srs-ME_TK_EVC

Основные технические характеристики резисторов

Технические характеристики резисторов разделяются на основные и вспомогательные. Последние относятся к особенностям применения резисторов в составе РЭС.

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

Электрическим сопротивлением называется величина, характеризующая противодействие резистора электрическому току. На постоянном токе электрическое сопротивление резистора представляется скалярным значением и называется активным (омическим) сопротивлением. Плотность постоянного тока распределена по поперечному сечению проводящего элемента резистора приблизительно равномерно.

Значение электрического сопротивления резистивного элемента определяется материалом и его конструктивным исполнением. У резисторов цилиндрической формы, у которых резистивным элементом является тонкая пленка (толщина пленки много меньше диаметра основания):

где р - удельное сопротивление пленки; h - толщина резистивной пленки; l - длина резистивного элемента; D - диаметр резистора.

При производстве резисторов для изменения его электрического сопротивления широко используется нарезка изолирующей канавки (спиральной или продольной). В предположении однородности резистивной пленки, незначительного влияния переходного сопротивления контактного узла, и что шаг спиральной нарезки значительно меньше диаметра, сопротивление такого резистора составит:

;

где N- число шагов нарезки; s - шаг спиральной нарезки; а - ширина канавки резистивной пленки.

Иногда увеличивают сопротивление резистивной пленки с помощью прорезей вдоль образующей резистора.

Электрическое сопротивление объемного резистора зависит от свойств композита и его размеров (длины и диаметра):

Аналогично подсчитываем электрическое сопротивление проволочного резистора.

Переменные резисторы имеют подковообразный резистивный элемент, для которого электрическое сопротивление определяется так:

где r₁ и r₂ - внутренний и внешний радиусы резистивного элемента; φ-угол поворота ротора переменного резистора, град.

В цепи переменного тока электрическое сопротивление резистора, помимо активной, обладает еще реактивной составляющей (индуктивного и/или емкостного типов). В переменном электрическом поле, сопровождающем протекание переменного тока, электрическое сопротивление металлов возрастает с ростом частоты тока, поскольку плотность тока по площади поперечного сечения проводящего элемента перестает быть равномерной: с ростом частоты заметно влияние скин-эффекта.

ПОГРЕШНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

Неизбежные изменения условий производства резисторов (непостоянство температуры, влажности и давления воздуха производственных помещений, нестабильность напряжения и фазы тока промышленной частоты, периодическая разладка оборудования, изменение качества исходных материалов и др.) приводят к разбросу электрических сопротивлений резисторов не только различных технологических партий (изготовленных в отличающихся режимах технологических операций), но и внутри одинаковых партий. Предельные отклонения (разброс) сопротивлений регламентируются допуском, который, как правило, является двусторонним и симметричным (например, ±5%).

НОМИНАЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

Номинальным называют значение электрического сопротивления, являющееся средним для данной совокупности резисторов. Номинальное сопротивление, как правило, указывается на поверхности резистора.

Процесс производства позволяет получить резисторы практически любого номинального сопротивления. Однако изготовление

резисторов по отдельным заказам, отличающимся номинальными значениями, приводит к экономической неэффективности вследствие слишком большой номенклатуры изделий. При этом многие номинальные значения своими допусками перекрывают допустимые границы соседних номинальных значений (например, резистор 1 кОм ±10% в партии может иметь разброс электрических сопротивлений от 900 до 1100 Ом, а резистор 1,1 кОм ±10% из другой партии - разброс от 990 до 1210 Ом. Нетрудно заметить, что значения перекрываются).

Таблица 2. Ряды номинальных электрических сопротивлений композиционных резисторов

Погрешность	Ряд номинальных сопротивлений
±5%	10, 11, 12, 13, 15, 16, 18, 20, 22, 24, 27, 30, 33, 36, 39, 43, 47, 51, 56, 62, 68, 75, 82, 91
±10%	10, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 565, 68, 82
±20%	10, 15, 22, 33, 47, 68

Основой построения рядов номинальных значений сопротивлений служит условие отсутствия перекрытия. Для каждого значения допуска должен быть свой ряд номинальных значений.

В соответствии с рекомендациями Международной электротехнической комиссии (МЭК) установлены ряды номинальных значений сопротивлений и цветовая кодировка резисторов.

Для ряда Е** число * определяет количество номинальных значений в одной декаде. Например, ряд Е12 (резисторы с допуском ±10%) в пределах декады содержит 12 номинальных значений, у ряда Е24 (резисторы с допуском ±5%) декада имеет 24 значения. Номинальные значения резисторов с допуском ±1% подчиняются ряду Е96.

Расчет номиналов можно провести на примере Е12. Относительное расстояние (шаг) ряда принимают (для ряда Е24 , для ряда Е96 ). Тогда первое значение составит , второе - , третье - , четвертое - . Далее , ... .

Фактически все типы резисторов по уровню погрешностей можно разделить на две группы - резисторы низкой точности и резисторы высокой точности. Это обстоятельство ведет к особенностям построения рядов номинальных значений их электрических сопротивлений.

Рис. 7. Цветная маркировка композиционных резисторов: пояс 1 – первая значащая цифра номинала; пояс 2 - вторая значащая цифра; пояс

3 - множитель; пояс 4 – погрешность

Наибольшей погрешностью электрического сопротивления обладают резисторы с объемным резистивным элементом, изготовленным из композиционных материалов, для которых введены следующие классы точности ±5%; ±10% и ±20%. Каждый класс имеет свой ряд номинальных сопротивлений (табл. 8.2).

Цветовая маркировка композиционных резисторов состоит из двух цветныхпоясов значащих цифр, и по одному цветному поясу множителя и величины погрешности (рис. 7 и табл. 3). К наиболее точным относятся непроволочные углеродистые, металлопленочные и проволочные резисторы, имеющие классы точности ±0,1%; ±0,25%; ±0,5%; ±1% и ±2%. Их номинальные сопротивления подчиняются соответствующим рядам (табл. 4) и также могут иметь цветную маркировку. Цветная маркировка этих резисторов совпадает с кодировкой композиционных резисторов со следующим дополнением:

Погрешность Множитель

Коричневый ±1% Серебряный 10~²

Красный ±2%

Таблица 3. Международная кодировка композиционных резисторов цветными поясами

Цвет пояса

Цифра

Множитель

Погрешность

Цвет пояса

Цифра

Множитель

Погрешность

Черный

Коричневый

Красный

Оранжевый

Желтый

Зеленый

10¹

10²

10³

10⁴

10⁵

Синий

Фиолетовый

Серый

Белый

Золотой

Серебряный

Бесцветный

10⁶

10⁷

10^-1

±5%

±10%

±20%

Таблица 4. Ряды номинальных электрических сопротивлений резисторов повышенной точности

±1%

±2

±1%

±2

±1%

±2

±1%

±2

±1%

±2

±1%

±2

1,00

1,01

1,02

1,04

1,05

1,00

1,02

1,05

1,0

1,47

1,49

1,50

1,52

1,54

1,47

1,50

1,54

1,50

1,54

2,15

2,18

2,21

2,23

2,26

2,15

2,21

2,26

2,20

3,16

3,20

3,24

3,28

3,32

3,16

3,24

3,32

3,30

4,64

4,70

4,75

4,81

4,87

4,64

4,75

4,87

4,70

6,81

6,90

6,98

7,05

7,15

6,81

6,98

7,15

6,80

1,06

1,07

1,08

1,09

1,10

1,11

1,07

1,10

1,1

1,56

1,58

1,60

1,62

1,64

1,58

1,62

1,60

2,29

2,32

2,34

2,37

2,40

2,32

2,37

2,40

3,36

3,40

3,44

3,48

3,52

3,40

3,38

4,93

4,99

5,05

5,11

5,17

4,99

5,11

5,10

7,23

7,32

7,41

7,50

7,59

7,32

7,50

1,13

1,14

1,15

1,17

1,18

1,13

1,15

1,16

1,65

1,67

1,69

1,72

1,74

1,65

1,69

1,74

2,43

2,46

2,49

2,52

2,55

2,43

2,49

2,55

3,57

3,61

3,65

3,70

3,74

3,57

3,65

3,74

3,60

5,23

5,30

5,36

5,42 5,49

5,23

5,36

5,49

7,68

7,77

7,87

7,96

8,06

7,68

7,87

8,06

1,20

1,21

1,23

1,24

1,26

1,21

1,24

1,2

1,76

1,78

1,80

1,82

1,84

1,78

1,82

1,8

2,58

2,61

2,64

2,67

2,71

2,15

2,21

2,26

2,7

3,79

3,83

3,88

3,92

3,97

3,83

3,92

3,9

5,56

5,62

5,69

5,76

5,83

5,62

5,76

5,6

8,16

8,25

8,35

8,45

8,56

8,25

8,45

6,8

1,27

1,29

1,30

1,32

1,33

1,35

1,27

1,30

1,33

1,3

1,87

1,89

1,91

1,96

1,98

1,87

1,91

1,96

1,6

2,74

2,77

2,80

2,84

2,91

2,32

2,37

4,02

4,07

4,12

4,17

4,22

4,27

4,02

4,12

4,22

5,90

5,97

6,04

6,12

6,19

6,26

5,90

6,04

6,19

5,1

8,66

8,76

8,87

8,98

9,09

9,20

8,66

8,87

9,09

9,1

1,37

1,38

1,40

1,42

1,45

1,37

1,40

1,43

2,00

2,03

2,05

2,08

2,13

2,00

2,05

2,10

2,0

2,43

2,46

2,49

2,52

2,55

2,94

3,01

3,09

3,0

3,57

3,61

3,65

3,70

3,74

4,32

4,42

4,59

4,3

6,34

6,42

6,49

6,57 6,65

6,73

6,34

6,49

6,65

9,31

9,42

9,53

9,65

9,76

9,98

9,31

9,53

9,76

На резисторы с погрешностью ±2% наносят четыре цветных полосы, а на резисторы с погрешностью * - пять полос. Вместо цветных полос наиболее точные резисторы часто имеют четырехразрядную цифрознаковую маркировку. Первые три цифры соответствуют значащей величине сопротивления, а последняя цифра -показателю степени десятичного множителя (например, 10⁰;10¹-10³и т.д.). Так, для прецизионного резистора с электрическим сопротивлением 1270 Ом используют обозначение 1271 (т.е. 127·10¹). Если значение электрического сопротивления не заканчивается нулем, то используется международное буквенное обозначение десятичного разделителя. Например, 12R7 = 12,7 Ом.

Существует еще один способ обозначения номинального сопротивления резисторов, состоящий из трех значащих цифр и международного буквенного множителя: R, Е = Ом; К = тысяч Ом; М = мега Ом (например, 53,6R = 53,6 Ω; 53,6К = 53 600 Ω).

Следует отметить, что имеются специальные типы резисторов, номинальные сопротивления которых не соответствуют упоминавшимся выше рядам. К таким резисторам относятся.

сверхточные (±0,002%) и сверхстабильные резисторы (имеют прецизионный проволочный резистивный элемент, расположенный на специальном основании);

высоковольтные резисторы (рабочее напряжение составляет несколько киловольт);

высокоомные резисторы (с металлопленочными и металлоокисными резистивными элементами);

резистивные сборки (наборы металлопленочных резисторов, предназначенных для применения в цифровых вычислительных устройствах, например, в цепях шинных формирователей);

Безындукционные резисторы (проволочный резистивный элемент выполнен бифилярной намоткой, т.е. двойным проводом);

Мощные резисторы (фольга или проволока резистивного элемента замурована при высокой температуре в керамическом основании с помощью стекловидной эмали).

РАССЕИВАЕМАЯ МОЩНОСТЬ

Номинальная рассеиваемая мощность P_ном - наибольшая мощность, которую резистор способен рассеивать в течение срока эксплуатации при сохранении своих характеристик в пределах допусков. Значение P_ном зависит от применяемых материалов, конструкции резистора и внешних воздействий.

КОЭФФИЦИЕНТ СОПРОТИВЛЕНИЯ (ТКС)

Особенность ТКС металлопленочных и композиционных резисторов (в отличие от углеродистых и бороуглеродистых) состоит в отсутствии гарантии изготовителем знака этого показателя. Диапазон изменения ТКС резисторов типа МЛТ представлен в табл.5.

Таблица 5. Температурный коэффициент сопротивления некоторых типов непроволочных резисторов

Диапазон номинальных сопротивлений, Ом	ТКС 10^-6 1/°С в интервале температур, °С
Диапазон номинальных сопротивлений, Ом	от -60 до +20	от +20 до +125
Резисторы металлопленочные типа МЛТ
До 10⁴ 1,1 10⁴ … 10⁶ Свыше 10⁶	±1200 ±1200 ±1200	±600 ±700 ±1000
Резисторы углеродистые типа ВС
До 9,1 10³ 9,1 10³ … 0,24 10⁶ 0,24 10⁶ … 10⁶ Свыше 10⁶	-800 -1200 -2000 -2500	-500 -800 -1200 -1500
Резисторы бороуглеродистые типа БЛП
	-200…-250	-120…-200

УРОВЕНЬ СОБСТВЕННЫХ ШУМОВ

Возникновение шумов резисторов обусловлено несколькими причинами. Во-первых, изменением объемной концентрации электронов материала резистивного элемента, которая подвержена флуктуациям из-за тепловых колебаний кристаллической решетки. Такой шум называют тепловым. Ему присущ широкий непрерывный спектр приблизительно одинаковой интенсивности. В резистивном элементе зернистой структуры в виде тонкой пленки кроме теплового возникает также токовый шум. Вызванный изменением контактных сопротивлений между зернами и зависящий от длины резистивной дорожки, степени зернистости, электрического сопротивления зерен.

Действующее значение шумов, отнесенное к постоянному напряжению, приложенному к резистору, называется уровнем шумов.

Уровень собственных шумов резисторов различен. К первой группе относятся металлопленочные резисторы с уровнем собственных шумов не более 1 мкВ/В, ко второй - не более 5 мкВ/В. Для композиционных резисторов уровень собственного шума может достигать 10 мкВ/В и более.

ПРЕДЕЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ

Наибольшая амплитуда напряжения, приложенная к резистору при нормальных условиях и которая не вызывает нарушения его работоспособности в течение эксплуатации, называется номинальным напряжением (U_ном). Для высокоомных резисторов основным фактором, определяющим предельное напряжение, является электрический пробой (перекрытие электрической дугой по поверхности резистивного элемента). Электрический пробой определяется размерами резистора (расстоянием l, мм, между выводами), способом монтажа и уровнем атмосферного давления р (мм рт. ст.). Значение предельного напряжения U_np ограничивается неравенством: [В]. Выполнение этого условия дает возможность

нормального функционирования резисторов при пониженном атмосферном давлении до 5...100 мм рт. ст. (т.е. до высот 15...30 км).

В импульсных цепях предельные напряжения могут в несколько раз превышать U_пр непрерывного режима при условии, что средняя рассеиваемая мощность не более допустимой.

СТАБИЛЬНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

Значение электрического сопротивления резисторов в течение эксплуатации изменяется как под действием внешних факторов (температура, влажность, давление окружающего воздуха, механические, радиационные и прочие воздействия), так и внутренних причин (физико-химические процессы в резистивном элементе, материалах корпуса и защитных покрытиях). Эти изменения могут иметь обратимый (возвращение сопротивления к исходному значению при прекращении воздействия) и необратимый характер (остаточные явления).

Стабильность резисторов оценивается коэффициентами теплостойкости, влагостойкости, механической стойкости, радиационной стойкости и др.

Накопленные остаточные явления в резисторах приводят к их старению, которое наблюдается не только при эксплуатации резисторов в составе РЭС, но и при хранении. Причины старения кроются в сложных процессах, протекающих в материалах резистивного элемента и контактах токосъемных узлов.

При хранении тонкопленочных резисторов вначале (в первый год) наблюдается небольшое снижение сопротивления (на 1...2%), а затем его рост. Высокоомные резисторы этих типов имеют коэффициент старения 3...5%. За последующие 5-10 лет старение композиционных резисторов - в два-три раза значительнее.

При эксплуатации резисторов в составе РЭС показатель их старения зависит от электрической нагрузки и окружающих условий.

Причинами старения служат локальные перегревы резистивного элемента, электролитические процессы на увлажненной поверхности пленочного резистора со спиральной нарезкой, окисление контактного узла выводов.

Основными причинами старения проволочных резисторов во время эксплуатации являются действия внутренних механических напряжений, возникающих в процессе намотки провода на каркас, а также структурные изменения в сплавах в местах спая с выводами резистора и изменения свойств стеклянной изоляции.

Содержание