KONSPEKT_LEKTsIJ_EiEKUiS

Переменный непроволочный резистор круглой формы, характерный для большой группы резисторов СП3 (рис. 69), представляет собой токопроводящий элемент 3 в виде нанесѐнного на подковообразную гетинаксовую пластину композиционного тонкого слоя, по которому скользит подвижный проволочный контакт 1, укрепленный на текстолитовой подвижной части 8 поворотной оси 7 расчеканкой. На концах

подковки‖ и подвижном контакте имеются развальцованные выводы 4. Резистор заключен в пластмассовый 2 или керамический корпус, закрываемый металлическим экраном из стали или латуни (на рисунке не показан). Подстроечные непроволочные резисторы круглой формы могут быть неэкранированными.

Переменные резисторы СПО и СП4 в отличие от резисторов СПЗ имеют запрессованные в керамическое осноснование объѐмные композиционные «подковки» на органической связке армированные в основании аксиальные штыревые

выводы.

Рис. 70. Переменный проволочный резистор:

1 - стопорная разрезная гайка, 2 – ось, 3 – металическая цанговая втулка, 4 – кольцо ползун, 5

– планка-ограничитель, 6 – дугообразная пластина, 7 – пластмассовый корпус, 8 – вывод, 9 - провод

Сильноточные переменные проволочные резисторы (рис. 70) отличаются по материалам и способам установки от слаботочных и подстроечных как круглой, так и прямоугольной формы. В пластмассовом корпусе 7 с помощью цанговой втулки 3 укреплена поворотная ось 2 с кольцом-ползуном 4, которое при повороте оси скользит по ―зачищенному‖ сверху проводу обмотки 9, укрепленной на гетинаксовой (или металлической оксидированной) дугообразной пластине 6.

Основные параметры

Номинальное сопротивление Rном и его допустимое отклонение ±δR.

Сопротивление резисторов (Ом) в общем случае определяется формулой

R = р1/S,

51

где р и S – удельное электрическое сопротивление, Ом • мм2/м, и площадь поперечного сечения, мм2, токопроводящего элемента; 1– длина пути прохождения тока, м.

Сопротивление поверхностных резисторов цилиндричесхой формы без спиральной нарезки и с нарезкой

где 1 – длина образующей цилиндра резистора без нарезки, м; h – толщина токопроводящего слоя, мм; D1 и D2 – наружные диаметры керамических стержней соответственно в мм и м; N, t и а – число витков, шаг и ширина спиральной нарезки, мм.

Сопротивление объемных резисторов прямоугольной формы

R = рl/(bc);

где 1, b и с – длина, ширина и высота композиционного стержня, мм. Сопротивление проволочных резисторов

R = 4рl/(πd2);

где 1 и d – длина, м, и диаметр, мм, проволоки.

Сопротивление непроволочных переменных резисторов с токопроводящей ―подковкой‖

R = р(r1+r2) πφ/[(r1+r2) h*360];

где р – удельное поверхностное электрическое сопротивление композиции,

Ом • см; r1 и r2 – внешний и внутренний радиусы ―подковы‖, см; φ – угол, соответствующий повороту ползуна на конкретную длину токопроводящего слоя, град.

Сопротивление тонкопленочных резисторов ГИС

R = р l/b;

где р – удельное электрическое сопротивление пленки металла или сплава, пасты, отнесенное к произвольному квадрату ее поверхности, Ом/ٱ; 1 и b – длина и ширина пленочного резистора, мм.

Номинальное сопротивление резистора обычно указано маркировкой на нем. Для резисторов широкого назначения, согласно ГОСТ 10318 – 74, существует шесть рядов номинальных сопротивлений. Е6, Е12, Е24, Е48, Е96 и Е192. Цифра указывает число номинальных значений в данном ряду, которые зависят от допустимого отклонения сопротивления резистора и его номинала. Допустимые в ГОСТ 9б64--74 отклонения сопротивления от номиналов даны (в процентах) рядом чисел: ± 0,01; ± 0,02; ± 0,05; ± 0,1,. ± 0,2,. ± 0,5,. ± 1,. ± 2,. ± 5,. ± 10., ± 20,. ± 30. Прецизионные резисторы имеют

52

допустимые отклонения сопротивления не хуже ± 2%, резисторы общего назначения – ± 5%; ± 10%; и ± 20% а переменные – до ± 30%.

Номинальная мощность рассеивания Рном Под этой величиной понимают максимально допустимую мощность, которую резистор может длительное время рассеивать при непрерывной электрической нагрузке в заданных условиях эксплуатации, сохраняя параметры в установленных ТУ пределах. Эта величина зависит от температуры окружающей среды и приложенного напряжения, что отражается ТУ на резисторы в зависимостях коэффициента нагрузки k= Рдоп / Рном от этих двух факторов.

Согласно ГОСТ 9663 – 61, значения Рном (Вт) выбирают из ряда 0,01; 0,025; 0,05; 0,125; 0,25; 0,5; 1; 2; 5; 8; 10; 16; 25; 50; 75; 100; 160; 250; 500. Как правило, чем выше номинальная мощность рассеивания, тем больше габариты резисторов. В большинстве блоков РЭА и ЭВА применяют резисторы, номинальная мощность рассеивания которых не выше 2 Вт. При этом следует учесть, что для надежного функционирования аппаратуры коэффициент нагрузки обычно выбирают не более 0,3.

Предельное рабочее напряжение Uпр. Максимально допустимое напряжение, приложенное к выводам резистора, которое не вызывает превышения норм ТУ на электрические параметры, называют предельным рабочим

напряжением. Эта величина обычно задается для нормальных условий эксплуатации и зависит от длины резистора, шага спиральной нарезки, температуры и давления окружающей среды. Чем выше температура и ниже атмосферное давление, тем вероятнее тепловой или электрический пробой и отказ резистора.

Температурный коэффициент сопротивления (ТКС). Этот параметр характеризует относительное изменение сопротивления резистора при изменении температуры окружающей среды на 1оС и выражается в 1 оС:

ТКС = дR/(R0 дt),

где дR – абсолютное изменение сопротивления резистора, Ом, в диапазоне температур дt = t – t0, оС; R0– сопротивление резистора (Ом) при нормальной температуре t0; t – положительная или отрицательная предельная температура эксплуатации резистора по ТУ, оС.

Значения ТКС для группы резисторов С1 не превышают – (5 ÷ 20)*104

1/оС, для группы С2 – ± (7 ÷ 16) *104 1/оС,. для группы С3 – + (10 ÷ 25) *104 1/ оС, для группы С4 – ( – 20 ÷ + 6) *104 1/ оС. и для группы С5 – ( – 5÷ + 10) *104

1/ оС, в том числе для прецизионных + (0,15 ÷ 1,5)*104 1/ оС. Для большинства групп резисторов эта величина является линейной, а в случаях, когда она изменяется по резко нелинейному закону, в ТУ указывают не ее, а предельные относительные изменения сопротивления при крайних значениях рабочих температур. Значение и знак ТКС определяются в основном температурным коэффициентом удельного сопротивления - (ТКр) материала токопроводящего слоя. Так, проволочные резисторы имеют малый положительный ТКС; углеродистые – отрицательный среднего значения (с увеличением температуры увеличивается контактируемость «зерен» слоя и сопротивление уменьшается); полупроводниковые – большой отрицательный

53

(уменьшается сопротивление р-n-переходов), а металлизированные и композиционные – знакопеременный средний и большой (в зависимости от того, что преобладает: контактируемость «зерен» или увеличение сопротивления под действием хаотического движения электронов в «зернах»).

Шумы. При приложении к резисторам постоянного или переменного напряжения в них наблюдаются шумы. Шум представляет собой переменную составляющую, накладываемую на постоянный уровень напряжения резистора, что создает помехи для прохождения сигнала и ограничивает, в частности, чувствительность радиоприемных трактов РЭА. Особенно вредны шумы резисторов, используемых во входных цепях радиоприемников, так как они усиливаются вместе с принимаемым полезным сигналом.

Собственные шумы резисторов имеют двоякую структуру. Это так называемые тепловые и токовые шумы. Тепловые шумы возникают под действием хаотического движения электронов в токопроводящем слое («броуновское движение»), что приводит к случайным микроизменениям сопротивления резистора и, следовательно, к появлению переменных пульсаций напряжения на нем. Тепловые шумы при увеличении температуры возрастают. Они присущи всем видам резисторов, но по значению меньше токовых и поэтому характерны лишь для проволочных резисторов, в которых ―токовые‖ шумы отсутствуют.

Злектродвижущая сила (мкВ) тепловых шумов Еш.т.= 4kТКдЕ,

где-k – постоянная Больцмана, равная 1,38 • 10-23 Дж/К; Т – температура, К; R

– сопротивление, Ом; дF – полоса частот применяемого резистора, Гц. Токовые шумы возникают в резисторах с зернистой структурой –

углеродистых, металлизированных и композиционных. Прохождение тока носит случайный характер и наиболее вероятно там, где в данный момент соприкасаемость «зерен» повышена. Уровень токовых шумов, мкВ/В, определяется отношением действующего значения случайной составляющей Е, к постоянному напряжению U, приложенному к резистору: D = Еш.т./U. С увеличением приложенного напряжения токовые шумы возрастают.

Наиболее шумящими резисторами являются композиционные, поэтому применение их во входных цепях приемных устройств ограничено. По уровню токовых шумов резисторы делятся на следующие группы: С1 и С2 < 1,5 мкВ/В, С3 ( 40 мкВ/В; С4 < 45 мкВ/В. Проволочные резисторы группы С5, как уже отмечалось, обладают лишь тепловыми шумами, гораздо меньшими (на порядок), чем токовые.

Частотные свойства резисторов. При работе резисторов в диапазоне частот сопротивление может изменяться относительно его номинала при постоянном токе, что приводит к изменению выходных параметров и устойчивости работы функциональных узлов, блоков и РЭА в целом. Эти изменения, особенно для мегагерцевого диапазона частот, могут составлять единицы децибел.

В общем случае упрощенная эквивалентная схема резистора для высоких частот (рис.71) кроме собственно активного сопротивления R включает реактивные составляющие – индуктивности L’пар и L"пар и емкость Спар. Так

54

как они ухудшают частотные свойства резисторов, их часто называют паразитными. В различных типах резисторов паразитные индуктивности и емкость образуются по-разному, поэтому и меры, предусматривающие их уменьшение, также отличаются. Более подробно мы рассмотрим это при

описании конкретных типов резисторов. В проволочных резисторах паразитные индуктивности образуются в обмотке провода и в выводах, а паразитная емкость - между витками обмотки.

Рис. 71. Эквивалентная схема резистора для высоких частот

Проволочные резисторы по сравнению с непроволочными гораздо менее высокочастотны и применение их без принятия специальных мер ограничивается областью постоянного тока и диапазоном звуковых частот.

С увеличением частоты, как известно, индуктивная составляющая полного сопротивления растет, а емкостная уменьшается, поэтому сопротивление проволочного резистора может в принципе изменяться и в ту и в другую сторону. Однако с увеличением частоты сопротивление проволочного сопротивления резистора всегда увеличивается. Объясняется это и другой более важной причиной– действием поверхностного эффекта. С увеличением частоты переменного поля в толще проводника индуцируются токи (токи Фуко), которые вытесняют проходящий переменный ток на поверхность проводника. При этом действующее сечение проводника по сравнению с его сечением для постоянного тока (полным сечением) уменьшается и в проводниках круглого сечения принимает форму кольца, образованного разностью между внешним диаметром проволоки d и

сопротивление, Ом • мм2/м; f – частота переменного тока, МГц; µ – относительная магнитная проницаемость). Чем выше частота, тем меньше хэ,.

иплощадь кольца и тем больше сопротивление проволочного резистора.

Внепроволочных резисторах действием поверхностного эффекта можно. пренебречь, так как они имеют зернистую структуру и диаметр зерен, как правило, гораздо меньше глубины проникновения. Для них частотные зависимости сопротивления в основном определяются паразитными емкостью

ииндуктивностью. В непроволочных резисторах без спиральной нарезки (низкоомных) сопротивление увеличивается с частотой, так как в их эквивалентной схеме нет паразитной емкости, а есть паразитная индуктивность. Для непроволочных резисторов со спиральной нарезкой, наоборот, влиянием паразитной индуктивности можно пренебречь. Уменьшение сопротивления обусловлено шунтирующим действием паразитной емкости, образуемой как распределенная емкость в пазах нарезки (рис..73). Чем толще поверхностный токопроводящий слой, выше диэлектрическая проницаемость покрытия и больше число витков нарезки, тем больше паразитная емкость и хуже частотные свойства резистора.

Нелинейные свойства резисторов. Сопротивление резистора может изменяться также в зависимости от режима его работы (приложенного напряжения, протекающего тока, вида переменного поля – непрерывный или импульсный режим). При этом изменения сопротивления выражаются в процентах на единицу напряжения или тока либо просто в процентах при переходе на единицу напряжения или тока либо просто в процентах при переходе от непрерывного режима к импульсному и оцениваются соответственно коэффициентами напряжения, нагрузки или коэффициентом импульсной нагрузки.

Резисторы общего назначения. Резисторы общего назначения используются в качестве элементов аппаратуры средней точности (5 – 20%) и имеют номинальные значения сопротивления от единиц ом до 10 МОм, рабочие напряжения в пределах сотен вольт, диапазон номинальных мощностей рассеивания от 0,125 до 2 Вт и вьше, частотный диапазон до десятков мегагерц, среднее значение ТКС порядка 103 1/oС и изменяют сопротивление к концу срока службы (хранения) не более чем на ±10%.

Резисторы этой группы используются в РЭА широкого потребления, а также в электрических цепях аппаратуры специального назначения, к которым не, предъявляют повышенных требований точности, стабильности и высокочастотности, в качестве анодных и коллекторных нагрузок, сопротивлений утечки и смещения в цепях эмиттера, базы, истока и стока, шунтов колебательных контуров и др.

Постоянные резисторы. Среди множества типов резисторов, выпускаемых промышленностью, большинство является постоянными общего назначения. В их конструкциях используются практически все виды токопроводящих элементов. Так как резисторы, применяемые в микроэлектронной аппаратуре, должны иметь малые массу. и габариты, постепенно исчезают резисторы больших номинальных мощностей рассеивания и, наоборот, появляются резисторы милливаттных мощностей.

56

Учитывая это, рассмотрим постоянные резисторы общего назначения, номинальная мощность которых не превышает 2Вт. Некоторые типы этих резисторов показаны на рис. 74, а – г.

У г л е р о д и с т ы е р е з и с т о р ы , предназначенные для цепей постоянного, переменного и импульсного токов радиотехнической и электронной аппаратуры, изготовляются термическим испарением гептана на керамические цилиндрические стержни, имеют радиальные или аксиальные выводы и являются резисторами поверхностного типа. Снаружи резисторы покрыты гидрофобной эмалью зеленого цвета и выпускаются обычного и тропического исполнения. Большинство этих резисторов имеют максимальную рабочую температуру 100оС и рабочую температуру 40 оС, при которой допустим коэффициент нагрузки, равный единице; для

резисторов тропического исполнения эти температуры соответственно равны

125 и 70 оС.

Резисторы этой группы достаточно высокочастотны, так как обладают небольшой паразиткой емкостью в витках нарезки из-за меньшей толщины токопроводящего слоя (сотые доли микрометра), малогабаритны и стабильны (их ТКС средний и всегда отрицательный). Однако из-за широкого применения металлопленочных и быстрого развития микропроволочных высокостабильных резисторов, некоторые типы которых по массе и габаритам не уступают углеродистым, их применение ограничено.

В настоящее время выпускаются углеродистые резисторы С1, предназначенные для работы в условиях сухого и влажного тропического климата, габариты и масса которых значительно меньше, чем у ранее выпускаемых резисторов ВС. Кроме того, они более влагостойки и менее подвержены обрастанию плесневыми грибками.

Металлопленочные резисторы, предназначенные для цепей постоянного, переменного и импульсного токов аппаратуры нормального и тропического исполнения, тепло и влагостойкости, обладают повышенной механической прочностью и часто используются в РЭА. широкого и специального назначения, особенно малогабаритной, так как по размерам они совместимы с ИС. Эти резисторы обладают лучшими электрическими

57

параметрами, чем углеродистые и композиционные при сравнительно небольшой стоимости, что объясняет их широкое применение.

Основанием металлопленочных резисторов служат керамические стержни, на которые наносят термическим испарением пленки (толщиной от десятых долей до единиц микрометра) специальных сплавов, оксидов металлов и металлодиэлектриков. Резисторы имеют аксиальные выводы и снаружи покрыты гидрофобной эмалью, как правило, красного цвета.

По сравнению с углеродистыми металлопленочные резисторы при одной и той же номинальной мощности рассеивания имеют меньшие габариты, так как они в результате применения в качестве токопроводящего слоя оксидов металлов или сплавов, а не углерода более теплостойки. Применение температуростойкого покрьттия обеспечивает им повышенную влагозащиту. Недостатками металлопленочных резисторов являются сравнительно небольшая стойкость к импульсной нагрузке и меньший частотный диапазон, чем у углеродистых. Объясняется это большей толщиной токопроводящего слоя, ввиду чего в нарезке возникают локальные перегревы, разрушающие его края, а также увеличивается паразитная межвитковая емкость.

Основными типами металлопленочных резисторов, применяемых в настоящее время, являются МЛТ, ОМЛТ, МТ, МТЕ и группы С2. Металлизированные резисторы МТ и МТЕ имеют немного более вытянутую форму, чем резисторы МЛТ и ОМЛТ, и более теплостойки. Металлоокисные резисторы, С2-6 способны работать до температуры + 300 оС, станатные (из сплава олова) ниточные микрорезисторы С2-12 применяют в гибридных ИС.

К о м п о з и ц и о н н ы е р е з и с т о р ы, используемые для тех же целей, что углеродистые и металлопленочные, пригодны для работы в условиях сухого и влажного тропического климата. Отличительными особенностями этих резисторов являются высокая вибропрочность, обеспечиваемая запрессовкой выводов в основание, большой уровень собственных шумов до 10мкВ/В) и зависимость сопротивления от приложенного напряжения. Число типов в этой группе невелико.

Композиционные ниточные резисторы С3-3 длиной 3 и 6 мм, шириной 0,45 мм и толщиной 0,8 и 1 мм используются для установки на подложках гибридных ИС.

Резисторы группы С4 и ранее выпускаемые ТВО (тепло- и влагостойкие объемные) имеют прямоугольную форму. Объемный токопроводящий слой запрессован в стеклоэмалевую или стеклокерамическую оболочку (см. рис. 67). Эти резисторы имеют сравнительно малые габариты и массу и хорошо компонуются на печатных платах. Номинальная мощность рассеивая резисторов ТВО до 60 Вт. Резисторы С4-1 длиной от 13,5 до 36,5 мм, высотой от 4 до 6 мм и шириной от 2,2 до 5 мм – наиболее теплостойкие (до 350 оС).

П р о в о л о ч н ы е р е з и с т о р ы обладают повышенной температурной стабильностью и термостойкостью. Основные недостатки этих резисторов – ограниченный диапазон значений сопротивлений (до сотен кОм) и довольно высокая стоимость.

Резисторы ПЭ, ПЭВ, ПЭВР, ПЭВТ (ПЭ – проволочные эмалированные, В

– влагостойкие, Р – регулируемые с хомутиком, Т – термостойкие) предыдущих выпусков и их современные модификации – резисторы С5-35,

58

С5-36, С5-37В – имеют значительные мощности рассеивания (до 100 Вт), большие массы (до 300 г) и габариты и применяются в силовых установках (например, в выпрямителях).

Резисторы С5-31 (микропроволочные микроминиатюрные) применяются в микроэлектронной аппаратуре, например в радиоприемных трактах, вычислительных устройствах, и устанавливаются непосредственно на подложках гибридных ИС.

Переменные резисторы. В радиовещательной и телевизионной аппаратуре в качестве регуляторов громкости, тембра, яркости, контрастности, частоты строк и кадров, размеров телевизионного изображения и для других целей используют переменные резисторы общего назначения. Кроме того, эти резисторы служат регуляторами параметров, зависящих от протекающего тока или снимаемого напряжения в производственной, медицинской и другой специальной аппаратуре. Так как во всех случаях они выполняют роль регулировочных элементов, необходимых при эксплуатации аппаратуры, к ним предъявляют требования удобства использования, плавности изменения сопротивления по тому или иному закону (линейному, логарифмическому, экспоненциальному), надежности и быстрой замены при ремонте.

Рис. 75. Переменные непроволочные резисторы общего назначения: а – сп3-19а, 6 – сп3-28,

в– СП4-3-0,125

Кроме регулировочных переменных резисторов общего назначения для настройки и регулировки радиоаппаратуры, особенно массового выпуска, при ее изготовлении используют подстроечные малогабаритные резисторы.

Эти резисторы обычно устанавливают внутри корпуса радиаппаратуры и после ее настройки и регулировки их оси законтривают нитроэмалью, чтобы избежать изменения сопротивления при механических идругих воздействиях, например при транспортировке.

Композиционные непроволочные переменные резисторы общего назначения имеют характерные конструкции, одна из которых была показана на рис. 69. Однако разнообразие таких дополнительных признаков, как одинарная или спаренная конструкция, с выключателем и экраном или без них, радиальные или аксиальные, жесткие или гибкие выводы, одинарная или двойная ось, со стопором оси или без него обусловило наличие большого

59

числа различных по форме, габаритам и массе типов этих резисторов (рис. 75, а – в).

Резисторы СП2-6 (поверхностные металлизированные) имеют цилиндрический корпус диаметром 16 мм и длиной 15,9 мм с аксиальными выводами на одном из торцов, выполняются одинарными со сплошными или полными валами осей со шлицами либо сдвоенными с концентрическими валами.

Переменные резисторы СП3 и ранее выпускаемые СП (композиционные поверхностного типа) имеют корпус-экран, радиальные выводы и токопроводящий элемент в виде подковообразной пластины из гетинакса с нанесенной на одну из ее сторон токопроводящей композицией. Они могут быть одинарными и спаренными, с выключателем и без него, со стопором оси и без него. Резисторы СП3-1а и СП3-1б (бескорпусные), со штампованными полугибкими выводами предназначены в качестве подстроечных для аппаратуры массового выпуска на печатном монтаже.

Резисторы СП3-10М, используемые как регулировочные, выполняются в трех вариантах: сдвоенные с независимым вращением осей, сдвоенные с выключателем и одинарные с двухполюсным выключателем. Диаметр этих резисторов 29 мм, а масса от 35 до 71 г. Резисторы СП3-19 (подстроечные малогабаритные керметные) предназначены для специальной аппаратуры и имеют небольшие массу и. габариты, большую номинальную мощность и повышенную стабильность сопротивления. Резисторы СПЗ-28 (подстроечные бескорпусные) имеют форму квадрата со стороной 4,5 х 4,5 мм, высоту не более 1,5 мм и массу не более 0,2 г.

Резисторы СП4 и ранее выпускаемые СПО (объемные) имеют запрессованный в керамическое основание объемный токопроводящий элемент на органической связке и армированные в основании аксиальные штыревые выводы.

Рис. 76. Переменные проволочные резисторы общего назначения:

а – СП5-2В, б – СП5-3В, в – СП5-16ВА-0,25, г – СП5-20В

Проволочные переменные сильноточные и слаботочные резисторы (рис. 76, а – г) используются в качестве регулировочных и подстроечных элементов при эксплуатации и настройке РЭА.

Сильноточные резисторы прежних выпусков ППБ и ППБЕ (проволочные переменные бескаркасные) имеют резистивный элемент, получаемый

60