3551

Нагрузочная способность определяется предельным значением температуры перегрева, который допускается для магниторезистора. Нагрузочная способность указывается в паспорте либо в виде значений рассеиваемой мощности Ð, либо в виде предельно допустимого тока Imax , либо как тепловое со-

противление

где Ð - мощность, выделяемая в магниторезисторе;

Tmax - максимально допустимая температура резисто-

ра;

Tîêð .ñð. —температура окружающей среды.

При определении нагрузочной способности магниторезистора при постоянном токе исходят из максимального значения сопротивления RB (т.е. при Bmax ), а при постоянном питающем напряжении - из минимального значения сопротивления R0 при B= 0.

При работе на переменном токе магниторезистивный эффект не зависит от частоты вплоть до значений 10 ГГц. В случае наклейки магниторезисторов на металлическую подложку возможно возникновение токов Фуко, поэтому при высоких частотах применяется подложка из феррита.

ТКС магниторезисторов зависит от состава материала, магнитной индукции и температуры. Чем больше чувствительность магниторезистора, тем больше его ТКС.

1.6.4. Фоторезисторы

Фоторезисторы – это фотоэлектрические полупроводниковые приемники излучения, принцип действия которых основан на эффекте фотопроводимости. Напомним, что эффект фотопроводимости (фоторезистивный эффект) заключается в уменьшении электросопротивления полупроводникового материала при освещении [17].

Устройство фоторезистора показано на рисунке 2.14. Светочувствительный элемент фоторезистора представляет собой прямоугольную или круглую таблетку, спрессованную из полупроводникового материала, или тонкую пленку 1 на стеклянной, слюдяной или керамической подложке 2. На концах светочувствительного элемента создают электроды 3 с малым сопротивлением.

Поток

излучения

3

1 2

Рис. 1.21. Структура рабочего тела варистора:

1 – светочувствительный полупроводниковый слой,

2 – изоляционное основание, 3 – металлические электроды

Наиболее распространенными являются фоторезисторы на основе сернистого свинца (PbS), cеленистого свинца (PbSe), сернистого кадмия (CdS) и селенистого кадмия (CdSe).

Вольтамперные характеристики фоторезистора без освещения и при освещении относительно небольшим световым потоком Ô почти линейны, их графики приведены на рис. 1.30.

.

Iф,мкА

Ф>0

Iт

Ф=0

U, В

Рис. 1.30. ВАХ фоторезистора без освещения и при освещении

Зависимость электросопротивления фоторезистора R f(Ô) от величины светового потока Ô (функциональная

характеристика) аппроксимируется приближенным соотношением вида R~ Ô 1/2 и представлена на рис. 2.15, б.

R, Ом

Ф, лм

Рис. 1.31. Зависимость электросопротивления фоторезистора от величины светового потока

До введения ОСТ 11.074.009–78 (согласно которому фоторезистор обозначается буквами ФР) в основу обозначения фоторезисторов входил состав материала, из которого изготовлялся их термочувствительный элемент:

-СФ1 – на основе сульфида свинца (ранее обозначались ФСА);

-СФ2 – сернисто-кадмиевые (ранее обозначались ФСК); -СФ3 – селенисто-кадмиевые (ранее обозначались ФСД); -СФ4 – на основе селенида свинца.

Далее через дефис указывается номер разработки и вариант конструктивного исполнения.

Ассортимент фоторезисторов, выпускаемых промышленностью, весьма обширен. Различные их типы полностью перекрывают оптическую область спектра электромагнитного излучения, включая ее ультрафиолетовую и инфракрасные части.

Наиболее распространены три типа конструкций фоторезисторов: бескорпусная (пленочная); в металлостеклянном и пластмассовом корпусах (рис. 1.32, а – в).

Рис. 1.32. Конструкции фоторезисторов:

а– бескорпусная; б – в пластмассовом корпусе;

в– в металлостеклянном корпусе

Основными параметрами полупроводниковых фоторезисторов являются следующие.

Темновое сопротивление Rт – это сопротивление фоторезистора при полной защите чувствительного элемента от излучения. В зависимости от материала фоточувствительного элемента значение Rт составляет (от 0,022 до 100) ∙ 106 Ом.

Кратность изменения сопротивления – отношение темнового сопротивления Rт фоторезистора к световому сопротивлению Rсв измеренному при освещенности в 200 лк. Значение отношения Rт/Rсв для различных типов фоторезисторов на основе CdS и CdSe колеблется в широком диапазоне от 3,5 до 1,5 ∙ 106 (обычно от 150 до 1500), для фоторезисторов на основе PbS значение Rт/Rсв постоянно и равно 1,2 отн. ед.

Рабочее напряжение Uр – это напряжение, при котором фоторезистор работоспособен в течение заданного срока службы. Для различных типов фоторезисторов значение Uр находится в пределах от 2 до 100 В.

Номинальная мощность рассеяния Рн – максимально допустимая мощность, которую фоторезистор может рассеивать при непрерывной электрической нагрузке и температуре окружающей среды, указанной в технической документации, при атмосферном давлении 105 Н/м2 и рабочем напряжении на фоторезисторе. Значение Рн для фоторезисторов невелико и составляет от 0,01 до 0,35 Вт.

Темновой ток Iт – величина тока через фоторезистор, определяемая при рабочем напряжении и полной защите фоточувствительного элемента от излучения. Величина Iт имеет значение в интервале от 0,01 до 100 мкА.

Световой ток Iсв – величина тока через фоторезистор, определяемая при рабочем напряжении и освещенности 200 лк. Величина Iсв имеет значение в интервале от 0,3 до 6 мА.

Удельная чувствительность К – это отношение фототока ∆Iф к падающему на фоторезистор световому потоку Ф, лм, и приложенному к нему напряжению U, В

65

где ∆Iф = Iсв – Iт – фототок.

Фототок - это разность светового и темнового токов, протекающих через фоторезистор. Значение К для различных фоторезисторов составляет от 500 до 600 ∙ 103 мкА/лм ∙ В.

Спектральная характеристика, S(λ), представляет зависимость монохроматической чувствительности фоторезистора, К, отнесенную к значению максимальной чувствительности, Кmax, от длины волны λ регистрируемого потока излучения.

Очевидно

где Iфmax – значение фототока, соответствующее макси-

мальной чувствительности фоторезистора.

В зависимости от типа используемого фоточувствительного материала фоторезисторы имеют различные спектральные характеристики, изображенные на рис. 2.15, в.

Так, сернисто-кадмиевые и селенисто-кадмиевые фоторезисторы характеризуются максимумом чувствительности в видимой области спектра (λ = 0,6 мкм и 0,8 мкм, соответственно). Фоторезисторы, выполняемые из сульфида свинца и селенида свинца имеют максимум спектральной чувствительности

винфракрасной области спектра (λ = 1,8 мкм и 3,5 мкм, соответственно). Максимальную длину волны, при которой наблюдается внутренний фотоэффект, называют красной границей.

Инерционность τ – это длительность промежутка времени,

втечение которого фототок после включения или выключения источника света увеличивается или уменьшается в 2,73 раза

66

S, отн.

ед. CdS CdSe PbS PbSe 1,

0,6

0,2

Рис. 1.33. Спектральные характеристики различных фоточувствительных элементов

Инерционность обусловлена значительным временем жизни неравновесных носителей заряда, контролирующим крутизну фронтов нарастания и спада фотопроводимости. Например, у приборов на основе CdS уменьшение чувствительности заметно уже на частоте около 100 Гц, а на основе PbS – более 1 кГц. Это означает, что фоторезисторы не могут работать в устройствах с быстродействием выше 10–4 с (0,1 мс). Количественно зависимость амплитуды переменной составляющей фототока Iф от частоты модуляции fмод падающего светового потока выражается формулой

где Iф(0) – значение фототока при постоянном световом потоке, падающем на фоторезистор (fмод = 0).

Из формулы (2.18) следует, что с увеличением частоты модуляции светового потока фототок уменьшается.

67

Температурный коэффициент фототока ( ôò ) представ-

ляет собой относительное изменение фототока при изменении температуры на 1 градус

Значение ôò является отрицательной величиной, посколь-

ку общий фототок уменьшается с увеличением температуры.

1.6.5. Тензорезисторы

Тензорезисторы - элементы, электрическое сопротивление которых зависит от величины механических деформаций

[18].

Различают:

-проволочные тензорезисторы, в качестве чувствительного элемента имеют решетку из тонкой проволоки диаметром от 2 до 30 мкм;

-фольговые тензорезисторы, имеют решетку из фольги толщиной от 5 до 10 мкм;

-полупроводниковые тензорезисторы, в качестве чувствительного элемента имеют полупроводник толщиной от 20 до 50 мкм. Обладают большой чувствительностью.

Изменение сопротивления в металлических тензорезисторов основано на изменении геометрических размеров проводника. При удлинении проводника происходит уменьшение его поперечных размеров, что учитывает коэффициент Пуассона.

В полупроводниках электрическое сопротивление полупроводника изменяется под действием механических напряжений приложенных вдоль определенных кристаллических осей.

Тензочувствительность резистора определяется выраже-

нием

68

R

где R, R - сопротивление тензочувствительного элемента и его приращение;

- относительная деформация.

Типичные значения коэффициента тензочувствительности для разных материалов приведены в табл. 1.4.

Изменение сопротивления тензорезистора может происходить не только от деформации, но и от влияния других факторов, главный из них — изменение температуры, что вносит погрешность в результат измерения. Для снижения влияния температуры применяют сплавы с низким ТКС, термостатируют объект, вносят поправки на изменение температуры и/или применяют дифференциальные схемы включения тензорезисторов.

1.7. Обозначение резисторов в конструкторской документации

В подавляющем большинстве резисторы являются изделиями массового производства и изготавливаются на специализированных предприятиях. Для предприятий, где осуществляется сборка различных электронных средств, резисторы являются покупными комплектующими изделиями (ПКИ). С це-

69

лью приобретения необходимых ПКИ, в частности, резисторов составляются необходимые документы для их покупки. В этих документах указывается полное условное обозначение резисторов (или запись при заказе) по формам принятым для российских или зарубежных предприятий. Для всех российских предприятий эта форма одинакова. Для зарубежных фирм эта форма индивидуальна для каждой фирмы.

Втекстовой конструкторской документации (КД) полное условное обозначение резисторов всегда представляется в перечне элементов к различным электрическим схемам, спецификации и перечне спецификаций, а, при необходимости, в других КД.

1.7.1.Обозначение резисторов в графической конструкторской документации

Вграфической КД (различные электрические схемы) резисторы обозначаются в виде условных графических обозначений (УГО). Согласно ГОСТ 2.728-74 «Условные графические обозначения. Резисторы, конденсаторы» [19] существуют УГО для разных резисторов, представленные в табл. 1.5 и 1.6.

Таблица 1.5

УГО резисторов общего применения

0,25 Вт

0,5 Вт

1Вт

2Вт

5Вт

2.Резистор постоянный с дополнительными отводами:

а) одним симметричным

б) одним несимметричным

в) с двумя

Примечание. Если резистор имеет более двух дополнительных отводов, то допускается длинную сторону обозначения увеличивать, например, резистор с шестью дополнительными отводами

3. Шунт измерительный

Примечание. Линии, изображенные на продолжении коротких сторон прямоугольника, обозначают выводы для включения в измерительную цепь

4. Резистор переменный

Примечания:

1.Стрелка обозначает подвижный контакт

2.Неиспользуемый вывод допускается не изображать

3. Для переменного резистора в реостатном включении допускается использовать следующие обозначения:

а) общее обозначение

б) с нелинейным регулированием

5.Резистор переменный с дополнительными отводами

6.Резистор переменный с несколькими подвижными контактами, например, с двумя:

а) механически не связанными

б) механически связанными

7. Резистор переменный сдвоенный

Примечание к пп. 4-7.

Если необходимо уточнить характер регулирования, то следует применять обозначения регулирования по ГОСТ 2.721-74; например, резистор переменный:

а) с плавным регулированием

б) со ступенчатым регулированием

Для указания разомкнутой позиции используют обозначение, например, резистор с разомкнутой позицией и ступенчатым регулированием

в) с логарифмической характеристикой регулирования

г) с обратно логарифмической (экспоненциальной) характеристикой регулирования

д) регулируемый с помощью электродвигателя

8. Резистор переменный с замыкающим контактом, изображенный:

а) совмещено

б) разнесенно Примечания:

1.Точка указывает положение подвижного контакта резистора, в котором происходит срабатывание замыкающего контакта. При этом замыкание происходит при движении от точки, а размыкание - при движении к точке.

2.При разнесенном способе замыкающий контакт следует изображать

3.Точку в обозначениях допускается не зачернять

9. Резистор подстроечный

Примечания:

1.Неиспользуемый вывод допускается не изображать

2.Для подстроечного резистора в реостатном включении допускается использовать следующее обозначение

10. Резистор переменный с подстройкой

Примечание. Приведенному обозначению соответствует следующая эквивалентная схема:

Окончание табл. 1.5

б) нелинейный

12.Элемент нагревательный

13.Терморезистор:

а) прямого подогрева

сположительным температурным коэффициентом

сотрицательным температурным коэффициентом

б) косвенного подогрева

14. Bapистор

Таблица 1.6

Размеры УГО резисторов общего применения

1.Резистор постоянный

2.Резистор постоянный с дополнительными отводами:

а) одним

Продолжение табл.1.6

3.Резистор переменный

4.Резистор переменный с двумя подвижными контактами

5.Резистор подстроечный

6.Потенциометр функциональный

.

Каждый резистор, входящий в изделие и изображенный на схеме, должен иметь позиционное обозначение в соответствие с ГОСТ 2.710 – 81 «Обозначения буквенно-цифровые в электрических схемах» [20]. Согласно этому стандарту обозначение резистора в общей случае состоит из трех частей, указывающим вид элемента, его номер и функцию.

Вид и номер являются обязательной частью условного буквенно-цифрового обозначения и должны быть присвоены всем элементам и устройствам объекта. Указание функции резистора не служит для его идентификации и не является обязательным.

В первой чaсти записывают одну или несколько букв (буквенный код) для указания вида элемента, во второй части записывают одну или несколько цифр для указания номера элемента данного типа, в третьей части записывают одну или несколько букв (буквенный код) функции элемента. Для резисторов первая часть при однобуквенном обозначении содержит букву R, а для двухбуквенного обозначения RK – для тер-

морезисторов, RP – для потенциометров, RS – для шунтов измерительных приборов и RU – для варисторов.

Позиционные обозначения резисторам следует присваивать в пределах изделия, начиная с единицы, например R1, R2, R3 и т. д.

Порядковые номера должны быть присвоены в соответствии с последовательностью расположения резисторов на схеме сверху вниз в направлении слева направо.

Позиционные обозначения проставляют на схеме рядом с условными графическими обозначениями резисторов с правой стороны или над ними.

1.7.2. Обозначение резисторов в текстовой конструкторской документации

Российские изготовители полное условное обозначение резисторов выполняют по определенным правилам. Однако эти правила для резисторов постоянного и переменного сопротивления, а также для специальных резисторов отличаются друг от друга.

Всоответствии с ОСТ 11.074.009—78 «Резисторы. Классификация и система условных обозначений» полное условное обозначение отечественных резисторов содержит четыре части:

- неполное условное обозначение содержащее сокращенное обозначение и варианта конструктивного исполнения резистора;

- основные электрические и некоторые конструктивные параметры;

- климатическое исполнение; - обозначение документа (обычно номер ТУ), на основа-

нии которого применен резистор.

Втабл. 1.7 представлены элементы неполного условного обозначения для основных типов резисторов.

77

Для полного условного обозначения резистора к сокращенному обозначению добавляется вариант конструктивного исполнения (при необходимости), значения основных параметров и характеристик, климатического исполнения и обозначение документа на поставку.

Параметры и характеристика для постоянных резисторов указываются в следующей последовательности: номи-

78

нальная мощность рассеяния в ваттах; номинальное сопротивление с указанием единицы измерения; допуск на отклонение сопротивления в процентах; группа по уровню шумов; функциональная характеристика (для переменных резисто-

ров) [21].

Полного условное обозначение постоянного непроволочного резистора имеет вид:

1 - наименование изделия;

2 – неполное условное обозначение;

3– номинальная мощность рассеивания, Вт;

4– номинальное сопротивление и буквенное обозначение единицы измерения (Ом, кОм, МОм, ГОм, ТОм) ;

5– допускаемое отклонение сопротивления в %;

6– группа по уровню токовых шумов;

7- группа по температурному коэффициенту сопротив-

ления;

8- климатическое исполнение (В – всеклиматическое) ;

9- номер ТУ, на основании которого применен резистор. Если группа исполнения отличается от всеклиматиче-

ской или тропической, то в полном условном обозначении она не указывается. Могут не указываться также группа по уровню токовых шумов и группа по температурному коэффициенту сопротивления, если по этим параметрам резистор не нормируется. Тогда запись полного условного обозначения резистора будет выглядеть следующим образом:

Резистор Р1-12-0,125-4,7 кОм ± 5 % АЛЯР. 434110.005 ТУ.

Пример записи условного обозначения при заказе и в конструкторской документации металлофольгового постоянного резистора:

Резистор Р2-67А-0,125- 9,2 кОм ± 0,01% 1А В

79

ОЖ0.467.563 ТУ ,

где:

-Р2-67А - сокращенное обозначение;

-0,125 - номинальная мощность рассеяния, Вт;

-9,2 кОм - номинальное сопротивление;

-± 0,01% - допускаемое отклонение номинального сопротивления;

-1А - обозначение группы и подгруппы ТКС;

-В - всеклиматическое исполнение;

-ОЖ0.467.563 ТУ - обозначение документа на поставку.

Таблица 1.8

Группы и подгруппы ТКС для резисторов Р2-67А

Если проволочные резисторы одного типа выпускаются только на одну мощность рассеивания, группу климатического исполнения и ТКС, то последние часто не указывается в полном условном обозначении этого резистора. Так все резисторы типа Р2-90 выпускаются в одинаковом климатическом исполнении (В), имеют одинаковую мощность рассеивания 4 Вт, находятся в интервале ТКС (от 100 до +500) 10-6 К-1 . Поэтому

80