (Сu 86%; Mn 12%; Ni 2%), нихром (Ni 60%; Сr 15%; Fe 25%), константан (Сu 60%; Ni 40%).

Существенным достоинством проволочных резисторов явля­ется стабильность ТКС в широком диапазоне температур, хотя име­ет место заметный разброс начальных значений ТКС в партии рези­сторов.

Сплавы с высоким удельным сопротивлением из-за окисной пленки на поверхности проволоки плохо поддаются пайке и поэтому соединение с выводами производится сваркой. Места сварки оказы­ваются хрупкими и, вследствие пористости, подверженными разру­шению от коррозии во время эксплуатации РЭС. что требует специ­альных мер защиты.

Проволочные резисторы характеризуются относительно высо­кой стоимостью, значительной собственной индуктивностью и емко­стью. Кроме того, в нагретом контакте константана с медными выво­дами возникает заметный уровень термоЭДС. что препятствует ис­пользованию таких проволочных резисторов в измерительных цепях.

Резисторы переменного электрического сопротивления предна­значены для регулирования тока во время эксплуатации РЭС (много­кратное изменение сопротивления) или для относительно редкого изменения сопротивления (при настройке и профилактике РЭС).

 

Рис. 10. Конструкция переменного непроволочного резистора

 

Конструкция переменных непроволочных резисторов об­щего назначения (рис. 10) включает резистивный элемент, укрепленный на основании, ось с' поводком и контактной щеткой, резьбовую втулку с крепежной гайкой и защитный кожух. Последний электрически соединен с корпусом блока через втулку и предназначен для электрического экранирования и защиты от пыли. К сожалению, защита не является герметичной. У движковых перемен­ных непроволочных резисторов отсутствуют пылезащита и оболочка эк­ранирования.

Рис. 11. Функциональные характеристики переменных резисторов: а - линейная; б - логарифмическая; в - обратнологарифмическая

 

Функциональная характеристика переменного непроволочного резистора отражает зависимость электрического сопротивления меж­ду подвижным контактом (контактной щеткой поводка) и одним из не­подвижных контактов подковообразного резистивного элемента от угла поворота оси резистора с поводком. Чаще других используются резисторы с линейной зависимостью (рис. 8.11, кривая а). Резисторы с логарифмической зависимостью (рис. 11 кривая 6) характеризу­ются постоянным приростом (константа к) сопротивления R на еди­ницу угла поворота ,где -начальное сопротивление.

 

 

 

Рис. 12. Внешний вид некоторых типов полупроводниковых резисторов:

а - терморезистор: б - варистор; б-фоторезистор

 

Переменные непроволоч­ные резисторы с обратнологарифмической зависимостью име­ют характерный начальный уча­сток при малых углах поворота:

.

В реальных переменных непроволочных резисторах функ­циональные зависимости сопро­тивления от угла поворота не имеют столь плавного изменения (пунктирные линии), поскольку, из-за особенностей технологиче­ского процесса их производства, осуществляется сопряжение от­дельных участков резистивного слоя с отличающимися сопротивле­ниями.

В процессе перемещения подвижного контакта переменного резистора возникают шумы, уровень которых составляет единицы милливольт на вольт. По мере износа резистивного элемента шумы возрастают и могут достигнуть 10...100 мВ/В.

Полупроводниковые резисторы, предназначенные для спе­цифического применения (терморезисторы, фоторезисторы и варисторы), имеют в своем составе в качестве материалов резистивного элемента сложные композиции веществ, исходными составляющими которых являются оксидные полупроводники вида: Mn₃O₄;Co₃O₄; СuО;СоО; NiO; CdS; CdSe; PbS.

Полупроводниковые терморезисторы (термисторы) значи­тельно изменяют свое электрическое сопротивление (линейно или нелинейно) при изменении температуры их корпуса (рис. 12, а). Они используются, в основном, в качестве термочувствительных элементов систем управления и контроля. Важнейшими характери­стиками терморезисторов являются: коэффициент энергетической чувствительности (тепловую мощность, которую необходимо под­вести для изменения его электрического сопротивления на 1%): по­стоянная времени (интервал времени, в течение которого темпера­тура терморезистора повышается до +63°С при перенесении его из воздушной среды с температурой 0°С в воздушную среду с темпера­турой +100°С); максимальная рабочая температура.

Терморезисторы имеют обозначение ММТ (медно-марганцевые), КМТ (кобальто-марганцевые) и СТ (сопротивление термо­чувствительное).

Фоторезисторы - светочувствительные компоненты РЭС, (Рис. 12, в) в которых электрическая проводимость полупроводни­кового материала изменяется под воздействием электромагнитного излучения (от инфракрасного до ультрафиолетового). Основное применение фоторезисторов в составе РЭС - датчики светового по­тока. Важнейшими характеристиками фоторезисторов являются: темновое сопротивление (сопротивление в отсутствие внешнего облучения); темновой ток (ток при рабочем напряжении в отсутст­вие внешнего облучения); кратность изменений сопротивления (отношение сопротивлений при воздействии и отсутствии облуче­ния); постоянной времени (интервал времени нарастания и спада тока при воздействии прямоугольного импульса облучения); блина волны максимальной чувствительности.

Варисторы - полупроводниковые резисторы (рис. 12, б) с ярко выраженной нелинейной зависимостью электрического со­противления от приложенного напряжения. Они используются в це­пях стабилизации напряжений и токов, защиты от перенапряжений, в преобразователях частоты и напряжений, для регулировки в сис­темах автоматического управления, измерителях и др. Основными характеристиками варисторов являются: коэффициент нелинейно­сти (отношение статического сопротивления в рабочей точке к ди­намическому сопротивлению в этой же точке); допустимая мощ­ ность рассеяний; рабочие ток и напряжение.

 

Особенности применения резисторов

РАБОТА РЕЗИСТОРА В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

 

Некоторые сведения по областям применения резисторов наи­более распространенных типов сведены в табл. 6, в которой указа­ны их ключевые свойства и основные технические характеристики.

Резисторы могут успешно выполнять свои функции как в цепях постоянного, так и переменного токов. Однако включение резистора в цепь переменного тока требует учета некоторых особенностей.

Идеальный резистор в цепи переменного тока гармонической формы имеет чисто активное сопротивление. Из этого следует, что на этом сопротивлении происходит падение напряжения при протекании тока . Временные зависимости и показывают, что напряжение и ток идеаль­ного резистора являются синфазными (рис. 13, а).

Векторная диаграмма в поле действительной и мнимой частей напряжения и тока (рис. 13, б) отражает совпадение фаз.

Электрическое сопротивление реального резистора на пере­менном токе зависит от частоты тока из-за наличия распределенных емкости и индуктивности резистивного элемента, поверхностных яв­лений и диэлектрических потерь в изоляционных материалах.

 

Рис. 13. Временные и векторная диаграммы тока и напряжения в цепи идеального резистора

 

Таблица 6. Области применения постоянных и переменных резисторов

Область применения	Тип резистивного элемента	Ключевое свойство	Рассеиваемая мощность	ТКР	Диапазон сопротивлений
Общее применение Погрешность > ±5% ТКР > 200 10-6, 1/°С	Композиционные Проволочные Фольговые	Низкая стоимость Малый ТКР Мощные низковольтные Стабильность Низкая стоимость	0,125…2 Вт 0,5…2 Вт 2…50 Вт 0,25…5 Вт 0,125…2 Вт	> ± 500 > ± 200 > ± 200 > 200 ± 150	1 Ом … 100 МОм 0,1 Ом … 30 кОм 0,1 Ом … 30 кОм 10 Ом … >1 МОм 10 Ом … 10 МОм
Высокая мощность	Проволочные остеклованные	Невысокая стоимость	2…50 Вт	> ± 200	0,1 Ом … 30 кОм
Погрешность < ±1% ТКР > 100 10-6, 1/°С	Тонкопленочные Проволочные остеклованные	Точность Устойчивость к воздействиям	0,1…2 Вт 0,1…2 Вт	± 20 < ± 200	0,1 Ом … 1 МОм 1 Ом … 1 МОм
Сверхточные        < ±0,5% ТКР < 25 10-6, 1/°С	Тонкопленочные	Точность	0,05…0,5 Вт	<± 25
Проволочные	Проволочные Объемные композиционные Углеродистые	Малый ТКР Устойчивость к воздействиям Низкая стоимость	5 Вт (+70°С) 12 Вт (+70°С) 5 Вт (+70°С)	± 20 ± 250… 500 ± 300… 2000	10 Ом…100 кОм 500 Ом…2 МОм 100 Ом…2 кОм
Резистивные сборки	Толстопленочные Тонкопленочные	Низкая стоимость Устойчивость	< 2 Вт / сборка < 2 Вт / сборка	<± 200 <± 100	10 Ом…10 МОм 10 Ом…1 МОм

 

ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ ЭФФЕКТЫ

 

Собственная емкость резистора присутствует в резистивном элементе и выводах. Собственная индуктивность резистора опреде­ляется длиной резистивного элемента и конфигурацией выводов. Наименьшие значения собственных емкостей и индуктивностей при­сущи непроволочным резисторам (пленочным и объемным), наи­большие - проволочным, поэтому они в высокочастотных цепях ис­пользуются редко.

На рис. 14 представлены изменения полного сопротивления R относительно сопротивления постоянному току Ro для компози­ционных (кривая 1), металлопленочных (кривая 2) и углеродистых (кривая 3) резисторов, из которых видна широкополосность углеро­дистых резисторов.

Рис. 14. Относительное изменение полного сопротивления непроволочных резисторов от частоты

 

КОЭФФИЦИЕНТ НАПРЯЖЕНИЯ

 

Приложение к резистору значительных по амплитуде напря­жений изменяет его электрическое сопротивление, которое характе­ризуют относительным изменением: ; где - сопро­тивление резистора при напряжении, соответствующем 10% номинальной мощности рассеяния; - сопротивление резистора при напряжении, соответствующем 100% номинальной мощности пас сеяния (если напряжение 100% мощности рассеяния превышает предельное рабочее напряжение на резисторе, то измерения прово­дят при 10 и 100% предельного напряжения).

Коэффициент напряжения оценивают по вольтамперной ха­рактеристике (ВАХ) резистора:

, где φ-угол наклона ВАХ (рис. 15.).

 

 

Рис. 15. Вольтамперная характеристика резистора

 

Наиболее чувствительны к при­ложенному напряжению элек­трическое сопротивление композици­онных резисторов. Причины, вызы­вающие отклонение ВАХ от закона Ома, определяются материалами ре­зистивного элемента, их однородно­стью, дисперсностью структуры, каче­ством контактного узла. Значительное влияние на уровень  оказывают размеры зерен резистивного элемента и градиента напряжения из-за сильной зависимости проводимости зазоров между зернами и диэлектрических прослоек от приложенно­го напряжения. Под действием непрерывной электрической нагрузки возможно возникновение локальных перегревов в местах с дефек­тами и рост величины .

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ

 

В составе РЭС резисторы применяются при электрических на­грузках, имеющих значительное разнообразие (постоянная, им­пульсная, смешанная нагрузка). Протекающий ток вызывает нагрев резистора (нагрев выделяющейся тепловой энергией). Кроме того, резистор испытывает тепловое воздействие от соседних компонен­тов и окружающей среды. Наименее термостойкими являются резистивный элемент и контактный узел.

В свою очередь, выделяющаяся на резисторе тепловая энер­гия передается в среду его размещения путем теплопроводности, термоизлучения и конвекции. У резисторов средней и большой мощ­ности рассеяния преобладают конвекция и термоизлучение. Отвод тепловой мощности у малогабаритных резисторов (особенно рези­сторов для поверхностного монтажа) в наибольшей степени опреде­ляется теплопроводностью электрических выводов.

 

Рис. 16. Изменение температу­ры вдоль образующей резистора

 

Даже в условиях стационар­ного теплового режима (термиче­ского равновесия) температура нагрева вдоль образующей резистивного элемента неодинакова (рис. 16, кривая а) вследствие различий в теплоотдаче. Электри­ческие выводы резистора отводят часть его тепловой энергии рас­сеяния. Для интенсификации их теплопередающей способности шаг нарезки резистивного слоя де­лают крупным на краях, примы­кающих к контактному узлу. (В этом случае распределение температу­ры по длине резистора соответст­вует кривая б.)

В импульсном режиме возмо­жен выход из строя резистора вследствие локальных перегревов резистивной дорожки и пробоя воз­душного промежутка между смеж­ными витками спиральной ленты из-за неоднородности пленки.

Для каждого типа резисторов известна максимальная температу­ра окружающего воздуха, при кото­рой его можно нагружать номиналь­ной мощностью без существенного изменения свойств резистивного элемента. Например, у непроволоч­ных резисторов эта температура составляет 100...120°С. При более высоких температурах рассеиваемая мощность должна быть сниже­на (рис. 17).

Рис. 17. Кривая снижения рассеиваемой мощности непроволочных резисторов

 

Наличие принудительного охлаждения (например, обдува) по­зволяет повысить нагрузку. При снижении атмосферного давления нагрузку непроволочных резисторов необходимо корректировать уменьшением рассеиваемой мощности приблизительно на 1% на каждые 10 мм рт.ст. (приблизительно 10³ Па).

СТАРЕНИЕ РЕЗИСТОРОВ

 

В течение эксплуатации происходят структурные изменения материала резистивного элемента из-за продолжающегося (после изготовления) процесса кристаллизации, электрохимического окисления зерен, изменения переходных контактов. Эти явления вызывают старение - постепенное изменение электрического сопротивления. Величина такого изменения составляет единицы процентов в год. Скорость старения возрастает в условиях повышенных темпе­ратур, уровней влажности воздушной среды и при высокой электри­ческой нагрузке. Качественно изготовленные проволочные резисто­ры практически не подвержены старению.

 

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: