РЕЗИСТОРЫ
1. Общее
Принцип действия резисторов основан на способности материалов оказывать сопротивление протекающему через них току. При этом электрическая мощность, потребляемая резистором, превращается в тепло, которое рассеивается в окружающую среду, что является отличительной особенностью этого пассивного элемента. В общем, по постоянству оказываемого сопротивления, резисторы подразделяются на постоянные, переменные и специальные (фоторезисторы, терморезисторы, варисторы и пр.). Более подробную информацию о физических основах работы, классификации и конструкциях резисторов можно найти в [1, 2].
2. Назначение
Резисторы относятся к числу наиболее распространенных компонентов радиоэлектронных схем. Основными функциями постоянных резисторов в схеме являются: ограничение или задание тока в цепи (резисторы в цепях обеспечения режима работы транзисторных каскадов, в схемах генераторов стабильного тока, токовых зеркал и пр., токоограничительные резисторы в простейших диодных схемах стабилизации напряжения, питания светодиодов, защиты входных линий микроконтроллеров и т.д.), распределение напряжения между элементами или участками схемы (различные делители напряжения, в т.ч. частотно-зависимые (RC-фильтры), балластные и гасящие резисторы в схемах питания, стабилизации и обеспечения режима работы) и т.д. (резисторы нагрузки, шунты).
3. Типы резисторов
Резисторы классифицируются по ряду признаков [2], основными из которых являются технология изготовления и используемые материалы. Именно они определяют общие характеристики резистора и его особые специфические свойства, что в конечном итоге определяет область использования данного типа.
По технологии изготовления (виду токопроводящего элемента) различают резисторы проволочные и непроволочные. Проводящим элементом проволочного резистора служит проволока или микропроволока с высоким удельным сопротивлением (константан, нихром и пр.), намотанная на каркас из диэлектрического материала (чаще всего из керамики). Вследствие значительной индуктивности проволочных резисторов их рекомендуется использовать в цепях постоянного и переменного токов с частотой не более 50 Гц. Как правило, проволочные резисторы используются в цепях, где рассеиваются значительные мощности – от десятков до сотен ватт.
К преимуществам проволочных резисторов переменного сопротивления следует отнести повышенную термостойкость и мощность рассеивания, нагрузочную способность, высокий уровень износостойкости, хорошую стабильность характеристик при разнообразных воздействиях внешней среды, достаточно низкий уровень собственных шумов и малый ТКС. Вместе с тем они имеют ограниченный диапазон номинальных сопротивлений, довольно высокую паразитную емкость и индуктивность.
Непроволочные резисторы бывают пленочными и объемными. Конструкция простейшего выводного пленочного резистора представляет собой цилиндрическое основание, на которое наносится – сплошным слоем или в виде спирали – резистивная пленка, на торцы основания надеваются проводящие колпачки с припаянными к ним выводами. Для изготовления резистивных пленок используют пиролитический углерод, углерод с примесью бора, композитные материалы. Также используются пленки металлов и их сплавов и пленки оксидов металлов (отечественные резисторы С2, МЛТ). Углеродистые резисторы на сегодня являются наиболее распространенным типом резисторов (из отечественных – резисторы С1-4). Они имеют высокую стабильность параметров, небольшой отрицательный температурный коэффициент сопротивления, стойки к импульсным нагрузкам [1]. Бороуглеродистые резисторы отличаются тем, что содержат в проводящем слое небольшую добавку бора, что позволяет уменьшить ТКС. По сравнению с углеродистыми металлопленочные резисторы обладают более высокой стабильностью параметров при циклическом изменении температуры, меньшими габаритами при равной мощности рассеивания. А их недостатками являются меньшая стойкость к импульсным нагрузкам и меньший частотный диапазон [2].
Конструкция объемного резистора может представлять собой стержень из проводящей композиции круглого или прямоугольного сечения с запрессованными проволочными выводами. Снаружи стержень защищается стеклоэмалевой или стеклокерамической оболочкой. Токопроводящий слой композиционных резисторов представляет собой соединение графита или сажи с неорганической или неорганической связкой. Такие соединения позволяют получить проводящие элементы любой формы в виде массивного тела (из отечественных – резисторы типа С4) или пленки (С3). Обладают повышенной надежностью термостойкостью. К недостаткам композиционных резисторов как объемных так и пленочных относятся зависимость сопротивления от приложенного напряжения, заметное старение, относительно высокий уровень собственных шумов, а также зависимость собственного сопротивления от частоты [1].
4. Параметры резисторов
Основными параметрами резисторов являются сопротивление, измеряемое в Омах [Ом], и мощность рассеивания [Вт]. Для цепи постоянного тока связь между сопротивлением резистора R, протекающим через него током I и падением напряжения на нем U описывается законом Ома:
I = U/R.
Номинальные значения сопротивлений резисторов, выпускаемых промышленностью, стандартизированы и определяются рядами E6, E12, E24 и т.д. (ГОСТ 28884-90) [2, стр. 117].
Действительная величина сопротивления может отличаться от номинального значения. Эти отклонения устанавливаются стандартом в соответствии с классом точности, определяющим величину погрешности. Широко используются три класса точности, допускающие отклонение сопротивления от номинального значения: I класс – ±5 %; II класс – ±10 %; III класс – на ±20 %. Так называемые прецизионные резисторы выпускаются с допусками: ±2 %, ±1 %, +0,2 %, ±0,1 %, ±0,5 %, ±0,02 %, ±0,01 %.
Величина сопротивления зависит от материала, из которого изготовлен резистор, и, в некоторой степени, от условий окружающей среды, прежде всего от температуры. Мерой оценки температурной зависимости сопротивления резистора выступает температурный коэффициент сопротивления (ТКС) – величина, равная относительному изменению электрического сопротивления резистора (удельного сопротивления материала, из которого он изготовлен) при изменении температуры на единицу:
ТКС = dR/(R*dT).
В зависимости от материала, из которого изготовлен резистор, его сопротивление с увеличением температуры может либо возрастать, либо уменьшаться. В первом случае ТКС оказывается положительным, а во втором – отрицательным. Эффект температурной зависимости сопротивления используется в терморезисторах/позисторах или, при изготовлении которых часто используют полупроводниковые материалы, с большим значением ТКС. Для постоянных резисторов этот эффект является нежелательным, и в схемах, требующих стабильной и точной работы в широком диапазоне температур используют прецизионные резисторы или специальные резисторы, изготовленные из материалов с малым значением ТКС, например, манганина или константана. Для справки: ТКС обычных углеродистых или металлопленочных резисторов составляет порядка 0,1 % на градус или меньше [3].
Для мощности рассеивания наиболее распространенных резисторов установлен ряд числовых значений: 0,05 Вт; 0,125 Вт; 0,25 Вт; 0,5 Вт; 1 Вт; 2 Вт; 5 Вт. Резисторы на разные мощности отличаются размером, в практике радиоэлектроники чаще всего используются резисторы с мощностями 0,125 – 0, 25 Вт.
Предельное рабочее напряжение резистора Uпред определяет величину допустимого напряжения (указывается в ТУ), которое может быть приложено к резистору. Для резисторов с небольшой величиной сопротивления (сотни Ом) это напряжение определяется по формуле [2]
Uпред = (Pном*Rном)^(1/2).
Для остальных резисторов предельное рабочее напряжение определяется конструкцией резистора и ограничивается возможностью электрического пробоя. При длине резистора, не превышающего 5 см, это напряжение определяется по формуле [2]:
Uпроб = (300P*l)^(1/2),
где P – давление, мм рт.ст.;
l – длина резистора, см.
5. Маркировка
Номинальные значения сопротивлений указываются на корпусе резисторов в явном или кодированном виде (используется либо числовой код либо код, представленный сочетанием цветных колец [4]).
6. Чиповые резисторы (SMD)
В настоящее время широко применяются SMD-резисторы, изготовляемые преимущественно по пленочной технологии. Основные характеристики таких резисторов определяются их размерами (рис. 1).
Рис. 1
В Табл. 1 приведены размеры резисторов для каждого из стандартных типоразмеров, в Табл. 2 – соответствующие им характеристики.
Табл. 1
|
Типоразмер |
L, мм |
W, мм |
H, мм |
a, мм |
b,мм |
|
0201 |
0,6 |
0,3 |
0,25 |
0,12 |
0,15 |
|
0402 |
1 |
0,5 |
0,35 |
0,2 |
0,25 |
|
0603 |
1,6 |
0,8 |
0,45 |
0,3 |
0,3 |
|
0805 |
2 |
1,25 |
0,6 |
0,4 |
0,4 |
|
1206 |
3,2 |
1,6 |
0,6 |
0,5 |
0,5 |
|
1210 |
3,2 |
2,5 |
0,6 |
0,5 |
0,5 |
|
1812 |
4,5 |
3,2 |
0,6 |
0,5 |
0,5 |
|
2010 |
5 |
2,5 |
0,6 |
0,6 |
0,6 |
|
2512 |
6,4 |
3,2 |
0,6 |
0,65 |
0,6 |
Табл. 2
Основные характеристики SMD-резисторов
|
Тип |
0201 |
0402 |
6003 |
0805 |
1206 |
1210 |
1812 |
2010 |
2512 |
|
Номинальная мощность при 70°C, Вт |
0,05 |
0,063 |
0,1 |
0,125 |
0,25 |
0,25 |
0,5 |
0,5 |
1 |
|
Рабочее напряжение, max, В |
15 |
50 |
50 |
150 |
200 |
200 |
200 |
200 |
200 |
|
Максимальное напряжение, max, В |
30 |
100 |
100 |
200 |
400 |
400 |
400 |
400 |
400 |
|
Диапазон сопротивлений, E24, Ом |
10 - 1 М |
1 - 2,2 М |
1 - 10 М |
1 - 10 М |
1 - 10 М |
1 - 10 М |
1 - 10 М |
1 - 10 М |
1 - 10 М |
|
Температурный диапазон, ºС |
-55...+125 |
-55...+125 |
-55...+125 |
-55...+125 |
-55...+125 |
-55...+125 |
-55...+125 |
-55...+125 |
-55...+125 |
Более подробную информацию о резисторах можно найти в справочнике [2].
ЛИТЕРАТУРА
-
-
Петров К.С. Радиоматериалы, радиокомпоненты и электроника. – СПб: Питер, 2003.
-
Ревич Ю. Занимательная электроника. – СПб.: БХВ-Петербург, 2005.
-
Мукосеев В.В., Сидоров И.Н. Маркировка и обозначение радиоэлементов. – М.: Горячая линия – Телеком, 2002. – 352 с. |
