Глава 1 пассивные компоненты электронных устройств

1.1. Резисторы

Резистор – устройство на основе проводника с нормированным постоянным или регулируемым активным сопротивлением, используемое в электрических цепях для обеспечения требуемого распределения токов и напряжений между отдельными участками цепи.

Основу резистора составляют резистивный элемент, выполненный из специальных материалов, обладающих исключительно электронным типом проводимости, получивших название резисторных материалов. Основным требованием, предъявляемым к резисторным материалам для постоянных и переменных резисторов является предельно слабая зависимость их удельного электрического сопротивления от температуры, освещенности и других внешних факторов. Кроме того, все резисторные материалы должны обладать высокой термостойкостью, стабильностью всех электрофизических свойств в процессе эксплуатации, коррозионной устойчивостью, создавать достаточно малую термоэдс при контакте с другими материалами.

В основе классификации резисторов лежат различные признаки: постоянство значения сопротивления, способ создания резистивного слоя, конструктивное исполнение.

По постоянству значения сопротивления резисторы различают:

– постоянные – с фиксированным сопротивлением;

– переменные – с изменяющимся сопротивлением;

– специальные – сопротивление зависит от действия внешних факторов.

Постоянные резисторы подразделяются на две группы:

1. Общего назначения (диапазон номиналов 1…110⁶ Ом, номинальные мощности рассеивания 0,062…100 Вт).

2. Специального назначения, подразделяются на резисторы:

а) прецизионные (допуск номиналов 0,001…1 %, диапазон номиналов 0,1…1010⁶ Ом, мощность рассеивания до 2 Вт);

б) высокочастотные – обладают малыми собственными емкостями и индуктивностями;

в) высоковольтные (сопротивление до 10¹¹ Ом, рабочее напряжение единицы – десятки кВ);

г) высокоомные (сопротивление от десятков МОм, до сотен тераом, рабочее напряжение 100…400 В).

Переменные резисторы подразделяются на подстроечные (сопротивление изменяется при регулировке электрических режимов цепи) и регулировочные (сопротивление изменяется во время функционирования аппаратуры).

В зависимости от изменения сопротивления при изменении угла поворота подвижной части переменные резисторы имеют линейную характеристику А и нелинейную: логарифмическую Б и антилогарифмическую В, характеристики типа И, Е (рис. 1.1,а,б).

К специальным резисторам относятся:

а) варисторы – сопротивление которых зави-сит от напряженности электрического поля;

б) терморезисторы – сопротивление зависит от температуры;

в) фоторезисторы – сопротивление зависит от освещения резистора;

г) магниторезисторы – сопротивление зависит от магнитного поля.

Условное обозначение резисторов показано на рис. 1.2, где а) постоянный; б) подстроечный; в) переменный; г) терморезистор; д) варистор.

В зависимости от способа создания проводящего резистивного элемента резисторы бывают проволочные и непроволочные. Наибольшее применение нашли непроволочные резисторы, которые в свою очередь подразделяются на пленочные и объемные.

Пленочные и объемные резисторы обладают меньшей собственной емкостью, индуктивностью и значительно дешевле проволочных.

Резистор, наряду с активным сопротивлением, обладает эквивалентной емкостью С и индуктивностью L (рис. 1.3).

Индуктивность и емкость являются распределенными параметрами. Однако для упрощения расчета их заменяют сосредоточенными параметрами и используют одну из эквивалентных схем.

Индуктивность резистора определяется его размерами и размерами выводов, составляет примерно 310^–9 Гн/см. Емкость резистора появляется между его различными участками, а также определяется конструкцией выводов и его размерами. У малогабаритных резисторов емкость невелика и составляет десятые доли пФ. Переменные резисторы обладают значительно большими емкостями и индуктивностями, чем постоянные. Наличие емкости и индуктивности вызывает появление реактивной составляющей полного сопротивления, которая приводит к изменению активной составляющей сопротивления. А у проволочных резисторов с увеличением частоты изменяется сопротивление за счет поверхностного эффекта.

При длительном сроке эксплуатации происходит старение резисторов, что приводит к изменению их сопротивления. Старение резисторов зависит от физической природы резистивного элемента. Старению наиболее подвержены композиционные резисторы и меньше всего металлопленочные. Стабильность сопротивления резисторов во времени характеризуется коэффициентом старения

, (1.1)

где t – время; R₀ – сопротивление резистора непосредственно после изготовления. Коэффициент старения резисторов _R сильно изменяется от партии к партии. Поэтому в ТУ указывают коэффициент значительно хуже, чем у большей части резисторов.

В схеме замещения не учитываются такие параметры как: допустимая мощность рассеивания, напряжение собственных шумов, температурный коэффициент сопротивления, изменение сопротивления во времени и при воздействии дестабилизирующих факторов, надежность. У переменных резисторов, кроме того: разрешающая способность, шумы вращения, износоустойчивость, относительное изменение сопротивления при перемещении скользящего контакта.

Номинальная мощность рассеивания P_ном указывает, какую максимальную мощность может рассеивать резистор в течение длительного времени при заданной стабильности сопротивления. Она определяется размерами резистора, конструкцией и свойствами резистивного слоя. Номинальная мощность рассеивания резистора обозначается на электрических схемах знаками, помещенными внутри условного графического обозначения резистора (рис. 1.4). Вместо номинальной мощности часто используется удельная мощность рассеивания Р_уд, т.е. мощность отнесённая к единице поверхности охлаждения S_R резистора

, [Вт/см²]. (1.2)

Удельная мощность рассеивания возрастает с повышением теплостойкости конструкционных резистивных материалов.

Резисторы изготавливаются на разные номиналы, которые в соответствии с рекомендациями МЭК (Международной электротехнической комиссии) стандартизованы. Согласно ГОСТ 2825–67 установлено шесть рядов номиналов сопротивлений: E6, E12, E24, E48, E96, E192. В условном обозначении указывается число номинальных значений в данном ряду. Переменные сопротивления имеют ряды номиналов E6, E12, E24. Числовые коэффициенты первых трех наиболее употребительных рядов приведены в табл. 1.1. Номинальные сопротивления в каждой декаде соответствуют указанным в таблице числам или числам, полученным умножением или делением их на 10ⁿ, где n – отрицательное или положительное число, или нуль. Действительные значения сопротивлений резисторов вследствие погрешностей изготовления могут отличаться от номинальных. Разница между номинальным и действительным сопротивлениями, выраженная в процентах по отношению к номинальному сопротивлению, называется допуском. Деление резисторов по величине допустимого отклонения приведено в табл. 1.2.

Таблица 1.1