Резистори:призначення, класифікація і параметри
Резистори призначені для перерозподілу ірегулювання електричної енергії між елементами схеми. Принцип діїрезисторів заснований на здатності радіоматеріалів чинити опірпротікає через них електричного струму. Особливістю резисторів єте, що електрична енергія в них перетворюється в тепло, яке розсіюєтьсяв навколишнє середовище.
Класифікація та конструкціїрезисторів
За призначенням дискретні резисториділять на резистори загального призначення, прецизійні, високочастотні,високовольтні, високоомні і спеціальні. По стабільності значенняопору резистори підрозділяють на постійні, змінні і спеціальні.Постійні резистори мають фіксовану величину опору, у зміннихрезисторів передбачена можливість зміни опору в процесі експлуатації,опір спеціальних резисторів змінюється під дією зовнішніх чинників:протікаючого струму або прикладеної напруги (варистори), температури(Терморезистори), освітлення (фоторезистори) і т. д.
По виду струмопровідного елементарозрізняють дротові і недротяні резистори. За експлуатаційнимихарактеристикам дискретні резистори ділять на термостійкі, вологостійкі,вібро-і удароміцні, високонадійні і т. д.
Основним елементом конструкціїпостійного резистора є резистивний елемент, який може бути абоплівковим, або об'ємним. Величина об'ємного опору матеріалувизначається кількістю вільних носіїв заряду в матеріалі, температурою,напруженістю поля і т. д. і виражається відомим співвідношенням
(2.1)
де ПЃ - питомий електричнийопір матеріалу;
l - довжина резистивного шару;
S - площа поперечного перерізу резистивногошару.
В чистих металах завжди маєтьсявелика кількість вільних електронів, тому вони мають малий ПЃ і длявиготовлення резисторів не застосовуються. Для виготовлення дротяних резисторівзастосовують сплави нікелю, хрому і т. д., що мають велике ПЃ.
Для розрахунку опору тонкихплівок користуються поняттям питомої поверхневого опору ПЃ s під яким розуміють опіртонкої плівки, що має в плані форму квадрата. Величина ПЃ s пов'язана з величиною ПЃ і легкоможе бути отримана з (2.1), якщо взяти в ній S = Оґw де w - ширинарезистивної плівки. Оґ - товщина резистивної плівки.
Тоді
(2.2)
Де -питомий поверхневий опір, залежне від товщини плівки Оґ. Якщо l = w, то R = ПЃ S ,причому значення опору не залежить від розмірів сторін квадрата.
На рис. 2.1 представлено пристрійплівкового резистора. На діелектричне циліндричне підстава 1 нанесенарезистивна плівка 2. На торці циліндра надіті контактні ковпачки 3 зпровідного матеріалу з припаяними до них висновками 4. Для захисту резистивноїплівки від впливу зовнішніх факторів резистор покривають захисною плівкою 5.
Опір такого резисторавизначається співвідношенням
(2.3)
де l - довжина резистора (відстань між контактними ковпачками);D - діаметр циліндричного стрижня.
Така конструкція резисторазабезпечує отримання порівняно невеликих опорів (сотні Ом). Длязбільшення опору резистивних плівку 2 наносять на поверхню керамічногоциліндра 1 у вигляді спіралі (рис. 2.2).
Опір такого резисторавизначається співвідношенням
(2.4)
де t - крокспіралі;
О± - ширина канавки (відстаньміж сусідніми витками спіралі);
- число витків спіралі.
На рис. 2.3 показана конструкціяоб'ємного резистора, що представляє собою стрижень 1 з струмопровідноїкомпозиції круглого або прямокутного перерізу з запресованими дротянимивисновками 2. Зовні стрижень захищений стеклоемалевой або склокерамічноюоболонкою 3. Опір такого резистора визначається співвідношенням (2.1).
Постійний дротяний резисторявляє собою ізоляційний каркас, на який намотана дріт з високимпитомим електричним опором. Зовні резистор покривають термостійкоїемаллю, опресовують пластмасою або герметизують металевим корпусом,закриваються з торців керамічними шайбами.
Вибір типу для конкретної схемипроводиться з урахуванням умов роботи і визначається параметрами резисторів.Резистор не можна розглядати як елемент, що володіє тільки активнимопором, обумовленим його резистивним елементом. Крім опорурезистивного елемента він має ємність, індуктивність і додатковіпаразитні опору. Еквівалентна схема постійного резисторапредставлена ​​на рис. 2.7.
На схемі R R - опір резистивногоелемента, R з - опір ізоляції, яке визначається властивістю захисногопокриття та основи, R до - опір контактів, L R - еквівалентна індуктивністьрезистивного шару і висновків резистора, С R - еквівалентна ємність резистора, С к1 і С к2 -ємності висновків. Активний опір резистора визначається співвідношенням
(2.5)
Опір R до має істотне значення тільки для низькоомнихрезисторів. Опір R з практично впливаєна загальний опір тільки високоомних резисторів. Реактивні елементивизначають частотні властивості резистора. Через їх наявності опіррезистора на високих частотах стає комплексним. Відносна частотнапохибка визначається співвідношенням
(2.6)
де Z - комплекснеопір резистора на частоті П‰.
На практиці, як правило, величини L і С невідомі. Тому для деяких типів резисторіввказують значення узагальненої постійної часу П„ m ах , яка пов'язана з відносноючастотної похибкою опору наближеним рівнянням:
(2.7)
Частотні властивості недротянірезисторів значно краще, ніж дротових.
Параметри резисторів
Параметри резисторів характеризують експлуатаційніможливості застосування конкретного типу резистора в конкретній електричноїсхемою.
Номінальний опір R ном і його допустиме відхилення від номіналу В± О” R є основними параметрамирезисторів. Номінали опорів стандартизовані відповідно до ГОСТ 28884 - 90. Для резисторів загального призначенняГОСТ передбачає шість рядів номінальних опорів: Е6, Е12, Е24, Е48,Е96 і Е192. Цифра вказує кількість номінальних значень в даному ряді,які узгоджені з допустимими відхиленнями (табл. 2.1).
Номінальні значення опоріввизначаються числовими коефіцієнтами, що входять в табл. 2.1, якімножаться на 10 n ,де п - ціле позитивне число. Так, наприклад, числовим коефіцієнтом 1,0відповідають резистори з номінальним опором, рівним 10, 100, 1000 Ом іт. д.
Номінальна потужність розсіювання Р ном визначає допустимуелектричне навантаження, яку здатний витримати резистор протягомтривалого часу при заданій стабільності опору.
Як уже зазначалося, протікання струмучерез резистор пов'язано з виділенням тепла, яке має розсіюватися внавколишнє середовище. Потужність, що виділяється в резисторі у вигляді тепла, визначаєтьсявеличиною прикладеного до нього напруги U і протікаючого струму I і дорівнює
(2.8)
Потужність, розсіює резистором внавколишнє середовище, пропорційна різниці температур резистора Т R і навколишнього середовища Т 0 :
(2.9)
Ця потужність залежить від умовохолодження резистора, що визначаються значенням теплового опору R T , яке тим менше, чим більше поверхня резистора ітеплопровідність матеріалу резистора.
З умови балансу потужностей можнавизначити температуру резистора, що наочно показано на рис. 2.8, а.
Якщо
(2.10)
Отже, при збільшенніпотужності, що виділяється в резисторі, зростає його температура Т R , що може привести до виходу резистора з ладу. Для тогощоб цього не сталося, необхідно зменшити R T , що досягається збільш...
