книги из ГПНТБ / Казарновский Д.М. Материалы и детали электротехнической аппаратуры

г и х - ±2%, ±3% ; ±5% ; ±10% и ±20%.

Номинальная рассеиваемая мощность Рн— это наибольшая нагрузка, допустимая для сопротивления при нормируемой тем­ пературе t < t H окружающего воздуха. Предельная рабочая тем­ пература t2 может быть больше tH. В этом случае рассеиваемую мощность следует понизить в соответствии с температурной ха­ рактеристикой допустимой мощности. Например, для сопротивле­ ния УЛМ допускается рабочая температура tv = —60...+ 100° С: однако при температуре свыше tH =40° С мощность необходимо снижать (см. рис. 12-6); при /=100° С допустимая мощность со­ ставляет лишь 20% от номинальной. В целях повышения надеж­

К основным характеристикам относятся также номинальные ток 1Н и напряжение Uн, удовлетворяющее соотношениям

u H= V K R H.

Если найденное на этой формуле напряжение превзойдет допусти­ мое, то снижают мощность так, чтобы напряжение равнялось допустимому.

Температурный коэффициент сопротивления ТКС находят по величине R' при повышенной температуре V н по величине R0 при нормальной температуре R:

Сопротивление изменяется не только под влиянием нагревания или охлаждения, но после перегрузки, воздействия повышенной влажности, вибрации и т. п. Соответствующие допустимые изме­ нения ДR (в процентах от R H) относятся также к основным ха­ рактеристикам (стр. 203).

Для сопротивления каждого типа допускается определенная величина ускорения при вибрации тв при линейных нагрузках тл и при ударах туЭ.

Гарантируются срок службы ?СА и срок хранения ъхр, по исте­ чении которых не происходит заметных изменений основных свойств.

При повышении частоты начинают все больше сказываться собственные емкость и индуктивность сопротивлений. В эквива-*

200

лентной схеме при частотах не свыше примерно 300 кгц можно эти параметры рассматривать как сосредоточенные. Полная про­

к

Рис. 12-1. Эквивалентные схемы сопротивления при невысоких частотах (примерно до 300 кгц)

При изменении частоты может наступить собственный резо­ нанс, тогда

&СВ

(D

L0Ca

Обычно рабочая частота много выше частоты собственного резо­ нанса и тогда

Сдвиг фаз между напряжением и током в цепи определяется вы­ ражением

<■>(£<> — &С0)

Сдвиг фаз для проволочных сопротивлений обычно бывает поло­ жительным (Lq> R 2C0) и тогда сопротивление имеет индуктивный характер. Выражение

называют эквивалентной паразитной индуктивностью. Отноше­ ние L' к сопротивлению R называют постоянной времени

Чем меньше постоянная времени, тем безреактивнее сопротивле­ ние. Для оценки непроволочных сопротивлений и потенциометров вводят дополнительные параметры (стр. 206).

12-2. ПРОВОЛОЧНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ

Сопротивления этого типа представляют собой каркас из изо­

противления; однако сопротивление из нихрома обладает значительным температурным коэффициентом сопротивления (порядка 100-10-4 проц/град), большой термо- э. д. с. и пониженной стабильностью. Проволочные сопротивления можно подразделить на постоянные и регулируемые.

Постоянные сопротивления. Намотанное на изоляционный кар­ кас сопротивление обычно покрывают силикатной эмалью, предо­ храняющей проволоку от механических повреждений и от корро­ зии. Эмаль, кроме того, закрепляет витки и позволяет устранить их смещение при нагреве. Выводы эмалированных сопротивлений могут быть мягкими и жесткими (рис. 12-2). Величина сопротив­ ления лежит в пределах от 5 до 90 ком, класс точности ±5 и

± 10%.

Мощность рассеяния эмалированных сопротивлений лежит в пределах от 2,5 до 100 вт. Рабочая температура для сопротивле­ ний нормального исполнения tv= —60... + 120° С, для теплостойких

202

ные сопротивления обладают значительной реактивностью и пред­ назначаются для поглощения излишков напряжения в основном в цепях постоянного тока и низкой частоты.

Герметизированные сопротивления из микропроволоки в стек­ лянной изоляции применяются в цепях постоянного, переменного и импульсного тока. Они принадлежат к высокостабильным высоко­

снижается до 20% от RH при 155° С. Номинальное напряжение

= ±0,1 %; после трех температурных циклов Д/? = ±0,1 %; после воз­ действия вибрации Д£’=±0,02% . Допустимые ускорения: /л„=16 g; тпл= 100g; myd = 100g\ Гарантийные сроки: ,= Ю000 час; Ххр —

=10 лет.

Вцелях уменьшения реактивности сопротивления, что важно при повышенных частотах, применяют сложные типы намоток — бифилярную, встречную, петлевую, восьмерочную, последовательнобифилярную и др. (рис. 12-3).

Бифилярная намотка характеризуется малой индуктивностью,, так как токи в соседних проводниках направлены в разные сто­ роны; она имеет, однако, большую межвитковую емкость и обычно используется при частотах до 50 кгц. Номинал таких сопротивле­

203

ляет Д/?=±0,2%; после температурных циклов A R —± 0,2%; после воздействия вибрации AR = ±0,2%. Допустимые ускорения: /«„ — = 4 g, туд= 4 g. Гарантийные сроки: тС| = 500 час, ~l.p= 1 год. Име­ ются другие типы проволочных постоянных сопротивлений.

Регулируемые сопротивления. Защитный слой эмали на регу­ лируемых сопротивлениях наносится так, чтобы оставалась про­ дольная полоска оголенной проволоки. Сопротивление имеет хо­ мутик с контактом и зажимным винтом. Перемещая этот хомутик, можно регулировать величину сопротивления между хомутиком и каждым из выводов; после регулировки хомутик закрепляется за­ жимным винтом. Имеются и другие конструкции регулируемых сопротивлений.

12-3. ПРОВОЛОЧНЫЕ ПОТЕНЦИОМЕТРЫ

Потенциометр представляет собой сопротивление с тремя вы­ водами; один из них является подвижным (движок).. Таким об­ разом, с помощью потенциометра к схеме может быть подана лю­ бая часть напряжения сети, а путем перемещения движка подво­ димое напряжение можно изменять по заданному закону. Помимо параметров, свойственных сопротивлению, для4 потенциометров имеют значение и другие характеристики.

Закон изменения сопротивления. Сопротивление между движ­ ком и выводом может меняться различным образом; при этом от­ рабатывается заданная функция: синусоидальная, логарифмиче­ ская, линейная и т. п.

Разрешающая способность. При перемещении движка по об­ мотке в большинстве конструкций движок переходит с одного витка на другой и величина сопротивления изменяется скачком. Отношение приращения сопротивления при смещении движка на один виток к общему сопротивлению в процентах и представляет собой разрешающую способность А. Для кольцевых потенциоме­ тров величина А«*0,1%.

Погрешность характеристики. Под этой величиной понимается отношение наибольшего отклонения напряжения от расчетного в данной точке к действительному напряжению, снимаемому с по­ тенциометра. Погрешность В обычно выражается в процентах. Эта величина составляет от 0,2 до 3%.

Рабочий момент. Для потенциометров указывают необходимый момент Мтр трогания движка. Эта величина составляет для по­ тенциометров общего применения около 50 Г • см.

Число рабочих циклов (износоустойчивость). При перемеще­ нии движка происходит износ потенциометра. Допустимый износ оценивают предельным числом циклов работы; один цикл пред­ ставляет собой перемещение движка от одного конца сопротивле­ ния к другому. Обычно износоустойчивость составляет не менее

50000 циклов.

204

Проволочные однооборотные потенциометры

Потенциометры этого типа выполняют путем намотки прово­ локи (нихром, константам, сплавы драгоценных металлов) на изо­ ляционным каркас в форме кольца, после чего для закрепления витков производят пропитку эмалью или компаундом. Токосъем­ ный контакт обычно выполняют из сплава благородных металлов.

В качестве примера рассмотрим свойства потенциометров ПТП (теплостойких прецизионных), используемых в качестве делителей напряжения и функциональных преобразователей.

Номинал RH= 102 5• 104 ом. Класс точности: ±(2-ьЗ)% . За­ кон изменения сопротивления может быть линейным и нелиней­ ным. Погрешность характеристики: ± (0,05 = 0,5) %. Мощность R H составляет 1,2 и 5 вт; tp = —60... + 120° С, однако, начиная с тем­ пературы 4 = Ю0оС, мощность снижают. Напряжение £/„=150 = 500 в в зависимости от мощности. Число рабочих циклов: от 5- 104

ются и другие типы потенциометров с мощностью рассеяния до

80 вт.

Проволочные многооборотные потенциометры

Намотку таких потенциометров выполняют голой проволокой из сплава сопротивления по спирали на цилиндрической оправке и здливают компаундом (эпоксидным или другим). После отвер­ ждения компаунда оправку удаляют; таким образом, получают потенциометр цилиндрической формы с оголенной внутри обмот­ кой. Если необходим отличающийся от линейного закон изменения выходного напряжения, то он достигается благодаря переменному шагу намотки. Выходное напряжение снимается при помощи ро­ лика, перекатывающегося внутри проволочной спирали по оголен­ ной проволоке. Ролик прижимается к спирали пружиной и приво­ дится в движение путем вращения валика, расположенного на оси потенциометра. Когда ролик перекатывается по проволоке на вну­ тренней поверхности обмотки, он одновременно перемещается по­ ступательно вдоль валика. С валика ток поступает на цилиндри­ ческое токосъемное кольцо со щетками. Если в однооборотном по­ тенциометре имеется один контакт, то здесь их три (намотка — ролик, ролик — валик и кольцо — щетка). Многооборотные потен­ циометры, отличаясь большим числом оборотов (до 40), могут обладать исключительно высоким сопротивлением (до 25 Мом). Обычно величина сопротивления такого потенциометра при 10 обо­ ротах равна 100 ком. Класс точности обычно равен ±5% , для точных изделий— ±1% ; Погрешность характеристики может со­ ставлять В= ± 0,01 %, мощность рассеяния 5—20 вт. К достоинст­ вам многооборотных потенциометров относятся небольшие раз­ меры, высокие точность и разрешающая способность. Недостат­ ком является большой момент вращения (до 500 Г-см). С появле­

205

нием многооборотных потенциометров удалось повысить точность и надежность работы потенциометрических схем, обеспечить за­ щиту от влаги и повысить рабочую температуру (до 150°С). Ввиду необходимости низкого температурного коэффициента и высокой стойкости к коррозии для проволоки применяют сплавы на основе драгоценных металлов, например палладий — платина.

12-4. НЕПРОВОЛОЧНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ

Непроволочные сопротивления подразделяются на две группы. В сопротивлениях первой группы — поверхностных токоведущий элемент выполнен в виде тонкого металлического или углероди-

Рпс. 12-4. Осциллограмма напряжения шумов иепроволочного сопротивления

стого слоя. Ко второй группе относятся объемные сопротивления, у которых проводящий материал в измельченном виде распреде­ лен в изоляционной среде. Объемные сопротивления имеют более ограниченное применение, чем поверхностные. Для непроволочных сопротивлений, помимо общих показателей, оговаривают ряд до­ полнительных параметров.

Напряжение шумов. Если пропускать постоянный ток через непроволочное сопротивление, то на нем возникают колебания на­ пряжения. Они обусловлены непрерывными беспорядочными изме­ нениями контактных сопротивлений между проводящими части­ цами. Переменная составляющая этого напряжения вызывает по­ явление шумов в усилителе, поэтому она получила название на­ пряжения или э. д. с. шумов. Спектр частот напряжения шумов весьма широк (рис. 12-4); э. д. с. шумов увеличивается с ростом постоянного напряжения; поэтому напряжение шумов еш (дей­

206

ствующее значение) относят к единице приложенного постоянного напряжения и измеряют в мкв/в. Существует также ряд и других коэффициентов, которые показывают, как меняется величина ак­ тивного сопротивления под воздействием различных факторов — старения, увлажнения, циклического изменения внешних условий, механической нагрузки и т. п.

Поверхностные непроволочные сопротивления

Сопротивление состоит из каркаса (керамика, стекло), на ко­ торый нанесен токопроводящий слой. По концам на сопротивление насаживают контактные колпачки или зажимы (рис. 12-5). Все со-

Рис. 12-5. Непроволочные поверхностные высокоомные сопротивления небольшой мощности:

'/ — колпачок с выводом; 2 — слой защитной эмали; 3 — на­ резка; 4 — токопроводящий слой

противление покрывают защитным слоем эмали. Величина номи­ нала при изготовлении сопротивления (примерно до 50 ком) регу­ лируется путем изменения состава и толщины токопроводящего слоя, а у высокоомных сопротивлений, кроме того,— путем проре­ зания по поверхности спиральной канавки. Среди поверхностных сопротивлений наибольшее распространение получили углероди­ стые, металлизированные и композиционные сопротивления.

Углеродистые поверхностные сопротивления. Токопроводящий слой на керамическом каркасе осаждается в процессе разложения жидких углеводородов в печи при высокой температуре. Получен­ ный слой углерода состоит из микрокристаллов графита; он отли­ чается высокой частотой, химической инертностью и твердостью. Удельная проводимость осажденного углерода около 10-4 ом~1см~1; он имеет относительно большой температурный коэффициент. По­

207

этому сопротивления такого типа (ВС) отличаются высоким зна­ чением ТКС = —(6-т-20) • 10-2 проц/град.

Величину ТКС можно снизить (примерно в 10 раз) путем оса­ ждения углерода с добавкой бора. Бороуглеродистые лакирован­

= —(l,2-i-2) • 10-2 проц/град. Изменение Д/? после 100-часового воз­

Металлизированные сопротивления благодаря способности ме­ таллических пленок пропускать токи со значительной плотностью допускают более высокие температуры (до 200°С), чем сопротив­ ления ВС (рис. 12-6). Поэтому, например, сопротивление МЛТ при той же мощности рассеяния имеет значительно меньшие габариты, чем сопротивление ВС. Так, мощность рассеяния, отнесенная к еди­ нице объема сопротивления МЛТ, составляет около 0,4 вт/см3, тогда как для ВС эта величина около 0,1 вт/см3. Благодаря зна­ чительно меньшей собственной емкости постоянная времени у со­ противлений МЛТ меньше, чем у сопротивлений ВС. Это дает возможность использовать сопротивления МЛТ при более высоких частотах, чем сопротивление ВС.

Свойства одного из типов металлизированных сопротивлений — МТ (металлизированные теплостойкие) характеризуются следую­

208

= ±0,1 проц/град (для сопротивлений МЛТ — ТКС = = ±0,02 проц/град). Изменение AR после воздействия 1000-крат- ной импульсной нагрузки или после температурных циклов не бо­

Композиционные поверхностные сопротивления. В этих сопро­ тивлениях для создания проводящего слоя используется компо­ зиция— смесь лака (обычно бакелитового) и тонко измельченного графита, которая наносится на поверхность керамического или стеклянного каркаса. После сушки и полимеризации лака на по­ верхности нарезается спиральная канавка (для высокоомных со­ противлений), насаживаются контактные колпачки и наносится слой защитной эмали. Имеется несколько типов композиционных сопротивлений.

Например, сопротивления КЭВ (композиционные эмалирован­

они могут значительно превосходить углеродистые сопротивления: Рн =0,5 = 40 вт. Рабочая температура tv= —60 = 100°С, однако, начиная с 4 —40° С, допустимая мощность снижается. Величина ТКС = 0,1=0,3 проц/град. Изменение AR при повышении напряже­ ния от 10 до 100%, от величины, соответствующей Рн, Д/?<; ±10%;

Сопротивления повышенной стабильности типа КВМ — компо­ зиционные вакуумные мегомные отличаются тем, что они заклю­ чены в стеклянный вакуумированный баллон, вследствие чего исключается влияние влаги и кислорода воздуха на их свойства. Диапазон номиналов этих сопротивлений охватывает значения от 107 до 1012 см при повышенном классе точности ±5% . Рабочее напряжение: (JH 300 в; tp= —55... + 80°С; по величине ТКС они мало отличаются от сопротивлений КЭВ, а изменения AR под влиянием различных факторов значительно меньше: ±5% (при Яя< 1 0 " ом).

Металлоокисные поверхностные сопротивления. Сопротивление этого вида представляет собой керамическую трубку с нанесен­ ным тонким слоем окиси олова или других окислов. Контакты по концам трубки выполнены из слоя вожженного серебра с до­ бавкой окиси олова.

Сопротивления МОУ — металлоокисные ультравысокочастот-

209