теория

На постоянных резисторах в соответствии с ГОСТ 17598-72 и требованиями Публикации 62 МЭК допускается маркировка цветным кодом. Ее наносят знаками в виде кругов или полос.

Для маркировки цветным кодом номинальное сопротивление резисторов в омах выражается двумя или тремя цифрами (в случае трех цифр последняя цифра не равна нулю) и множителем 10n, где п — любое целое от -2 до +9. Маркировочные знаки сдвигают к одному из торцов резистора и располагают слева направо в следующем порядке:

первая полоса - первая цифра вторая полоса - вторая цифра

третья полоса - множитель номинального сопротивления. четвертая полоса – допуск.

Таблица 10.2. Цвета знаков маркировки номинального сопротивления и допусков

Цвета знаков маркировки номинального сопротивления и допусков должны соответствовать указанным в табл. 10.2.

Для резисторов с номинальным сопротивлением, выраженным тремя цифрами и множителями, цветная маркировка состоит пяти знаков (полос). Первые три полосы -- три цифры, четвертая и пятая -- множитель и допуск. Если размеры резистора не позволяют разместить маркировку ближе к одному из торцов резистора, площадь первого знака (ширина первой полосы) делается

131

примерно в 2 раза больше других знаков.

10.4. УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ НАБОРОВ РЕЗИСТОРОВ

Система условных обозначений наборов резисторов регламентируется отраслевыми стандартами.

Тонкопленочные наборы резисторов, имеющие конструктивное технологическое исполнение интегральных микросхем, отнесены к группе 3, подгруппе наборов элементов HP или НФ.

Условное обозначение тонкопленочных наборов резисторов состоит из следующих элементов:

первый элемент - цифра, обозначающая группу микросхемы; второй элемент - две цифры, обозначающий порядковый номер

разработки серии микросхем; вместе с первым элементом три цифры означают серию микросхем;

третий элемент — две буквы, обозначающие подгруппу и вид микросхемы;

четвертый элемент - условный номер разработки микросхемы по функциональному признаку в данной серии.

Например, пленочный набор в конструктивно-технологическом исполнении микросхемы серии 301, с порядковым номером разработки в данной серии по функциональному признаку 2 обозначается: 301 НР2.ТУ.

Для наборов резисторов, не отнесенных к классу интегральных микросхем, условное обозначение может быть сокращенным и полным.

Сокращенное обозначение состоит из следующих элементов:

Первый элемент - сочетание букв НР, обозначающих подкласс резисторов (наборы резисторов);

второй элемент — цифра, обозначающая вид материала резистивных элементов (1 — непроволочные, 2— проволочные или металлофольговые);

третий элемент — регистрационный номер конкретного типа набора резисторов.

Полное обозначение состоит из сокращенного обозначения варианта конструктивного исполнения, значений основных параметров и характеристик набора, климатического исполнения и обозначения документа на поставку.

В состав основных параметров и характеристик наборов резисторов входят:

обозначение типовой схемы построения набора; число резисторов или разрядов в наборе;

номинальное сопротивление и буквенное обозначение единицы измерения сопротивления (Ом, кОм, МОм);

допускаемое отклонение сопротивления в процентах и коэффициент отношения (деления);

погрешность коэффициента отношения (деления); группа по температурному коэффициенту сопротивления (ТКС).

Состав полного условного обозначения (в том числе состав основных

132

параметров и характеристик) устанавливается документом на поставку. Если параметры и характеристики набора однозначно определяются документом на поставку, то полное условное обозначение состоит из сокращенного обозначения и обозначения документа на поставку.

Например, набор резисторов непроволочных с регистрационным номером 3 обозначается HP 1-3.ТУ, или набор резисторов непроволочных, с регистрационным номером 7, конструктивного варианта исполнения А, типовой схемы построения 5, с числом резисторов 7, имеющих номинальное сопротивление 470 0м и допускаемое отклонение ±5 %, обозначается НР1-7А-5- 7-470 0м±5 %…ТУ.

Наряду со стандартными условными обозначениями на изделиях старых разработок встречаются ненормализованные обозначения такие, как: HС — наборы сопротивлений; ДНД — делитель напряжения дискретный; ДНМ — делитель напряжения миниатюрный; СЭС— схемный элемент сопротивления и др. Их полное условное обозначение, используемое для заказов конкретных типов и записи в конструкторской документации, указывалось в документе на поставку.

10.5. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕЗИСТОРОВ

10.5.1. НОМИНАЛЬНАЯ МОЩНОСТЬ И ПРЕДЕЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ

Под номинальной мощностью понимается наибольшая мощность, которую резистор может рассеивать в заданных условиях в течение гарантированного срока службы (наработки) при сохранении параметров в установленных пределах.

Значение номинальной мощности рассеяния зависит от конструкции резистора и физических свойств материалов. Чем выше теплостойкость конструкционных и резистивных материалов, тем выше допустимая рассеиваемая мощность для данной конструкции.

При эксплуатации значение номинальной мощности ограничивается температурой окружающей среды и электрической нагрузкой, которая в конечном итоге создает дополнительный перегрев. С повышением температуры окружающей среды теплоотдача ухудшается и происходит нагрев резистора сверх допустимого теплового режима, в результате чего появляется необходимость снижения электрической нагрузки. В документах на поставку обычно приводится зависимость мощности от температуры, по которой выбирается электрическая нагрузка для конкретных условий использования резистора. На этой зависимости регламентированы три точки: нижняя отрицательная температура (tмин), верхняя положительная температура (tн), при которой обеспечивается работоспособность при номинальной электрической нагрузке, и предельная положительная температура (tпред.доп), при которой резистор работает со снижением электрической нагрузки. В связи с этим в

133

справочных данных указаны диапазоны температуры для этих трех точек. Конкретные значения номинальных мощностей рассеяния в ваттах

устанавливаются согласно ГОСТ 24013-80 и ГОСТ 10318-80 выбираются из ряда: 0,01; 0,025; 0,05; 0,062; 0,125; 0,25; 0,5; 1; 2; 3; 4; 5; 8; 10; l6; 25; 40; 63; 80; 100; 160; 250; 500. В некоторых нормативных документах указывают вид резистора, понимая под этим резистор с конкретной мощностью рассеяния.

Кроме номинальной мощности рассеяния на практике часто пользуются удельной мощностью резистора Руд, определяемой отношением номинальной мощности рассеяния Рн к теплоотдающей поверхности S, Вт/см2, или к объему

резистора V, Вт/см3: Руд=Рн/S, Руд=Рн/V.

Номинальную мощность устанавливают расчетным путем, исходя из выбранных материалов и конструкции, и подтверждают длительными испытаниями при различных значениях температуры среды и электрической нагрузки.

Мощность Р, которую рассеивает резистор в конкретной электрической цепи, определяют через проходящий через него ток I и падение напряжения U: P=UI или через номинальное сопротивление Р=I2R или P=U2/Rн.

Рабочее напряжение, при котором резистор может работать, не должно превышать значения, рассчитанного исходя из номинальной мощности и номинального сопротивления по формуле U£ ÖРнRн. Однако при выборе резисторов с большим номинальным сопротивлением (сотни кОм, единицы МОм) это напряжение может достигать больших значений и в некоторых случаях приводить к пробою. Поэтому для каждого типа резистора с учетом его конструкции, размеров и обеспечения длительной работоспособности устанавливается предельное рабочее напряжение Uпред. Оно ограничивается в основном тепловыми процессами в токопроводящем элементе электрической прочностью резистора.

Предельные рабочие напряжения постоянных резисторов в соответствии с ГОСТ 24013-80 выбираются из ряда 25; 50; 100; 150; 200; 250; 500; 750; 1000; 1500; 2500; 3000; 4000; 5000; 10000; 20000; 25000; 35000; 40000; 60000 В. Для переменных резисторов по ГОСТ 10318-80 этот ряд несколько ограничен: 5; 10; 25; 50; 100; 150; 200; 250; 350; 500; 750; 1000; 1500; 3000; 8000 B.

10.5.2. НОМИНАЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ И ДОПУСК

Номинальное сопротивление — электрическое сопротивление, значение которого обозначено на резисторе или указано в нормативной документации и которое является исходным для отсчета отклонений от этого значения. Диапазон номинальных сопротивлений установлен для резисторов: постоянных от долей ома до единиц ТОм; переменных проволочных от 0,47 Ом до 1 МОм; переменных непроволочных от 10 Ом до 10 МОм. В технически обоснованных случаях допускается отклонение от указанных пределов.

Номинальные сопротивления резисторов, выпускаемых отечественной промышленностью, стандартизованы в соответствии с рекомендациями МЭК и СЭВ. В СССР согласно ГОСТ 2825-67 для постоянных резисторов установлено

134

шесть рядов: Е6, Е12; Е24; Е48; Е96; Е192, а для переменных резисторов в соответствии с ГОСТ 10318-80 установлен ряд Е6. Кроме этого, по стандарту СЭВ 1076-78 допускается использовать ряд ЕЗ. Цифра после буквы Е указывает число номинальных значений в каждом десятичном интервале.

Например, по ряду Е6 номинальные сопротивления в каждой декаде должны соответствовать числам 1; 1,5; 2,2; 3,3; 4,7; 6,8 или числам, полученным умножением или делением этих чисел на 10n, где п — целое положительное или отрицательное число. Принцип построения рядов Е48, Е96 и Е192 аналогичен приведенному, возрастает лишь число промежуточных значений).

Для прецизионных и сверхпрецизионных резисторов с допусками ±0,01; ±0,005; ±0,002; ±0,001% номинальные сопротивления устанавливаются из ряда, полученного умножением чисел 1, 2, 3, 4, 5, 8, 9 на 10n, где n — целое положительное число от 1 до 6.

Действительные значения сопротивлений резисторов вследствие погрешностей изготовления могут отличаться от номинальных. Разница между номинальным и действительным сопротивлением, выраженная в процентах по отношению к номинальному сопротивлению, называется допускаемым отклонением от номинального сопротивления или кратко, допуском. Ряд допусков так же, как и ряд номинальных сопротивлений, в соответствии с рекомендациями МЭК и СЭВ стандартизирован. Согласно ГОСТ 9664-74

установлен ряд допусков: ±0,001; ±0.002; ±0,005; ±0,01; ±0,02; ±0,05; ±0,1;- ±0,25; ±0,5; ±1; ±2; ±5; ±10; ±20; ±30 %.

Переменные резисторы, кроме номинального сопротивления, характеризуются следующими параметрами:

полное сопротивление — электрическое сопротивление, измеренное между крайними выводами резистивного элемента, оно совпадает с номинальным;

установленное сопротивление — электрическое сопротивление,

измеренное между одним из выводов резистивного элемента и выводом подвижного контакта;

минимальное сопротивление — электрическое сопротивление, измеренное между выводом подвижного контакта и любым выводом резистивного элемента при таком положении вала, когда получается наименьшее сопротивление;

сопротивление дополнительного отвода — электрическое сопротивление между крайним выводом резистивного элемента и выводом дополнительного отвода;

переходное сопротивление (контактное сопротивление) —электрическое сопротивление между резистивным элементом и подвижным контактом;

для резисторов с выключателем введено понятие «сопротивление контактов выключателя» — электрическое сопротивление замкнутой контактной пары, состоящее из сопротивления контакт деталей и переходного сопротивления контакта;

начальный скачок — резкое изменение сопротивления при перемещении

135

подвижной системы от упора (а для резисторов с выключателем от положения «включено») до начала плавного изменения сопротивления;

сопротивление изоляции — электрическое сопротивление между токоведущими частями и корпусом.

Методы измерения сопротивления резисторов (полного, установленного, дополнительного отвода и т.п.) и их количественные критерии установлены ГОСТ 21342.20-78. Стандарт предусматривает применение измерительной аппаратуры, использующей на постоянном или переменном токе: мостовой метод; компенсационный метод; метод вольтметра-амперметра; любой другой метод, обеспечивающий необходимую точность (погрешность) измерений. При измерении сопротивления напряжение на резисторе не должно превышать 30 % напряжения, соответствующего его номинальной мощности рассеяния, или 10 % предельного рабочего напряжения (в зависимости от того, какая величина меньше). По абсолютной величине измерительное напряжение не должно превышать 100 В, а электрическая нагрузка резистора не должна искажать результатов измерения. В практике прецизионных измерений принято считать, что мощность, подаваемая на резистор, не искажает результатов измерений,

если Ризм<0,1Рн.

Для измерений сопротивления используют различные мосты и мостовые установки, омметры и компараторы, вольтметры и амперметры, меры и магазины сопротивлений, и всевозможные универсальные приборы.

Минимальное сопротивление и начальный скачок переменных резисторов измеряют так же, как и полное сопротивление. При этом может применяться практически любая аппаратура, как стандартная, имеющая необходимый диапазон и погрешность измерения, так и нестандартная. Порядок измерения и рекомендуемая методика приведены в ГОСТ 21342.5-75. Для выполнения измерений наиболее удобны омметры Ф410, Ф415, М371, Ц4380, Ц4382 и ряд цифровых омметров с быстродействием порядка 25 изм./с и выше.

Переходное (контактное) сопротивление переменного резистора измеряют как в отдельных точках токопроводящего резистивного элемента, так и по всей его длине (в разных точках перемещения подвижной системы). Для измерения собирают схему, состоящую из источника стабилизированного тока, подключаемого к выводам 1, 3 резистора, и усилителя с вольтметром, подключаемых на выход (выводы 2, 3). Общая методическая погрешность должна быть не более ±5 %, для этого входное сопротивление усилителя подбирается достаточно большим с тем, чтобы снизить погрешность, вносимую выходной частью резистора, подключаемой на вход усилителя. Источник стабилизированного тока должен обеспечивать необходимый ток через переходный контакт. При измерении этот ток устанавливается обычно не менее 10 мА. Однако работоспособность резистора сохраняется и при меньших токах

— до единиц микроампер.

Сопротивление изоляции измеряется в соответствии требованиями ГОСТ 21342.13-78 при напряжении на измеряемом резисторе 100 и 500В в зависимости от значения предельно допустимого рабочего напряжения, до 500

136

В или свыше соответственно. В зависимости от конструктивных особенностей резисторов измерение параметров производят одним из следующих способов: между всеми выводами резистора, соединенными вместе, и корпусом; между всеми выводами резистора, соединенными вместе, и испытательным электродом; между всеми выводами резистора, соединенными вместе, и металлической пластиной. Погрешность измерения не должна превышать ±20. Для этой цели используют мегаомметры и тераомметры.

10.5.3. ТЕМПЕРАТУРНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ СОПРОТИВЛЕНИЯ

Температурным коэффициентом сопротивления (ТКС) называется величина, характеризующая относительное изменение сопротивления на один градус Кельвина или Цельсия. ТКС характеризует обратимое изменение сопротивления резистивного элемента вследствие изменения температуры окружающей среды или изменения электрической нагрузки. Чем меньше ТКС, тем лучшей температурной стабильностью обладает резистор.

На практике пользуются средним значением температурного коэффициента сопротивления, который определяется в интервале рабочих температур либо с помощью специального измерителя ТКС, либо измерением трех значений сопротивлений (при температуре 20°С, крайней положительной

икрайней отрицательной температурах) и последующим вычислением ТКС по

формуле TKC= R/R1 t, где R— алгебраическая разность между сопротивлением, при заданных положительной и отрицательной температурах,

исопротивлением при нормальной температуре; R1—сопротивление при

нормальной температуре; t — алгебраическая разность между заданной положительной или заданной отрицательной температурой и нормальной температурой. Значения ТКС прецизионных резисторов лежат от единиц до 100*10-6 1/°С, а резисторов общего назначения — от десятков до ±2000*10-6 1/°С. Метод измерения ТКС и рекомендуемые метрологические нормы установлены ГОСТ 21342.15-78. Комплектная погрешность метода нормативной документацией не регламентируется, однако стандарт предусматривает, что отклонение температур в измерительной камере должно быть не более 3—10°С, а погрешность ее измерения не должна превышать ±2°. За допустимую погрешность метода следует принимать суммарную погрешность двух измерений сопротивления, а не погрешность измерительного прибора, как это иногда принято считать.

10.5.4 СОБСТВЕННЫЕ ШУМЫ

Собственные шумы резисторов складываются из тепловых и токовых шумов. Возникновение тепловых шумов связано с флуктуационными изменениями объемной концентрации свободных электронов в резистивном элементе, обусловленными их тепловым движением. Спектр частот тепловых шумов непрерывный.

Помимо тепловых шумов, уровень которых определяется в основном

137

температурой, и сопротивлением резистивного элемента и не зависит, от протекающего тока, в резистивном элементе при подключении к нему электрической нагрузки возникают специфические таковые шумы, обусловленные флуктуациями контактных сопротивлений между проводящими частицами, а также трещинами и неоднородностями резистивного элемента. Эти флуктуации являются следствием изменения площади контактирования отдельных токопроводящих частей структуры резистивного элемента, перераспределения напряжения на отдельных зазорах между этими частицами, возникновения новых проводящих цепочек в относительно больших зазорах под действием высокой напряженности электрического поля и т. п.

Токовые шумы зависят от материала и конструкции резистивного элемента и наиболее характерны для непроволочных резисторов. Они значительно больше тепловых шумов. Их спектр частот также непрерывен и не подчиняется никакому периодическому закону. Поэтому собственные шумы измеряют действующим значением ЭДС шумов и выражают в микровольтах на вольт приложенного напряжения.

Собственные шумы резисторов тем выше, чем больше температура и напряжение. Высокий уровень шумов резисторов ограничивает чувствительность электронных схем и создает помехи при воспроизведении полезного сигнала. Значение ЭДС шумов для непроволочных резисторов — от долей единиц до десятков и сотен микровольт на вольт.

Для переменных резисторов также рассматриваются такие параметры, как функциональная характеристика - определяет зависимость сопротивления переменного резистора или напряжения от положения подвижного контакта, разрешающая способность, шумы скольжения переменных резисторов, момент трогания и момент вращения, разбаланс по сопротивлению многоэлементного переменного резистора, износоустойчивость.

10.6.КОНДЕНСАТОРЫ

10.6.1.КЛАССИФИКАЦИЯ, СХЕМА ЗАМЕЩЕНИЯ. ОСНОВНЫЕ И

ПАРАЗИТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ

Для удобства изучения и описания свойств конденсаторов необходимо их классифицировать. Это делают по нескольким признакам.

По характеру изменения емкости различают конденсаторы постоянной и переменной емкости, когда емкость должна существенно изменяться в процессе функционирования РЭА. Различают конденсаторы с механически и электрически управляемой емкостью. Существуют также подстроечные конденсаторы, у которых емкость изменяется при регулировке аппаратуры, и специальные, у которых емкость изменяется по определенному закону при действии различных внешних воздействий (температуры, механических усилий

ит. д.).

Взависимости от материала диэлектрика различают вакуумные,

138

воздушные, с твердым неорганическим диэлектриком (слюдяные, керамические, стеклокерамические, стеклоэмалевые, пленочные), с твердым органическим диэлектриком (бумажные, металлобумажные) и электролитические (танталовые, алюминиевые) конденсаторы.

Конденсаторы классифицируют также по рабочему напряжению, начальным отклонениям емкости, стабильности, иногда по геометрической конфигурации (цилиндрические, трубчатые, дисковые и др.) и методу крепления.

Основными электрическими параметрами конденсатора являются емкость С и рабочее напряжение UР. Конденсатор как законченное устройство обладает рядом паразитных параметров. К числу их следует отнести индуктивность LС , сопротивление изоляции RИЗ, сопротивление потерь RП, емкость между выводами конденсатора и корпусом СЗ. Для переменных конденсаторов основными параметрами являются также пределы изменения емкости (ее минимальное и максимальное значения), закон ее изменения в зависимости от угла поворота ротора для конденсаторов с механически управляемой емкостью и в зависимости от напряжения для конденсаторов с электрически управляемой емкостью.

Схема замещения конденсатора, учитывающая основные и паразитные параметры, дана на рис. 10.4. Паразитная индуктивность конденсатора LС определяется конструкцией, размерами обкладок и ограничивает их применение на высокой частоте.

Рис. 10.4. Схема замещения конденсатора.

Сопротивление потерь RП определяется тем, что под действием переменного поля происходит изменение состояния (поляризация) диэлектрика, на которое затрачивается мощность. Это сопротивление зависит от частоты. Для количественной оценки потерь пользуются понятием тангенса угла потерь:

где ω - частота; С - емкость конденсатора.

В некоторых случаях для характеристики потерь удобнее пользоваться понятием добротности конденсатора:

139

Сопротивление изоляции RИЗ обусловлено наличием свободных электронов в диэлектрике и зависит от температуры. Если к конденсатору приложено постоянное напряжение, то ток через него определяется этим сопротивлением.

Во многих случаях эффективность применения конденсатора, например в качестве шунтирующего или фильтрующего элемента, определяется не только емкостью, но и сопротивлением RП, и индуктивностью LС. Это особенно существенно при работе на высоких частотах, когда 1/ωС становится соизмеримой или меньше, чем ωLС и RП .

Поскольку и RП, и LС определяются конструкцией конденсатора и материалом диэлектрика, то уменьшение их вызывает много трудностей. Поэтому высшая частота, на которой эффективно могут работать конденсаторы, оказывается ограниченной. Для иллюстрации того, каким образом изменяются свойства конденсатора в широком диапазоне частот, на рис. 9.5 показаны зависимости изменения модуля полного сопротивления

конденсаторов zС от частоты для керамических конденсаторов емкостью 0,1 мкФ при напряжении 50 В с радиальными выводами (кривая 1) и многослойного монолитного (кривая 2). Для этих конденсаторов индуктивность равна 10 и 6 нГн и сопротивление RИЗ составляет 500 и 100 МОм соответственно.

Рис. 10.5. Зависмости полного сопротивления конденсаторов ZС от частоты.

Аналогичные зависимости можно построить и для электролитических конденсаторов. Например, для алюминиевого электролитического конденсатора емкостью 105 мкФ сопротивление RП= 1 МОм и индуктивность LС= l нГн. При этом на частоте 1,2 кГц полное сопротивление имеет активный характер, а на частотах выше 40 кГц − индуктивный.

Большое значение имеют такие параметры конденсаторов как точность и стабильность при наличии внешних воздействий. По точности или отклонению емкости от номинального значения коденсаторы разделяются на классы.

Стабильность конденсаторов определяется материалом диэлектрика и конструкцией. Каждому типу конденсаторов своственна определенная средняя

140