Резисторы
Резистор (англ. resistor от лат. resisto - сопротивляюсь) - один из самых распространенных классов электрорадиокомпонентов, обладающий активным сопротивлением.
Во всех видах электронной аппаратуры резисторы применяются для распределения и регулирования электрической энергии.
Резистор - это устройство созданное на основе электропроводящих материалов с нормированным постоянным или регулируемым активным сопротивлением, используемое в электрических цепях для обеспечения требуемого распределения токов и напряжений между отдельными участками цепи.
Область применения диктует определенные требования. Высокочастотные резисторы обладают небольшой собственной емкостью и сопротивлением, высоковольтные резисторы имеют рабочее напряжение до нескольких десятков киловольт, у высокоомных резисторов диапазон номинальных сопротивлений от единиц мегаом до десятков тераом.
Различают резисторы общего и специального назначения. По характеру изменения сопротивления (рис.1) различают:
резисторы постоянного сопротивления;
резисторы переменного сопротивления;
резисторы со специальными свойствами.
По материалу, из которого изготавливают резистивный слой (рис.2) различают:
проволочные резисторы;
фольговые резисторы;
непроволочные (металлодиэлектрические, металлоокисные, композиционные, углеродистые, лакосажевые, лакопленочные, керметные, объемные и др.) резисторы.
По виду вольт-амперной характеристики резисторы можно разделить на линейные и нелинейные (электрическое сопротивление которых изменяется от различных управляющих факторов - магнитного и электрического полей, температуры, светового и теплового излучения).
Существуют и другие классификации резисторов в зависимости от самых разных критериев. Например, от варианта их сборки и монтажа на платах; по степени защищенности резистора от внешних воздействий различают:
- изолированные с нанесенным покрытием из лака или компаунда либо оприсованные пластмассой и допускающие касание корпуса резистора с платой;
- неизолированные герметизированные в корпусах (в керамических, металостеклянных) и др.
Рис.1. Классификация резисторов по назначению и характеру изменения сопротивления
Рис.2. Классификация резисторов по материалу резистивного слоя
Непроволочные резисторы
Любой резистор состоит из резистивного материала, основания, выводов и защитного покрытия. В качестве основания используется керамическая трубка, на которую напыляют или другим способом наносят резистивный слой (для проволочных резисторов накручивают проволоку). Объемно-композиционные резисторы не имеют специального основания. Выводы соединяются с резистивным слоем с помощью латунных колпачков, надеваемых на концы керамической трубки. Защитное покрытие предохраняет резистивный слой от воздействий среды, а цвет его помогает определить тип резистора.
Конструкция резистора зависит от его назначения, материала резистивного элемента и для большинства типов постоянных резисторов довольно проста. Конструкция наиболее распространенного в электронных устройствах (ЭУ) металлопленочного резистора типа МЛТ показана на рис 3.
Рис.3. Конструкция металлопленочного резистора МЛТ. 1-изоляционное основание; 2-резистивная пленка; 3-контактный узел; 4-защитное покрытие;
5-выводы
Подавляющим большинством выпускаемых резисторов являются непроволочные резисторы широкого применения, среди которых более 80% составляют тонкослойные.
Непроволочные резисторы можно разделить на ряд групп в зависимости от назначения и способа выполнения токопроводящего элемента.
Углеродистые резисторы типа ВС и металл оп лен очные резисторы типа МЛТ и их разновидности (ОВС, ОМЛТ и др.) являются самыми массовыми резисторами общего применения.
Высокомегаомные резисторы, а это обычно композиционные резисторы, выпускаются с номинальными значениями сопротивления от десяти мегаом до многих тераом и рассчитаны на эксплуатацию при малых электрических нагрузках. Такие резисторы используются в измерительной аппаратуре, в цепях с малыми токами, в приборах ночного видения, дозиметрах.
Высоковольтные резисторы изготовляют с сопротивлениями, доходящими до 105Мом, и предназначаются для работы при напряжениях свыше 1кВ. Применяются в качестве делителей напряжения, поглотителей в высоковольтных установках, эквивалентов антенн, для искрогашения в зарядных и разрядных высоковольтных цепях.
Высокочастотные резисторы предназначены для работы в импульсных схемах, в высокочастотных и сверхвысокочастотных цепях, кабелях, волноводах, в качестве согласующих нагрузок, эквивалентов антенн. Эти резисторы обладают малой собственной емкостью и индуктивностью и предназначаются для эксплуатации на частотах свыше 10МГц.
Прецизионные и сверхпрецизионные резисторы отличаются высокой точностью изготовления и стабильностью параметров при эксплуатации. Прецизионные резисторы изготовляются с допустимым отклонением сопротивления от номинального ±0,01-0,1%, а сверхпрецизионные, или, как их иногда называют, высокоточные - ±0,0001 и ±0,5%. Применяются они в точных измерительных приборах, счетно-решающих устройствах, магазинах сопротивлений, релейных системах, системах автоматики. Номинальные сопротивления лежат в пределах от Юм до 1МОм. Мощность рассеяния сравнительно невелика - обычно не более 2Вт, т.к. при большой мощности рассеяния трудно обеспечить стабильность параметров резистора.
Углеродистые резисторы. Резистивный элемент таких резисторов представляет собой тонкую пленку пиролитического углерода (толщиной в десятые доли микрометра), полученного путем разложения углеводородов при высокой температуре в вакууме или в среде инертного газа, и осажденную на изоляционное основание. В качестве оснований углеродистых резисторов используются керамические стержни или трубки, а основания некоторых типов высокочастотных резисторов изготовляют в виде дисков, шайб или пластин. Для уменьшения распределенной емкости и диэлектрических потерь высокочастотные резисторы в ряде случаев выполняются без защитного покрытия.
Углеродистые резисторы отличаются повышенной стабильностью параметров, низким уровнем шумов, небольшим отрицательным по знаку температурным коэффициентом, малой зависимостью сопротивления от частоты и приложенного напряжения, а бороуглеродистые резисторы типа БЛП по стабильности параметров в ряде случаев могут конкурировать с проволочными резисторами.
Углеродистые резисторы типа ВС рассчитаны на работу в интервале рабочих температур (-60 - +100)°С. Для резисторов в тропическом исполнении рабочая температура может быть повышена до 125°С. Резисторы выпускаются с допускаемыми отклонениями от номинальных значений сопротивлений в ±5, ±10, ±20%. Уровень собственных шумов резисторов группы А не более 1 мкВ/В, а группы Б - не более 5 мкВ/В. Резисторы типа ОВС обладают повышенной надежностью.
Бороуглеродистые прецизионные резисторы БЛП конструктивно аналогичны резисторам ВС и предназначены для работы при температуре от (-60 - +100)°С. У резисторов группы А ТКС составляет не более l,5*10-4oC-1, а группы Б - не более 2,5*10-4°С-1.
Углеродистые резисторы ИВС предназначены для работы в импульсных схемах. Углеродистые полупрецизионные резисторы УЛИ работают в том же диапазоне температур, что и резисторы БЛП. Габариты их в 1,5-2 раза больше габаритов резисторов ВС такой же мощности. ТКС резисторов сопротивлением до 10 Ом не более 3*10-4oC-1, а для остальных - не более 10*10-4oC-1.
В последние годы резисторы УЛИ вытесняются углеродистыми резисторами С1-8 и металлопленочными С2-8. Высокочастотные углеродистые резисторы изготовляют в виде трубок, стержней, дисков, пластинок и т. п. Контакты на краях оснований резисторов наносят методом вжигания серебра или серебряной пасты.
Металлопленочные резисторы. Резистивный элемент таких резисторов представляет собой очень тонкую (десятые доли микрометра) токопроводящую пленку, осажденную на изоляционное основание, в качестве которого используют керамику, стекло, слоистые пластики, ситаллы и другие материалы.
Наиболее распространенные постоянные металлопленочные резисторы -резисторы типа МЛТ - имеют резистивный слой из металлосилициевых сплавов, состоящих из нескольких компонентов. Эти резисторы имеют примерно в 2-3 раза меньшие размеры, чем углеродистые резисторы типа ВС (в обычном исполнении), имеющие такую же номинальную мощность, обладают большей тепло- и влагостойкостью, более стабильны. Недостатком металлопленочных резисторов типа МЛТ является меньшая надежность резисторов повышенной мощности, особенно при импульсной нагрузке, в результате перегрева в местах микронеоднородностей.
Промышленность выпускает ряд металлопленочных резисторов: МЛТ -металлопленочные, лакированные, теплостойкие; ОМЛТ - особые (с повышенной надежностью) металлопленочные, лакированные, теплостойкие; МТ - металлопленочные, теплостойкие, с повышенной механической прочностью; МУН - металлопленочные, ультравысокочастотные, незащищенные; МГП - металлопленочные, герметизированные, прецизионные; С2-10 - металлопленочные, ультравысокочастотные, прецизионные и ряд других.
Резисторы МТ, ОМЛТ, МЛТ и МУН выпускаются с допустимыми отклонениями сопротивления от номинального ±5, ±10, ±20%, а МГП - ±0,5, ±1 и ±2%. ТКС этих резисторов не превышает ±20*10-4oC-1, а уровень шумов для резисторов группы А не более 1 мкВ/В и для группы В не более 5 мкВ/В.
Резисторы МГП обладают малым ТКС, малым коэффициентом напряжения и высокой стабильностью параметров. Срок службы резисторов МЛТ, ОМЛТ и МТ при нормальных условиях эксплуатации составляет 10000ч., а для МУН, МГП и МУП - 5000ч.
Металлоокисные резисторы получают на основе окислов металлов, чаще всего двуокиси олова. Они отличаются высокой теплостойкостью и хорошей стабильностью. Металлоокисные резисторы не уступают металлопленочным резисторам типа МЛТ по термостабильности, превосходя их по стойкости к импульсным перегрузкам и механическому износу.
Резисторы МОН (металлоокисные, низкоомные) дополняют шкалу номинальных значений сопротивлений резисторов МЛТ. По конструкции и размерам они аналогичны МЛТ и выпускаются с номинальной мощностью 0,5, 1 и 2 Вт и сопротивлением от 1 до 100 Ом. Диапазон рабочих температур 213-398 К, ТКС не более ±8*10-4oC-1.
Резисторы МОУ (металлоокисные ультравысокочастотные) предназначаются для работы в качестве поглотителей на СВЧ. Эти резисторы рис.4 изготовляются трех видов: стержневые, трубчатые и шайбовые. Номинальные значения сопротивлений 4,5-150 Ом. Интервал рабочих температур 210-470 К, ТКС не более 5*10-4oC-1.
Рис.4. Конструкции металлоокисных резисторов: а - МОН; б - МОУ; в - МОУ-Ш
Композиционные резисторы. Резистивный элемент этих резисторов получают на основе композиций, состоящих из механической смеси порошкообразного проводника (например, сажа, графит) со связывающим органическим или неорганическим диэлектриком. Различают композиции металлокерамические, металлостеклянные, углесажевые и др. Композиционные резисторы выпускают объемного типа и пленочного - с толщиной пленки более 3 мкм, т.е. заметно большей, чем толщина пленки углеродистых и металлопленочных резисторов. Объемные резистивные элементы изготовляют в виде массивного проводящего стержня, получаемого прессованием композиционной смеси. Пленочные - путем нанесения композиционной суспензии на изоляционное основание.
Наиболее распространенные объемные резисторы ТВО (теплостойкие влагостойкие объемные) имеют сравнительно большое сечение резистивного элемента и защищены оболочкой. Поэтому они стойки к большим импульсным и механическим перегрузкам. Кроме того, они характеризуются высокой теплостойкостью и могут работать в интервале температур от —60 до +155°С. Конструкция объемного резистора типа ТВО приведена на рис. 5, а параметры в табл.1.
Рис.5. Конструкция объемных постоянных резисторов ТВО: а - мощностью до 10Вт; б - более 10Вт; 1 - проводящая композиция; 2 - изоляционное основание;
3 - защитный слой; 4 - выводы
Таблица 1