РЕЗИСТОРЫРезисторы (сопротивления) – это наиболее распространенные компоненты электронной аппаратуры, с помощью которых осуществляется регулирование и распределение электрической энергии между цепями и элементами схем. В зависимости от назначения резисторы подразделяются на две группы: 1) общего назначения (диапазоны номиналов 10 Ом...10 МОм, номинальные мощности рассеивания 0,062... 100 Вт); 2) специального назначения, которые подразделяются на: а) высокоомные резисторы (от десятков мегаом до сотен тераом, рабочее напряжение 100...400 В); б) высоковольтные (сопротивления до 1011 Ом, рабочее напряжение единицы – десятки киловольт); в) высокочастотные (имеют малые собственные емкости и индуктивности); г) прецизионные (повышенная точность – допуск 0,001...1%, стабильность, номиналы от 0,1 Ом до 10 МОм, номинальные мощности рассеивания до 2 Вт). Переменные резисторы подразделяются на подстрочные и регулировочные. Подстрочные резисторы рассчитаны на проведение подстройки электрических режимов и имеют небольшую износоустойчивость (до 1000 циклов перемещения подвижной части), а регулировочные – для проведения многократных регулировок. Они отличаются большей износоустойчивостью (более 5000 циклов) и в зависимости от характера изменения их сопротивлений при перемещении подвижной части делятся на резисторы с линейной А и нелинейной функциональными характеристиками: логарифмической Б, обратнологарифмической В, характеристиками типа И, Е (рис. 2.1, а, б). Проводящий элемент резистора выполняют в виде пленки, осажденной на поверхность изоляционного основания; проволоки или микропроволоки; объемной конструкции.
В зависимости от материала, использованного для создания проводящего элемента, резисторы подразделяют на проволочные, непроволочные, металлофольговые (проводящий элемент выполнен из фольги, нанесенной на непроводящие основания). У проволочных и металлофольговых резисторов в качестве материала проводящего элемента используют манганин и нихром. Непроволочные резисторы можно подразделить на следующие группы: а) углеродистые и бороуглеродистые (проводящий элемент – пленка пиролитического углерода или его соединений, осажденная на непроводящее основание); б) металлодиэлектрические, металлопленочные или металлооксидные (проводящий элемент – микрокомпозиционный слой из диэлектрика и металла или пленки из металла, оксида металла или его сплавов); в) композиционные (проводящий элемент – гетерогенная система из нескольких компонентов, один из которых проводящий, например, графит или сажа); г) полупроводниковые (проводящий элемент выполнен из полупроводникового материала). По конструктивному исполнению резисторы изготовляют в нормальном и тропическом (всеклиматическом) вариантах и выполняют неизолированными (касание токоведущих частей не допускается), изолированными (касание токоведущих частей допускается), герметизированными, в том числе и вакуумными (герметично изолированными от окружающей среды). У любого резистора есть тепловые шумы. Они появляются вследствие тепловых движений носителей зарядов (электронов) внутри твердого тела. Их среднюю мощность определяют из формулы Найквиста Рш = 4KTΔf, где К – постоянная Больцмана, К = 1,38·10-23 Дж/К; Т – абсолютная температура; Δf – полоса частот, в которой измеряется мощность, Δf = f2 – f1. Действующее значение напряжения шумов связано с их мощностью уравнением
откуда
или
При температуре Т= 293 К это уравнение имеет вид
где R – в килоомах, Δf – в килогерцах, Uш – в микровольтах. Напряжение тепловых шумов имеет случайный характер. Кроме того, резистор имеет токовые шумы, возникающие при приложении к нему электрического напряжения. Действующее значение напряжения этих шумов в первом приближении находят из уравнения
где К1 – постоянный для данного резистора параметр; U— постоянное напряжение на резисторе; f2 и f1 – высшая и низшая частоты, в полосе которых определяется шум. Уровень токовых шумов оценивают отношением действующего значения переменной составляющей напряжения на резисторе, измеренной в полосе частот Δf = f2 – f1 к постоянному напряжению на нем U: D=Uш/U. Основная причина появления этого шума – временное изменение объемной концентрации электронов и изменение контактных сопротивлений между зернами проводника, имеющего зернистую структуру. Значения шумов у непроволочных резисторов в зависимости от группы, на которые их иногда разделяют, находятся в пределах 1 мкВ/В (группа А), 5 мкВ/В (никак не обозначается). У регулируемых резисторов этот показатель значительно выше и достигает значений 50 мкВ/В (у резисторов типа СП). Приведенные цифры обычно задаются для полосы частот от f1 = 60 Гц до f2 = 6 кГц, т. е. для двух декад. У проволочных резисторов значения шумов при тех же f1 и f2 порядка 0,1 мкВ/В. При расчете суммарного шума электрической цепи, содержащей несколько резисторов, источники шумов обычно считают некоррелированными и при этом пользуются уравнением
где UшT1 ,, UшТп – напряжения тепловых шумов i -го резистора (i = 1,..., n); UшH1, UшHn – напряжения токовых шумов i -го резистора (i= 1,..., п).
В эквивалентную схему резистора (рис. 2.2) кроме сопротивления R входят конденсатор С и индуктивность L. Это обусловлено тем, что любой реальный резистор, даже выполненный в виде прямолинейного бруска, имеет определенную индуктивность. Емкость появляется между участками резистора, а также между резистором и близлежащими элементами. Индуктивность и емкость имеют распределенный характер. Однако для упрощения это обычно не учитывают и используют одну из эквивалентных схем, показанных на рис. 2.2, а, б. Наличие индуктивности и емкости приводит как к появлению реактивной составляющей, так и к некоторому изменению эквивалентного значения активной составляющей. Кроме того, в проволочных резисторах из-за проявлений поверхностного эффекта сопротивление изменяется при повышении частоты. Это существенно проявляется с частоты в несколько мегагерц. Но в точных устройствах поверхностный эффект следует учитывать с частоты в несколько килогерц. Так, сопротивление медного провода диаметром 1 мм при f = 10 кГц увеличивается на 0,01%. Относительная частотная погрешность γ резистора
где Z – полное сопротивление резистора на интересующей частоте f. На практике, как правило, значения L и С неизвестны. Поэтому для некоторых резисторов в технических условиях приводят значение обобщенной постоянной времени
(τL = L/R, τC = RC), которая связана с относительной частотной погрешностью сопротивления приближенным уравнением Частотные характеристики у непроволочных резисторов значительно лучше, чем у проволочных. Так, у высокоомного проволочного резистора С5-15 τmах≈1 мкс, а у резистора типа МЛТ (старое обозначение типа резистора) τmах≈1,3∙10-8 c. При длительной эксплуатации происходит старение резисторов и их сопротивление изменяется. Например, у резисторов типа С2-6 сопротивление может измениться до 20% после 15000 ч работы. У некоторых типов резисторов после их выдержки в течение нескольких часов при повышенной температуре сопротивление не возвращается к начальному значению. Номинальное сопротивление резистора должно соответствовать одному из шести рядов: Е6; Е12; Е24; Е48; Е96; Е192. Значение сопротивления находят умножением или делением на 10n (где п – целое положительное число или нуль) чисел номинальных величин, входящих в состав ряда. Их количество определяется цифрой, стоящей после буквы Е. Так, например, для ряда Е6 эти числа равны 1,0; 1,5; 2,2; 3,3; 4,7; 6,8. Ряд допускаемых отклонений также нормализован. Допуски указываются в процентах в соответствии с рядом ±0,001; ±0,002; ±0,005; ±0,02; ±0,05; ±0,1; ±0,25; ±0,5; ±1,0; ±2,0; ±5,0; ±10; ±20; ±30. Значение сопротивления некоторых типов резисторов может меняться в зависимости от приложенного напряжения. Причиной этого является зависимость концентрации носителей тока и их подвижности от напряжения электрического поля. Учитывают это явление с помощью коэффициента напряжения
где R1 и R2 – сопротивления, измеренные при напряжениях, соответствующих 10%-ной и 100%-ной номинальной мощности рассеяния резистора. Значение Ки может достигать единиц – десятков процентов. Система условных обозначений предусматривает как полные, так и сокращенные условные обозначения. Полное обозначение обычно используется в технической документации, например Р1-ЗЗИ-0,25 Вт- 100 кОм ± 2% А-0,467-027 ТУ. Оно состоит из сокращенного обозначения (Р1-ЗЗИ), обозначений и величин основных параметров и характеристик (0,25 Вт – 100 кОм ±2% А), А– группа по уровню шумов, обозначений документа на поставку (0.467.027 ТУ). Сокращенное условное обозначение состоит из трех элементов: первый – буква или сочетание букв, обозначающих подкласс резистора; Р – постоянные резисторы; РП – переменные резисторы; HP – наборы резисторов; второй – цифра 1 для непроволочных или 2для проволочных резисторов; третий – цифра, обозначающая регистрационный номер каждого типа. Например, резисторы постоянные непроволочные с номером 26 имеют обозначение Р1-26. На практике используются резисторы, обозначение которых выполнено в соответствии с ГОСТами и принципами, которые в новых разработках не применяются, например, С2-26, СП5-40, МЛТ, ПКВ, СПО и др. Маркировка резисторов содержит полное или кодированное обозначение номинальных сопротивлений и их допускаемых отклонений. Полное обозначение состоит из значения номинального сопротивления и обозначения единицы измерения (Ом – ом, кОм – килоом, МОм – мегаом; ГОм – гигаом; ТОм – тераом). Например, 360 Ом; 100 кОм; 4,7 МОм; 3,3 ГОм; 1 ТОм. Кодированное обозначение состоит из трех или четырех знаков, включающих две или три цифры и букву. Буква обозначает множитель, на который умножается цифровое обозначение. Буквы R, К, М, G, Т соответствуют множителям 1, 103, 106, 109, 1012. Например, 0,1 Ом – Rl (E1); 10 Ом – 10R (10Е); 100 Ом – 100R (100Е) или К10; 100 кОм – 100 К или М10; 1 МОм – 1М0; 33,2 МОм – 33М2; 100 МОм – 100 М или G10; 590 МОм–590 М или G59 (Г59); 1 ГОм – 1G0 (1Г0); 100 ГОм – 100 G (100Г) или Т10; 1 ТОм – 1Т0. Полное обозначение допускаемого отклонения состоит из цифр, а кодированное – из букв, приведенных в табл. 2.1.
Таблица 2.1
Кодированное обозначение резистора с номинальным сопротивлением 475 Ом с допускаемым отклонением ±2% — K475G.
|
,
