2. радиокомпоненты резисторы
 Скачать 1.13 Mb.
|
|
1 2.РАДИОКОМПОНЕНТЫ 2.1.Р ЕЗИСТОРЫ Резистор - это элемент электронной аппаратуры, предназначенный для создания в электрической цепи заданной величины активного электрического сопротивления. Особенностью резистора является то, что электрическая энергия превращается в нем в тепловую и рассеивается. Часть конструкции резистора, в которой реализуется свойство активного сопротивления, называется резистивным элементом. Резисторы – это самые распространенные компоненты в составе ЭС. 2.1.1.Классификация 1. По принципу создания резистивного элемента все резисторы делятся на: - проволочные (резистивный элемент – проволока из сплавов с высоким удельным сопротивлением), - непроволочные, которые делятся на: - пленочные (резистивный элемент выполнен в виде проводящей пленки, нанесенной на диэлектрическое основание); - объемные (резистивный элемент выполнен в виде объемного тела из материала с высоким удельным сопротивлением). 2. По постоянству значения сопротивления: - постоянные (имеют фиксированное, заданное при изготовлении сопротивление), - переменные (у них есть возможность изменять значение сопротивления), - специальные (их сопротивление зависит от внешних факторов). Постоянные резисторы по назначению в свою очередь делятся на: - общего назначения, - прецизионные (в т.ч. высокостабильные) (с допусками менее 1%), - высокочастотные (имеют малые реактивные параметры) (с рабочими частотами более 10 МГц), -высоковольтные (используются в высоковольтных цепях с напряжением свыше 3000 В), - высокоомные (с сопротивлением более 100 Мом), - миниатюрные (с мощностями рассеяния менее 0,125 Вт). Переменные резисторы делятся: По назначению: - регулировочные (предназначены для регулировки ЭС в процессе эксплуатации), - подстроечные резисторы (предназначены для установки режимов ЭС при ее производстве или налаживания после ремонта); у подстроечных резисторов ось обычно оканчиваются шлицом под отвертку. По характеру изменения сопротивления: 2 - линейные, - нелинейные. По конструктивному исполнению: - одинарные и сдвоенные, - одно- и многооборотные, - с выключателем и без него. Специальные резисторы делятся на: - варисторы (нелинейные резисторы, их сопротивление зависит от величины протекающего через них тока или приложенного к ним напряжения; Используются для стабилизации и ограничения напряжения.); - терморезисторы (их сопротивление зависит от температуры; Существуют как с отрицательным значением ТКС (термисторы), так и с положительным (позисторы).); - фоторезисторы (сопротивление зависит от освещенности); - магниторезисторы (сопротивление зависит от индукции внешнего магнитного поля; Используется магниторезистивный эффект (эффект Гаусса)); - тензорезисторы (сопротивление зависит от величины механических деформаций). 2.1.2.Основные параметры 1. Номинальное сопротивление ном R - основной параметр резистора. Номинальные сопротивления резисторов стандартизованы. Для постоянных резисторов существует шесть рядов номинальных сопротивлений (ГОСТ 2825-67): Е6, Е12, Е24, Е48, Е96, Е182 (есть дополнительный ряд Е3). Для переменных резисторов используется ряд Е6 номинальных сопротивлений. Здесь число, стоящее после буквы Е в обозначении ряда, называется показателем ряда и указывает число номиналов сопротивлений в десятичном промежутке. Номинал внутри ряда определяют как произведение предыдущего значения номинала на шаг ряда, равный N 1 10 , где N - показатель ряда. Например, для ряда Е6 47 , 1 10 6 1 . В результате получаем следующий ряд номинальных сопротивлений: 1; 1,5; 2,2; 3,3; 4,7; 6,8. Номинальное сопротивление резисторов кодируются (ГОСТ 11076-69) и состоит из цифр, обозначающих номинальное сопротивление, и буквы, обозначающей единицу измерения сопротивления и используемой в качестве запятой. Для сопротивлений до 99 Ом это буква Е (или R- латинский код) (например, 47Е – это 47 Ом). Для сопротивлений от 100 Ом до 99 кОм буква к (например, 4к7 – это сопротивление 4.7 кОм), для сопротивлений от 100 кОм до 99 Мом – буквой М (например, 1М – это 1 МОм). На постоянных резисторах допускается маркировка номинального сопротивления с помощью цветных маркировочных полос. При этом номинальное сопротивление записывается в Омах и выражается двумя цифрами и множителем n 10 , где n – целые числа от -2 до +9. Цвет первой полосы обозначает первую значащую цифру номинала, второй – вторую 3 цифру, третьей – множитель. Например, черный цвет обозначает цифру 0 и множитель 1, коричневый – цифру 1 и множитель 10 и т.д. 2. Допуск на номинальное сопротивление – разница между номинальным и возможным действительным значением сопротивления, отнесенная к номинальному значению. Выражается в процентах. Допустимые отклонения номинальных сопротивлений также нормализованы (ГОСТ 9667-74) и могут иметь значения, выбираемые из ряда: 0,01, 0,02, 0,05, 0,1, 0,25, 0,5, 1,0, 2,0, 5,0, 10,0, 20,0, 30,0%. В резисторах общего применения номиналы сопротивлений согласованы с допусками таким образом, что получается так называемая “безотходная” шкала. При этом номинал и допуск одного резистора примыкают к номиналу и допуску соседнего. Поэтому изготовленный резистор обязательно попадает в одну из номинальных групп. При этом, чем меньше допуск, тем больше номиналов в ряду. Например, для Е6 допуск должен быть % 20 , для ряда Е12 % 10 , …, Е192 % 5 0 Допустимые отклонения сопротивления от номинального может маркироваться буквами, которые в этом случае ставятся сразу после кода номинала. Например, ±20% - В (русский код) или М (латинский код), ±10% - С (русский) или К (латинский), ±5% - И (русский) или J (латинский). Например, 8 , 6 ном R Ом 10 % кодируется как 6Е8С (русский код) или 6R8К (латинский код). Допуск может быть указан с помощью цветовой маркировочной полосы (это четвертая по порядку, следующая после номинала полоса). Например, коричневая полоса - это ±1%, красная - ±2%, золотистая - ±5%, серебристая - ±10%. Если только три полосы, то допуск ±20%. 3. Номинальная мощность рассеяния ном P - максимальная допустимая мощность, которую способен рассеивать резистор в течение срока службы при непрерывной электрической нагрузке, сохраняя свои параметры в допускаемых пределах. Значения номинальных мощностей стандартизованы и установлены согласно ГОСТ 24013-80 и ГОСТ 10318-80: 0,01; 0,025; 0,05; 0,125; 0,25; 0,5; 1,0; 2,0; 5,0; 8,0; 10; 16; 25; 50; 100; 160; 250; 500 Вт. 4. График нагрузки (рис.1.1) – зависимость коэффициента электрической нагрузки резистора Н K от температуры, ( ном доп Н P P K ). График нагрузки позволяет определить допускаемую мощность рассеяния доп P резистора при различных температурах. T н T мах 0 T в 0,4 0,2 0,6 0,8 1 T К н Рис.1.1.График нагрузки. - нижнее значение температуры окружающей среды; - верхнее значение температуры окружающей среды; - максимальное значение температуры окружающей среды при номинальной мощности рассеяния. 4 5. Предельное рабочее напряжение пр U - максимальное напряжение, которое способен выдержать резистор в нормальных условиях эксплуатации. Определяется возможностью пробоя резистора. Максимальное напряжение, которое может быть подано на резистор, не должно превышать напряжения, рассчитанного исходя из номинальной мощности рассеяния и номинального сопротивления (с учетом допуска): ) ( max ном ном ном R R P U 6.Температурный коэффициент сопротивления R характеризует температурную стабильность резистора и равен относительному изменению сопротивления резистора при изменении температуры на один градус: 0 1 R T R R , где: R - изменение сопротивления резистора при изменении температуры на T градусов, 0 R - сопротивление резистора при температуре 0 T (нормальные условия). 7.Уровень собственных шумов. В резисторах действуют шумы двух видов: собственные шумы и шумы скольжения. Собственные шумы делятся на тепловые и токовые. Возникновение тепловых шумов связано с флуктуацией объемной концентрации электронов в микрообъемах резистивного элемента, что обусловлено тепловым движением электронов. Тепловые шумы имеют широкий непрерывный спектр, приблизительно одинаковой интенсивности, и существуют независимо от тока, протекающего по резистору. Их уровень зависит от температуры и не зависит от материала резистивного элемента: ) ( 4 1 2 f f kTR e T , где: к – постоянная Больцмана; Т – абсолютная температура; f 1 , f 2 – верхняя и нижняя частоты диапазона, в котором производятся измерения. Например, при R=1Мом, 1 2 f f =5 КГц, T e =10 мкВ. Токовые шумы возникают при протекании электрического тока через резистивный элемент. Они обусловлены флуктуациями контактных сопротивлений между зернами материала резистивного элемента. Эти флюктуации являются следствием изменения площади контактирования между зернами, нарушением контакта и образованием новых проводящих цепочек, возникающих из-за микропробоев. Их интенсивность выше в НЧ диапазоне, уровень сильно зависят от материала (его однородности) и величины тока, По уровню токовые шумы значительно выше тепловых. Количественной характеристикой собственных шумов является их уровень, который выражается в мкВ на В приложенного напряжения ] [ 0 В мкВ U U E Ш Ш 5 Для реальных резисторов он лежит в пределах (0,5–40) мкВ/В. Если уровень шумов постоянного резистора меньше 1 мкВ/В, на его корпусе ставится буква А, при уровне менее 5 мкВ/В – буква Б. Шумы скольжения (вращения) возникают в переменных резисторах в динамическом режиме при движении подвижного контакта по резистивному элементу. Уровень этих шумов зависит от однородности свойств резистивного элемента, а также от силы прижима и скорости перемещения подвижного контакта. Их уровень значительно выше тепловых и токовых. Выражают в мВ. 8.Функциональная характеристика является специфической характеристикой переменных резисторов. Функциональная характеристика – зависимость сопротивления переменного резистора от положения подвижного контакта. Рис.1.2. Функциональные характеристики А - линейная; Б - логарифмическая; В - обратнологарифмическая; И - специальная; Е - специальная. По виду функциональной характеристики переменные резисторы разделяются на линейные и нелинейные. Виды функциональных характеристик переменных резисторов показаны на рис.1.2, где П R – сопротивление между крайними выводами; R – сопротивление между левым и центральным выводами при вращении по часовой стрелке (если смотреть со стороны оси); П – полный угол поворота. Резисторы группы А имеют линейную зависимость сопротивления от угла поворота. Переменные резисторы с логарифмической функциональной характеристикой типа Б имеют резкое изменение сопротивления на начальном участке регулирования. Они используются для регулировки тембра. Переменные резисторы с обратнологарифмической функциональной характеристикой типа В характеризуются резким изменением сопротивления на конечном участке регулирования. Они используются для регулировки громкости и яркости. Известно, что чувствительность органов чувств человека подчиняется логарифмическому закону. Если громкость пропорциональна логарифму напряжения, а сопротивление резистора (ему пропорционально напряжение) изменяется в соответствии с характеристикой 6 типа В, то уровень громкости (в дБ) оказывается прямо пропорциональным перемещению подвижного контакта. Функциональные характеристики типов Е и И бывают только у сдвоенных резисторов. Причем один из них имеет характеристику типа Е, другой типа И, оба резистора имеют одну общую ось. Такие резисторы применяют в регуляторах стереобаланса. 2.1.3.Эквивалентная схема резистора (схема замещения) На схеме R R — сопротивление резистивного элемента; R из — сопротивление; R R – сопротивление резистивного элемента; R к – сопротивление контактов (учитывается только для низкоомных резисторов); R из – сопротивление изоляции (из-за токов утечки через защитный слой и диэлектрическое основание; учитывается только для высокоомных резисторов); L R – индуктивность резистора (определяется конструкцией резистора; учитывается на ВЧ); C R – собственная емкость резистора (определяется конструкцией резистора; учитывается на ВЧ); C в1 и C в2 – емкость относительно корпуса прибора. 2.1.4.Система обозначений В соответствии с действующей сейчас системой (ОСТ 11.074.009-78) сокращенное обозначение резистора состоит из трех элементов. Первый элемент – буква или буквы: Р – резистор постоянный, РП – резистор переменный, ТР – терморезистор с отрицательным значением ТКС, ТРП – терморезистор с положительным ТКС (позистор), ВР – варистор постоянный, ВРП – переменный варистор, НР - набор резисторов. Второй элемент (цифра, обозначает вид материала резистивного элемента, только для Р и РП): 1 – непроволочный, 2 – проволочный или металлофольговый. Третий элемент – порядковый номер разработки. Между вторым и третьим элементом ставится дефис: Р1-26, РП1-46, ТР-7, ВРП-14. 7 До введения указанного выше стандарта, по классификации, действовавшей до 1980 года (ГОСТ 13453-68), резисторы обозначались по другой системе. Первый элемент: С – резистор (раньше резисторы называли сопротивлениями) постоянный, СП – резистор переменный, СН – варистор (нелинейный резистор), СТ – терморезистор, СФ – фоторезистор. Второй элемент (обозначает вид материала резистивного элемента), для резисторов групп С и СП: 1 – непроволочные тонкослойные углеродистые и бороуглеродистые 2 – непроволочные тонкослойные металлопленочные, металлодиэлектрические и металлоокисные; 3 – непроволочные композиционные пленочные; 4 – непроволочные композиционные объемные; 5 - проволочные; 6 - непроволочные тонкослойные металлизированные для СВЧ частот. Для резисторов прочих групп – это тоже обозначение материалов, но других. Третий элемент - число (может быть с буквами), обозначающее порядковый номер разработки, конструктивные особенности. Например, С2-33, СПЗ-16. СТ1-3, СФ3-5. 2.1.5.Условные графические обозначения Приведены в ГОСТ 2.728-74. Позиционное обозначение резистора на схемах электрических принципиальных – латинская R. - постоянный резистор, - резистор с отводом, - реостат, - потенциометр, - подстроечный резистор - варистор, 8 - терморезистор, - резистор мощностью 0,125 Вт. 0,25 Вт 0,5 Вт 1 Вт 2 Вт 5Вт - сдвоенный переменный резистор. 2.1.6.Разновидности резисторов 2.1.6.1.Непроволочные резисторы Их достоинства по сравнению с проволочными резисторами: - широкая номенклатура номинальных сопротивлений и мощностей, - малые значения паразитных L и С, - меньшие габариты и стоимость. Разновидности: 1. Углеродистые и бороугреродистые. По конструкции пленочного (поверхностного) типа. Пиролитический углерод, получаемый путем разложения углеводородов (чаще всего гептана) в вакууме или среде инертного газа при высокой температуре, осаждается в виде пленки на керамическом основании цилиндрической формы. Пленка углерода имеет толщину 0,1-0,01 доли мкм. Резисторы со сплошным углеродистым слоем имеют сопротивление от долей Ом до 25 кОм. Для увеличения R применяют нарезку спирали на специальных станках. Меняя шаг нарезки, можно увеличить R в (500-800) раз. В бороуглеродистых резисторах имеется добавка бора, уменьшающая ТКС. Достоинства: небольшой отрицательный ТКС, высокая стабильность характеристик, низкий уровень шумов, стойкость к импульсным перегрузкам, малая зависимость сопротивления от частоты тока и приложенного напряжения, низкая стоимость. 9 Недостаток: малая стабильность у высокоомных резисторов (объясняется очень малой толщиной плёнки), большие габариты, невысокие рабочие температуры (до 125 0 С). Выпуск резисторов этой группы постепенно сокращается. 2. Металлоплёночные (металлизированные, металлооксидные, металлодиэлектрические). В таких резисторах в качестве резистивного элемента используется нанесенные на керамическое основание пленки из металла, металлических сплавов и их соединений (оксидов, силицидов, карбидов). В металлизированных резисторах используются металлы высокого сопротивления (вольфрам, хром, титан, тантал), нихром и резистивные сплавы, содержащие кремний (силициды хрома никеля и других металлов). Например, многокомпонентный сплав МЛТ, содержащий хром, кремний, железо и другие металлы. Есть 10 различных сплавов МЛТ с различным соотношением компонентов и различными удельными сопротивлениями. Пленки формируется методом вакуумного термического испарения и последующей конденсации в вакууме. Резисторы с большими номиналами получают нарезкой канавок в плёнке. Достоинства: повышенная термостойкость (155 0 С), а для резисторов МТ - 200 0 С, С2-6 - 300 0 С, низкий уровень шумов, повышенная стабильность, из-за высокой термостойкости плёнок металлоплёночные резисторы при той же номинальной мощности имеют почти в 2 раза меньше габариты, чем углеродистые. Недостатки: малая устойчивость к импульсным перегрузкам (из-за неравномерной толщины пленки возможны ее локальные перегревы и выгорание). В |