Конструкция резисторов и используемые материалы

Конструкция резистора учитывает назначение резистора дан­ного типа, условия эксплуатации, особенности используемых мате­риалов.

Рис. 8. Осевые и радиальные тапы выводов непроволочных резисторов

общего применения

Конструктивно непрово­лочный резистор, чаще всего, представляет собой изделие, состоящее из неразъемно со­единенных основания, с укреп­ленным на нем резистивным элементом и электрическими выводами, которые могут иметь осевое или радиальное (рис. 8.8) расположение.

По способу защиты от внешних воздействий резисторы под­разделяются на неизолированные (не допускают касания своим кор­пусом металлических частей РЭС), изолированные (имеют изоляци­онное покрытие и допускают касание корпуса), герметизированные (имеют защитный герметичный корпус из прессованного компаунда), вакуумные (резистивный элемент помещен в стеклянную колбу).

Для металлопленочных резисторов в качестве материалов резистивного элемента применяют металлы и сплавы толщиной несколько микрометров. Углеродистые и бороуглеродистые рези­сторы имеют в качестве резистивного элемента пленку пиролитического углерода или борорганических соединений. К толстопленочным материалам резистивных элементов относятся керметы (спеченная композиция порошков керамики и сплавов металлов), сажа с наполни­телями, проводящие пластмассы, получаемые специальной термообработкой.

Материалами резистивного элемента композиционных рези­сторов является гетерогенная смесь проводящего вещества (например, графита или сажи) с органическими или неорганическими связующими смолами (например, эпоксидными, кремнийорганическими), наполнителем, пластификатором и отвердителем. Таким способом удается изготавливать композиционные резисторы с элек­трическим сопротивлением от долей ома до нескольких тераом. Не­достатками композиционных резисторов следует считать заметную зависимость электрического сопротивления от приложенного напря­жения и рассеиваемой мощности, а также значительный уровень собственных шумов из-за зернистости структуры резистивного эле­мента. Эта же особенность является причиной постепенного изме­нения электрического сопротивления (старения) при длительной нагрузке.

Проволочные постоянные ре­зисторы имеют наиболее простую конструкцию (рис. 9), включающую проволочный резистивный элемент, керамическую основу, электрические выводы и покрытие (глазурованная эмаль).

Рис. 9. Типовые конструкции постоянных проволочных ре­зисторов общего применения

В проволочных резисторах при­меняется проволока из сплавов с вы­соким удельным сопротивлением, до­статочной механической прочностью, термостойкостью, технологич­ностью (способностью протягиваться в проволоку диаметром поряд­ка сотых долей миллиметра). Наиболее часто в производстве про­волочных резисторов используются сплавы: манганин (Сu 86%; Mn 12%; Ni 2%), нихром (Ni 60%; Сr 15%; Fe 25%), константан (Сu 60%; Ni 40%).

Существенным достоинством проволочных резисторов явля­ется стабильность ТКС в широком диапазоне температур, хотя име­ет место заметный разброс начальных значений ТКС в партии рези­сторов.

Сплавы с высоким удельным сопротивлением из-за окисной пленки на поверхности проволоки плохо поддаются пайке и поэтому соединение с выводами производится сваркой. Места сварки оказы­ваются хрупкими и, вследствие пористости, подверженными разру­шению от коррозии во время эксплуатации РЭС. что требует специ­альных мер защиты.

Проволочные резисторы характеризуются относительно высо­кой стоимостью, значительной собственной индуктивностью и емко­стью. Кроме того, в нагретом контакте константана с медными выво­дами возникает заметный уровень термоЭДС. что препятствует ис­пользованию таких проволочных резисторов в измерительных цепях.

Резисторы переменного электрического сопротивления предна­значены для регулирования тока во время эксплуатации РЭС (много­кратное изменение сопротивления) или для относительно редкого изменения сопротивления (при настройке и профилактике РЭС).

Рис. 10. Конструкция переменного непроволочного резистора

Конструкция переменных непроволочных резисторов об­щего назначения (рис. 10) включает резистивный элемент, укрепленный на основании, ось с' поводком и контактной щеткой, резьбовую втулку с крепежной гайкой и защитный кожух. Последний электрически соединен с корпусом блока через втулку и предназначен для электрического экранирования и защиты от пыли. К сожалению, защита не является герметичной. У движковых перемен­ных непроволочных резисторов отсутствуют пылезащита и оболочка эк­ранирования.

Рис. 11. Функциональные характеристики переменных резисторов: а - линейная; б - логарифмическая; в - обратнологарифмическая

Функциональная характеристика переменного непроволочного резистора отражает зависимость электрического сопротивления меж­ду подвижным контактом (контактной щеткой поводка) и одним из не­подвижных контактов подковообразного резистивного элемента от угла поворота оси резистора с поводком. Чаще других используются резисторы с линейной зависимостью (рис. 8.11, кривая а). Резисторы с логарифмической зависимостью (рис. 11 кривая 6) характеризу­ются постоянным приростом (константа к) сопротивления R на еди­ницу угла поворота ,где -начальное сопротивление.

Рис. 12. Внешний вид некоторых типов полупроводниковых резисторов:

а - терморезистор: б - варистор; б-фоторезистор

Переменные непроволоч­ные резисторы с обратнологарифмической зависимостью име­ют характерный начальный уча­сток при малых углах поворота:

.

В реальных переменных непроволочных резисторах функ­циональные зависимости сопро­тивления от угла поворота не имеют столь плавного изменения (пунктирные линии), поскольку, из-за особенностей технологиче­ского процесса их производства, осуществляется сопряжение от­дельных участков резистивного слоя с отличающимися сопротивле­ниями.

В процессе перемещения подвижного контакта переменного резистора возникают шумы, уровень которых составляет единицы милливольт на вольт. По мере износа резистивного элемента шумы возрастают и могут достигнуть 10...100 мВ/В.

Полупроводниковые резисторы, предназначенные для спе­цифического применения (терморезисторы, фоторезисторы и варисторы), имеют в своем составе в качестве материалов резистивного элемента сложные композиции веществ, исходными составляющими которых являются оксидные полупроводники вида: Mn₃O₄;Co₃O₄; СuО;СоО; NiO; CdS; CdSe; PbS.

Полупроводниковые терморезисторы (термисторы) значи­тельно изменяют свое электрическое сопротивление (линейно или нелинейно) при изменении температуры их корпуса (рис. 12, а). Они используются, в основном, в качестве термочувствительных элементов систем управления и контроля. Важнейшими характери­стиками терморезисторов являются: коэффициент энергетической чувствительности (тепловую мощность, которую необходимо под­вести для изменения его электрического сопротивления на 1%): по­стоянная времени (интервал времени, в течение которого темпера­тура терморезистора повышается до +63°С при перенесении его из воздушной среды с температурой 0°С в воздушную среду с темпера­турой +100°С); максимальная рабочая температура.

Терморезисторы имеют обозначение ММТ (медно-марганцевые), КМТ (кобальто-марганцевые) и СТ (сопротивление термо­чувствительное).

Фоторезисторы - светочувствительные компоненты РЭС, (Рис. 12, в) в которых электрическая проводимость полупроводни­кового материала изменяется под воздействием электромагнитного излучения (от инфракрасного до ультрафиолетового). Основное применение фоторезисторов в составе РЭС - датчики светового по­тока. Важнейшими характеристиками фоторезисторов являются: темновое сопротивление (сопротивление в отсутствие внешнего облучения); темновой ток (ток при рабочем напряжении в отсутст­вие внешнего облучения); кратность изменений сопротивления (отношение сопротивлений при воздействии и отсутствии облуче­ния); постоянной времени (интервал времени нарастания и спада тока при воздействии прямоугольного импульса облучения); блина волны максимальной чувствительности.

Варисторы - полупроводниковые резисторы (рис. 12, б) с ярко выраженной нелинейной зависимостью электрического со­противления от приложенного напряжения. Они используются в це­пях стабилизации напряжений и токов, защиты от перенапряжений, в преобразователях частоты и напряжений, для регулировки в сис­темах автоматического управления, измерителях и др. Основными характеристиками варисторов являются: коэффициент нелинейно­сти (отношение статического сопротивления в рабочей точке к ди­намическому сопротивлению в этой же точке); допустимая мощ­ность рассеяний; рабочие ток и напряжение.