лаборатория. И конструктивных параметров резисторов постоянного и переменного сопротивления

• Название: И конструктивных параметров резисторов постоянного и переменного сопротивления
• Анкор: new pizda
• Дата: 18.04.2023
• Размер: 110.82 Kb.
• Имя файла: лаборатория.docx
• Тип: Исследование; #1069648

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
И КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ РЕЗИСТОРОВ
ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

Цель работы
Изучение конструктивных особенностей резисторов и их основных параметров; исследование влияния шунтирующих резисторов на линейность
резисторов переменного сопротивления.
КРАТКАЯ ТЕОРИЯ
1.1. Определение и классификация
Резистор – это элемент РЭА, предназначенный для перераспределения
и регулирования электрической энергии между элементами схемы. Основной особенностью резистора является то, что электрическая энергия превращается в нем в тепловую и рассеивается.
Классификация резисторов осуществляется в зависимости оттого, постоянно или переменно значение сопротивления и по принципу создания
резисторного элемента.
Различают: постоянные резисторы с фиксированным значением сопротивления;
в зависимости от назначения они подразделяются на резисторы общего применения, точные, прецизионные, высокочастотные, высоковольтные, высокомегомные;
переменные резисторы с изменяющимся значением сопротивления ;
в зависимости от назначения они подразделяются на подстроечные и
регулировочные; по характеру зависимости сопротивления от угла поворота подвижной системы переменные резисторы делятся на линейные и нелинейные;
специальные резисторы – это особая группа резисторов, сопротивление которых зависит от действий внешних факторов: величины проходящего тока, приложенного напряжения (варисторы), температуры
(терморезисторы), освещения (фоторезисторы) и т.п.
По принципу создания резистивного элемента резисторы можно разделить на непроволочные и проволочные. В непроволочных резисторах резистивный элемент создается с помощью пленочных или объемных композиций с высшим удельным сопротивлением. В проволочных резисторах резистивный элемент выполнен из проволоки, изготовленной из сплава с высоким удельным сопротивлением.
Непроволочные резисторы отличаются малыми размерами и массой,
низкой стоимостью, возможностью их применения на весьма высоких (до 100 МГц и выше) частотах. Однако они недостаточно стабильны, так как их
сопротивление зависит от температуры, влажности, приложенной нагрузки,
продолжительности работы и т.п.
Но положительные свойства непроволочных резисторов настолько значительны, что именно они получили наиболее широкое применение.
Проволочные резисторы отличаются более высокой стабильностью.
Они допускают работу при более высоких температурах, выдерживают значительные нагрузки, но сложнее в производстве, стоимость их выше и они
малопригодны для использования на частотах выше 1–2 МГц. В основном
их применяют в цепях постоянного тока или тока низких частот, там, где
требуется высокие точности и стабильность работы, а так же способность
выдерживать значительные перегрузки.
Согласно ГОСТ 13453-68 были приняты обозначения резисторов общего применения, приведенного в табл. 3.1. Буква «С» в обозначениях осталась от старого названия резисторов – «сопротивление», «П» означает переменный, первая цифра обозначает материал, из которого выполнена проводящая часть резисторного элемента, вторая цифра (порядковый номер
изделия) – конструкцию изделия и комплекс общих технических требований на это изделие.
Таблица 3.1

Постоянные	Переменные	Вид резистивного элемента
С 1	СП 1	Углеродистый
С 2	СП 2	Металлопленочный или металлоокисный
С 3	СП 3	Пленочные композиции
С 4	СП 4	Объемный композиционный
С 5	СП 5	Проволочный
С 6	СП 6	Металлокерамический

Для специальных резисторов; СТ (сопротивление термочувствительное) – терморезисторы; СН (сопротивление нелинейное) – варистор;
СФ (сопротивление фоточувствительное) – фоторезисторы.
Ранее используемые обозначения резисторов состояли из трех букв,
первая из которых обозначала вид проводящей части резистивного элемента
(У – углеродистые, К – композиционные, М – металлопленочные); вторая –
вид защиты (Л – лакированные, Г – герметичные, Н – незащищенные и т.д.);
третья – особые свойства резистора или его назначение (Т – теплостойкие,
У – ультра высокочастотные, И – измерительные и т.д.). Например: резисторы МЛТ – это металлопленочные, лакированные, теплостойкие.

По действующей системе обозначений условное обозначение состоит
из следующих элементов :
1. Первый элемент – буква или сочетание букв (Р– резисторы постоянные; РП – резисторы переменные; НР – наборы резисторов; ТР – термочувствительные резисторы; ВР – варистор; ФР – фоторезистор ).
2. Второй элемент – цифра, обозначающая группу резисторов по материалу резистивного элемента (1 – непроволочные; 2 – проволочные или металлофольговые ).
3. Третий элемент – регистрационный номер.
Например, Р1-4 РП1-46 .
1.2. Основные параметры резисторов
1.2.1. Номинальное сопротивление
Номинальное сопротивление типовых резисторов установлено соответствующими стандартами: для резисторов постоянного сопротивления ГОСТ 2825-67, а резисторов переменного сопротивления – ГОСТ 10318-7А. Численные значения номинальных сопротивлений определяются рядами предпочтительных чисел: для резисторов постоянного сопротивления с допускаемым отклонением +20, +10, и +5 % рядами Е 6, Е12, и Е 24 соответственно и для допускаемых отклонений менее + 5 % – Е 48, Е 96, и Е 192.

Шкала номинальных значений резисторов переменного сопротивления определяется рядами Е 6, Е 12 и Е 24. Кратные и дольные значения сопротивлений получаются путем умножения или деления чисел этого ряда на 10.
1.2.2. Класс точности

Класс точности резисторов определяют допустимые отклонения величины сопротивления от номинальной, т.е.
R=Rном+А,
где Rном – допустимая величина сопротивления резистора;
А – допустимое отклонение величины сопротивления от номинальной.
Величина А, выраженная в процентах, определяет класс точности резистора
и определяется как
(3.1)


1.2.3. Номинальная мощность резистора
Электрическая мощность при непрерывной нагрузке, вызывающая определенный перегрев (например 40оС) резистора над нормальной температурой окружающей среды, при которой параметры резистора сохраняются в установленных пределах, называются номинальной стоимостью.
1.2.4. Рабочее напряжение
Предельное рабочее напряжение резистора характеризуется максимальным напряжением, при котором резистор может работать в течение
гарантированного срока службы без электрического пробоя. Оно не должно
превышать напряжения Uном определяющего номинальную мощность резистора, т.е.
Uном= (3.2)

1.2.5. Стабильность

Стабильность резисторов характеризуется изменениями их параметров
под влиянием окружающей среды, электрической нагрузки, а также временем эксплуатации и хранения на складах. Температурный коэффициент сопротивления резистора (ТКС) определяет относительное изменение величины сопротивления резистора при изменении его температуры на 1оС. ТНС непроволочных резисторов может иметь положительный или отрицательный знак в зависимости от свойств токопроводящего элемента. Абсолютное значение ТКС зависит от удельного электрического сопротивления токопроводящего элемента резистора.
1.2.6. Шумы
Собственные шумы резисторов характеризуются флуктуациями напряжения на его выходе. Шумы резистора обычно разделяются на тепловые и
флуктуационные. Первые из них обусловлены хаотичным движением носителей зарядов под действием температуры. Вторые обусловлены непостоянством контакта между токопроводящими частицами проводящего элемента резистора, имеющего обычно зернистую структуру. Величина возникающей при этом Э.Д.С. шума зависит от качества резистора и приложенного к нему напряжения. По величине Э.Д.С. шума резисторы разделяются на группы А и Б. Группа А характеризуется величиной уровня шума около 1 мкВ/В при
полосе пропускания частот в 1 кГц, а группа Б – уровнем шума 5 мкВ/В при
той же полосе пропускания частот.
1.2.7. Индуктивность и емкость

Собственные индуктивность и емкость резисторов определяются конструкцией и габаритами резисторов и уменьшают частотный предел их
применения.
1.3. Особенности резисторов переменного сопротивления
1.3.1. Назначение и принцип действия
Схема включения резистора переменного сопротивления показана на
рис. 3.1.



Рис. 3.1. Схема включения резистора переменного сопротивления

Полным сопротивлением Rо называют сопротивление между крайними
выводами 1–3, где цифрой 1 обозначен вывод, у которого останавливается
скользящий контакт при вращении подвижной системы против часовой
стрелки до упора; цифрой 3 – противоположный вывод и цифрой 2 – вывод
от скользящего контакта.
Введем обозначения: Lо или Qо – полное линейное или угловое перемещение скользящего контакта; Lх или Qх – текущее положение скользящего контакта.
Выходное напряжение Uх снимается с вывода 2 от скользящего контакта и одной из двух крайних точек (например 1). Для нагруженного резистора переменного сопротивления.
(3.3)
где Rх – сопротивление участка резистора между точками 1 и 2.
Так как величина Rх зависит от положения движка относительно точек
1 и 3, то Rх является функцией этого положения. По виду этой функции все
переменные резисторы делятся на линейные и нелинейные. В линейном потенциометре при перемещении движка сопротивление изменяется по линейному закону, т.е.
(3.4.)

При этом выходное напряжение прямо пропорционально перемещению
движка.
(3.5)
В нелинейном резисторе переменного сопротивления Rх изменяется по
нелинейному закону, т.е.

(3.6)

где f – некоторая функция.
Выходное напряжение
(3.7)

Следовательно, с помощью потенциометра, сопротивление которого
распределено по некоторому закону, можно не только преобразовать механическую величину в электрическую, но и реализовать требуемую функциональную связь между этими величинами. На рис. 3.2 показана наиболее общая схема включения переменного резистора



Рис. 3.2. Пример схемы включения переменного резистора

1.3.2. Основные характеристики резисторов
переменного сопротивления
Линейность и согласование (для функциональных резисторов переменного сопротивления), наряду с другими характеристиками, определяют точность воспроизведения заданных функций с помощью резисторов переменного сопротивления.
В общем виде под функциональной характеристикой переменного резистора понимается зависимость между отношением Uх/Uо и положением
токосъемного элемента.

(3.8)

где – угол поворота или перемещения движка на Lх.
1.3.3 Анализ работы линейных потенциометров

Рис. 3.3. Включение потенциометра на нагрузку,
сравнимую с его полным сопротивлением
Ненагруженным или работающим в режиме холостого хода является
такой потенциометр, который включен на нагрузку с сопротивлением намного большим (на 3 порядка), чем его полное сопротивление (например,
сеточная цепь электронной лампы). При допущении, что внутреннее сопротивление источника питания мало и отсутствуют колебания его напряжения, а погрешности производственного характера исключены, выходное напряжение потенциометра при перемещении движка будет изменяться в соответствии с заданной функцией, определяемой формулой (3.7).
Иначе обстоит дело, когда потенциометр включен на полную нагрузку,
сопротивление которой сравнимо с его полным сопротивлением. Как следует из рис. 3.3
(3.9)
где – это эквивалентное сопротивление нагрузки и той части
потенциометра, к которой подключена нагрузка;

R1=Rо-R2 – сопротивление части потенциометра, которое не шунтировано нагрузкой.
Введем переменную


характеризующую относительное перемещение движка потенциометра.
Тогда

(3.10)

(3.11)

Обозначая отношение


которое называется коэффициент нагрузки потенциометра, подставляя
значения сопротивлений, выраженных через относительное изменение угла
перемещения движка и полное сопротивление потенциометра в формулу
(9), окончательно получим


Таким образом, сопротивление нагрузки вносит погрешность в выходное
напряжение потенциометра. Абсолютная погрешность определяется

где Uхо – напряжение, снимаемое с потенциометра при отсутствии нагрузки

В нашем случае
(3.14)

Относительная погрешность отклонения, выраженная в процентах

(3.15)

Подставляя в формулу (3.15) выражения (3.12) и (3.14) и проводя преобразования, получим

(3.16)

Отклонение от физической нагрузки потенциометра обычно рассматривается как вредный фактор. Но нагрузочные кривые могут стать полезными, т.к. потенциометр, нагруженный надлежащим образом может быть использован для получения многих нелинейных функций.
На рис. 3.4 показана схема, в которой потенциометр зашунтирован дополнительным сопротивлением в «верхней» части.
Коэффициент деления потенциометра в этом случае
(3.17)



Рис. 3.4. Включение потенциометра по схеме с частичным шунтированием
Обозначая отношение и используя ранее полученные формулы для значений сопротивлений, выраженных через относительное перемещение движка , подставим КН‘ в формулу (3.15). После преобразований получим
(3.18)

Для потенциометра, зашунтированного в «нижней» части коэффициента деления,
(3.19)

В состав оборудования к настоящей работе входит:
1) источник питания (ИП) генератор, ГЗ-102;
2) лабораторный стенд с исследуемыми резисторами переменного сопротивления;
3) измерительный прибор (ИП-В), милливольтметр ВЗ-38 – 2 шт.
В качестве ИП может быть использован источник питания как переменного, так и постоянного тока. Соответственно в качестве измерительного прибора должен использоваться вольтметр переменного или постоянного
тока. Для исследования влияния шунтирующих резисторов на работу потенциометра в лабораторном стенде имеется переключатель SA2 и набор
нагрузочных резисторов
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Включить приборы и дать им прогреться 15 минут.
2. Установить напряжение источника U0 равным 1–3 вольта и подключить к его клеммам Uвх лабораторного стенда.
3. Измерительный прибор подключить к клеммам лабораторного стенда.
4. Переключатель Rн лабораторного стенда установить в положение
«Откл»
5. Снять зависимость Ux0 от угла поворота движка одного из потенциометров R1 R3 (по указанию преподавателя) .
6. Определить величины относительного перемещения движка потенциометра
и занести в табл. 3.2.
7. Установить переключатель Rн последовательно в положение
«120 Ом», «510 Ом», «3 кОм», «10 кОм», «47 кОм», повторить пункт 5.
8. Рассчитать по формуле (3.18) значение относительной погрешности
потенциометра для резисторов Rн1, Rн2, Rн3, Rн4, Ry5.
9. По данным табл. 3.2 построить графики в одних координатных осях.



Содержание отчета


Отчет по лабораторной работе должен содержать:
1. Функциональную схему установки для проведения лабораторной работы.
2. Заполненную таблицу.
3. Графики функций в одних координатных осях.
4. Краткие выводы по данной работе.
Контрольные вопросы
1. Дайте классификацию и обозначение резисторов и конструкторской
документации.
2. Перечислите основные характеристики резисторов постоянного сопротивления.
3. Перечислите основные характеристики резисторов переменного сопротивления.
4. Назовите конструктивные особенности резисторов постоянного и
переменного сопротивления и область их применения.
5. Опишите конструкцию непроволочных резисторов переменного сопротивления.
6. Укажите особенности работы линейных потенциометров.
7. Каким образом можно использовать линейные потенциометры для
получения требуемой нелинейной функции?