Дисциплина - Радиоматериалы и радиокомпоненты. Лекция 5. Пассивные компоненты. Резисторы презентация

Омский государственный технический университет каф. Технология электронной аппаратуры

Содержание Функции, классификация Система обозначений и маркировка Параметры резисторов Эквивалентные схемы Конструкции резисторов Характеристики и применение Полупроводниковые резисторы

Резистор - это элемент РЭА, предназначенный для перераспределения и регулирования электрической энергии между элементами схемы. Основной особенностью резистора является то, что электри- ческая энергия превращается в нем в тепловую и рассеивается.

Параметры резисторов Номинальная мощность рассеяния Рн, Вт. Это наибольшая допускаемая мощность, которую резистор может рассеивать при заданных условиях эксплуатации в течение гарантированного срока службы (обычно 10 тыс. часов). PR = I2R – мощность электрического тока, рассеиваемая резистором, Вт; I – ток через резистор, А; R – электрическое сопротивление резистора, Ом; Согласно ГОСТ 10318 и ГОСТ 24013 значения номинальных мощностей рассеяния для вновь разрабатываемых резисторов назначаются из ряда 0,01 – 0,025 – 0,05 – 0,062 – 0,125 – 0,25 – 0,5 – 1 – 2 – 3 – 4 – 5 – 8 – 10 – 16 – 25 – 40 – 63 – 80 – 100 – 250 – 500 Вт.

В процессе работы резистор нагревается и температура его перегрева T относительно окружающей среды определяется соотношением В процессе работы резистор нагревается и температура его перегрева T относительно окружающей среды определяется соотношением , K, где T = ТR – Т0, ТR – температура резистора, С; Т0  20 C – температура окружающей среды; S – площадь поверхности резистора, м2; ≈10 Вт/К×м2 – коэффициент теплоотдачи с единицы площади поверхности резистора.

Параметры резисторов 2. Номинальное сопротивление Rн. Это значение сопротивле-ния, указанное в ТУ на резистор. Согласно ГОСТ 2825 номинальные значения сопротивлений резисторов назначаются из шести десятичных рядов: Е6, Е12, Е24, Е48, Е96, Е192. Для переменных резисторов в соответствии с ГОСТ 10318 установлены ряды Е6 и Е3. Кратные и дольные единицы сопротивления получают путем умножения члена ряда на 10k, где k – целое положительное или отрицательное число.

Стандартные ряды

Параметры резисторов 3. Допускаемое отклонение сопротивления от номинального значения (допуск) R, %. Значения допусков согласованы с номером десятичного ряда, который используется при назначении сопротивления. Согласно ГОСТ 9667 допуски составляют 20%, 10%, 5%, 2%, 1%, 0,5%,... для значений сопротивлений, назначаемых из десятичных рядов Е6...Е192, соответственно. Для прецизионных резисторов разрешается назначать меньшие значения допусков – от 0,25% до 0,001%.

Параметры резисторов 4. Предельное рабочее напряжение Uпред. Это напряжение, устанав-ливаемое с учетом тепловых процессов в РЭ, электрической прочности резистора, конструкции и размеров резистора и обеспечения длительной работоспособности. Значение . Согласно ГОСТ 24013 предельные рабочие напряжения постоянных резисторов устанавливаются из рядов 25 – 50 – 150 – 200 – 250 – 500 – 750 В и 1 – 1,5 – 2,5 – 3 – 4 – 5 – 10 – 25 – 35 – 40 – 60 кВ.

Параметры резисторов 5. Температурный коэффициент сопротивления резистора ТКС. Представляет собой относительное изменение сопротивления резистора при изменении его температуры на один градус: , К–1. Значение ТКС должно быть таким, чтобы в рабочем диапазоне температур величина сопротивления резистора не выходила за пределы допускаемых отклонений. Для большинства резисторов значение К–1.

Параметры резисторов 6. ЭДС шумов резистора Еш. Это параметр, который характеризует уровень электрических шумов, возникающих при протекании электри-ческого тока по резистору вследствие неоднород-ности материала РЭ. Значение ЭДС шумов опреде-ляется соотношением , мкВ/В, где Uш – действующее напряжение шума, мкВ.

Параметры переменных резисторов

Параметры переменных резисторов

Старые системы обозначений резисторов При указании типа резистора используется буквенная или буквенно-цифровая система обозначения резистора. До 1960 г. обозначение типа вновь разработанного резистора складывалось из двух-трех букв, например: МЛТ – металлодиэлектрический лакированный теплостойкий; ВС – высокостабильный углеродистый; БЛП – бороуглеродистый лакированный прецизионный.

Старые системы обозначений резисторов Для резисторов, разработанных в 1960–79 гг., применяется буквенно-цифровая система обозначений, по существу представляющая классификацию резисторов по материалу и конструкции резистивного элемента: С1 – непроволочные тонкослойные углеродистые и бороуглеродистые; С2, СП2 – непроволочные тонкослойные металлодиэлектрические и металлоокисные, с постоянным (С2) и переменным (СП2) сопротивлением; С3, СП3 – непроволочные композиционные пленочные, с постоянным (С3) и переменным (СП3) сопротивлением; С4, СП4 – непроволочные композиционные объемные, с постоянным (С4) и переменным (СП4) сопротивлением; С5, СП5 – проволочные, с постоянным (С5) и переменным (СП5) сопротивлением; С6 – непроволочные тонкослойные металлизированные.

Современнная система обозначений резисторов С 1979 г. и по настоящее время система условных обозначений резисторов осуществляется в соответствии с ОСТ 11.074.009–78 “Классификация и система условных обозначений резисторов”. Согласно этому стандарту тип резистора обозначается буквами или буквами и цифрой: Первый элемент буквенный: 1. Р – постоянный резистор, 2. РП – переменный резистор, 3. РН – набор резисторов. Второй элемент – цифра: 1 – непроволочный резистор, 2 – проволочный резистор Третий элемент – цифра, обозначающая разновидность конструкции.

Современнная система обозначений резисторов Р – резистор постоянного сопротивления; РП – резистор переменного сопротивления; Р1, РП1 – непроволочные резисторы; Р2, РП2 – проволочные резисторы; НР – набор резисторов; ТР – терморезистор с ТКС<0; ТРП – терморезистор с ТКС>0; ВР – варистор; ФР – фоторезистор.

Обозначение в перечнях элементов отечественных резисторов Первый элемент – тип резистора; второй элемент – номер разработки резистора; третий элемент – номинальная мощность рассеяния, Вт; четвёртый элемент – номинальное сопротивление; пятый элемент – допускаемое отклонение сопротивления, %; шестой элемент – группа по шумам; седьмой элемент – номер ГОСТ или ТУ.

Обозначение в перечнях элементов отечественных резисторов Пример обозначения в конструкторской документации постоянного резистора типа МЛТ с номинальной мощностью рассеяния 0,5 Вт, номинальным сопротивлением 680 кОм, допуском на номинал 10 %, группой по шумам А: МЛТ–0,5 680 кОм ±10 % А № ТУ. Обозначение непроволочного резистора переменного сопротивления типа РП1 номера разработки 2, с логарифмической функциональной характеристикой типа В, номинальным сопротивлением 330 Ом, допуском на номинал 30 %: РП1–2 - 330 Ом ±30 % В № ТУ. СП3-9а-16-220 КОм±20 % ОЖ0.467.012 ТУ.

Обозначения резисторов зарубежных фирм 1 Для резисторов изготовляемых по стандартам MIL условное обозначение формируется следующим образом: Первый элемент - обозначает серию резистора, согласно таблице:

Обозначения резисторов зарубежных фирм 2

Цветовая маркировка резисторов Для четырёхполосной маркировки обычных резисторов с точностью 5 и 10 % - золотая или серебряная полоска всегда стоит в конце. Для трёхполосочного кода первая полоска стоит ближе к краю резистора, чем последняя. Для других вариантов важно, чтобы получалось значение сопротивления из номинального ряда, если не получается, нужно читать наоборот. Для резисторов МЛТ-0,125 производства СССР с 4 полосками, первой является полоска, нанесённая ближе к краю; обычно она находится на металлическом стаканчике вывода, а остальные три — на более узком керамическом теле резистора.

Пример цветовой маркировки резисторов

Цветовая маркировка резисторов Для резисторов с точностью 20 % используют маркировку с тремя полосками, для резисторов с точностью 10 % и 5 % маркировку с четырьмя полосками, для более точных резисторов с пятью или шестью полосками. Первые две полоски всегда означают первые два знака номинала. Если полосок 3 или 4, третья полоска означает десятичный множитель, то есть степень десятки, которая умножается на двузначное число, указанное первыми двумя полосками. Если полосок 4, последняя указывает точность резистора. Если полосок 5, третья означает третий знак сопротивления, четвёртая — десятичный множитель, пятая — точность. Шестая полоска, если она есть, указывает температурный коэффициент сопротивления (ТКС). Если эта полоска в 1,5 раза шире остальных, то она указывает надёжность резистора (% отказов на 1000 часов работы).

Цветовая маркировка резисторов Следует отметить, что иногда встречаются резисторы с 5 полосами, но стандартной (5 или 10 %) точностью. В этом случае первые две полосы задают первые знаки номинала, третья — множитель, четвёртая — точность, а пятая — температурный коэффициент.

Маркировка и типоразмер SMD-резисторов например 100 — это 10•100 Ом = 10 Ом например 151 — это 15•101 Ом = 150 Ом

Маркировка SMD-резисторов «Резисторы» нулевого сопротивления (перемычки на плате) кодируются одной цифрой «0». Кодирование 3 или 4 цифрами ABC обозначает AB•10C Ом например 102 — это 10•10² Ом = 1 кОм ABCD обозначает ABC•10D Ом, точность 1 % (ряд E96) например 1002 — это 100•10² Ом = 10 кОм

Кодированное обозначение сопротивления

Кодированное обозначение сопротивления

Конструкции резисторов

Конструкции непроволочных тонкослойных резисторов

Переменные резисторы

Эквивалентные схемы замещения резисторов RR – сопротивление РЭ, Rиз=1 ГОм – сопротивление изоляции резистора, r=0,1...1 Ом – сопротивление выводов, LR =10–1010–9 Г – индуктивность РЭ, СR =10–13...10–12 Ф – электрическая емкость между выводами резистора, Сз =10–12 Ф – электрическая емкость корпуса резистора относительно земли (общего провода).

Характеристики и применение резисторов

Тонкослойные углеродистые резисторы

Тонкослойные металлодиэлектрические и металлоокисные резисторы По основным электрическим характеристикам металлодиэлектрические резисторы превосходят углеродистые, так как они более стабильны, теплостойки и влагостойки. Вследствие лучшего теплоотвода габаритные размеры металлодиэлектрических резисторов при одинаковой номинальной мощности рассеяния в 1,5...2 раза меньше, чем углеродистых. Поэтому всюду, где возможно, металлодиэлектрические резисторы рекомендуется применять вместо других типов резисторов.

Физическая природа электросопротивления тонкослойных непроволочных резисторов 1

Физическая природа электросопротивления композиционных непроволочных резисторов 2 Композиционные резистивные элемен-ты представляют собой гетерогенную смесь (композицию), состоящую из неско-льких компонентов. Проводящий компонент обеспечивает электропроводность РЭ. В качестве прово-дящего компонента обычно применяются порошок графита или сажа . В качестве на-полнителей обычно применяют корундо-вые, слюдяные, фарфоровые, кварцевые по-рошки, TiО2, ZrO2, тальк, асбест, стекло-волокно. Объемная концентрация напол-нителей составляет 3035% в пленочных композициях и 5060% в объемных композициях. Температурный коэффициент сопротивления композиции равен ТКС = ТК+ ТКP. (7.11)

Композиционные пленочные резисторы Композиционные пленочные резисторы характеризуются, как правило, большими значениями номинальных сопротивлений, достигающими 100 ГОм, относительно высокими значениями ТКС. Недостатком композиционных пленочных резисторов является довольно высокое значение уровня шумов, достигающее 1540 мкВ/В. Резисторы предназначены для работы в электрических цепях постоянного и переменного токов.

Композиционные объемные резисторы Выпуск постоянных резисторов с объемным резистивным элементом в настоящее время ограничен тремя типами: С4-2, ТВО и С4-3. Резисторы типа С4-2 и ТВО (теплостойкие, влагостойкие объемные) имеют прямоугольную форму с запрессованными в объемный резистивный элемент осевыми выводами. Диапазон номинальных сопротивлений достигает 1 Ом10 МОм, допускаемые отклонения сопротивлений ±5, ±10, ±20%. Номинальные мощности рассеяния резисторов типа С4-2 находятся в пределах от 0,25 до 2 Вт, а резисторов типа ТВО – от 0,125 до 60 Вт. Низкоомные резисторы С4-3 (Rн = 1,818 Ом) выполнены в виде колец с наружным диаметром 912 мм и нанесенными на торцы контактными площадками. Объемные композиционные резисторы характеризуются сравнительно невысоким уровнем шумов (310 мкВ/В), хорошо выдерживают импульсные перегрузки.

Проволочные резисторы постоянного сопротивления

Резисторы переменного сопротивления

Проволочные резисторы постоянного сопротивления

Магниторезисторы Это радиокомпоненты, у которых электросопротивление изменяется под воздействием внешнего магнитного поля. Регулируя напряженность управляю-щего магнитного поля в зазоре или перемещая магниторезистивный элемент в поле постоянного магнита, можно управлять сопротивлением и другими электри-ческими характеристиками резистора. Из анализа эффекта Холла в полупроводниках следует, что tg  = –B, где  – подвижность носителей заряда (электронов или дырок). Для малых углов  можно полагать, что   –B. В данном случае за время свободного пробега  вдоль электрического поля Е носитель заряда пройдет путь В , меньший, чем l, а именно В ≈cos ≈(1- 2/2)=(1- 2B2/2). (7.19) Поскольку за время носитель заряда проходит меньший путь вдоль поля Е, то это равносильно уменьшению дрейфовой скорости vдр, или подвижности, а тем самым и увеличению электросопротивления полупроводника. Очевидно, что . (7.20) Обозначив r = В –  и учитывая статистический разброс времени и длин свободного пробега, окончательно получим . (7.21)

Конструкция магниторезистора

Параметры магниторезисторов 1. Номинальное сопротивление Rн – сопротивление магниторезистора в отсутствие магнитного поля. 2. Номинальная мощность рассеяния Рн – максимально допустимая мощность рассеяния резистора в течение гарантированного срока службы. 3. Отношение сопротивления RB в поперечном магнитном поле с определенным значением индукции (обычно 0,5 или 1 Т) к номинальному значению Rн , RВ / Rн . 4. Функциональная характеристика R = f(B) – зависи-мость сопротивления магниторезистора от величины индукции воздействующего магнитного поля. 5. Температурный коэффициент сопротивления (ТКС).

Проектирование проволочных резисторов постоянного сопротивления

Техническое задание на проектирование проволочного резистора

Порядок проектирования проволочного резистора 1 1. Выбор материала провода (манганин, константан, нихром). Производится исходя из условий эксплуатации, допустимой рабочей температуры и требований к стабильности параметров. 2. Расчет диаметра обмоточного провода без изоляции d0. С этой целью воспользуемся формулой для допустимой плотности тока j, протекающего через резистивный элемент: , А/мм2, (7.22) где Iн – значение тока через резистор, А; q0 – сечение провода, мм2. Из формулы (7.22) следует, что диаметр провода резистивного элемента без изоляции равен . (7.23)

Порядок проектирования проволочного резистора 2 В формуле (7.23) величина тока Iн через резистивный элемент рассчитывается исходя из номинальной мощности рассеяния резистора Рн и номинального сопротивления Rн: . (7.24) Плотность тока j выбирается в зависимости от допустимого нагрева резистора, диаметра провода и условий охлаждения; для расчетов могут быть приняты следующие значения плотности тока: для стабильных резисторов 12 А/мм2, для нагрузочных (гасящих) резисторов 510 А/мм2, для резисторов из микропровода 200300 А/мм2. По рассчитанному диаметру провода d0 из справочника выбирается ближайшее стандартное значение диаметра и, в соответствии с допустимой температурой нагрева, величина диаметра провода в изоляции dиз.

Порядок проектирования проволочного резистора 3 3. Определение длины обмоточного провода lпр. Для этого воспользуемся формулой lпр = , из которой, после преобразований, следует , м, (7.25) где  – удельное сопротивление провода, Ом×мм2/м. 4. Расчет площади поверхности охлаждения резистора Sохл. Приближенно можно считать, что она равна площади наружной поверхности изоляционного основания. Для этого воспользуемся формулой (7.2), из которой получим, что . (7.26) Для точных резисторов с допусками 0,25; 0,5; 1,0% значение удельной мощности рассеяния Руд = 50500 Вт/м2; для резисторов общего применения с допустимой температурой перегрева 5060 С величина Руд = 10001500 Вт/м2, для нагрузочных резисторов (например, в цепях питания аппаратуры) Руд = 30005000 Вт/м2.

Разработка конструкции резистора Определяем длину намотки по формуле . (7.27) Для гасящих резисторов значение Dк = 1230 мм, для точных резисто-ров Dк = 619 мм. Определив длину намотки, следует произвести проверочный расчет размещения обмотки на каркасе, проверив выполнение условия где N – число витков намотки,  = 1,11,3 – коэффициент неплотности укладки провода. Число витков намотки можно оценить по формуле . (7.28)

Расчёт производственной погрешности Rн и расчет ТКС R,T