Резистор

Резистор

Набор резисторов с осевыми выводами
Тип	Пассивный
Принцип работы	Электрическое сопротивление
Электронный символ
Два общих условных обозначения

Осевые резисторы на ленте. Компонент вырезается из ленты во время сборки, и деталь вставляется в плату.

Сравнение размеров резисторов с осевыми выводами.

Резистор является пассивным двухполюсником электрического компонента , который реализует электрическое сопротивление в качестве элемента схемы. В электронных схемах резисторы используются , среди прочего, для уменьшения протекания тока, регулировки уровней сигналов, разделения напряжений , смещения активных элементов и завершения линий передачи . Резисторы большой мощности, которые могут рассеивать много ватт электроэнергии в виде тепла, могут использоваться как часть управления двигателями, в системах распределения электроэнергии или в качестве испытательных нагрузок для генераторов.. Постоянные резисторы имеют сопротивление, которое незначительно изменяется в зависимости от температуры, времени или рабочего напряжения. Переменные резисторы можно использовать для регулировки элементов схемы (например, регулятора громкости или регулятора яркости лампы) или в качестве датчиков тепла, света, влажности, силы или химической активности.

Резисторы являются обычными элементами электрических сетей и электронных схем и повсеместно используются в электронном оборудовании . Практические резисторы как дискретные компоненты могут состоять из различных соединений и форм. Резисторы также реализованы в интегральных схемах .

Электрическая функция резистора определяется его сопротивлением: обычные промышленные резисторы производятся в диапазоне более девяти порядков величины . Номинальное значение сопротивления находится в пределах производственных допусков , указанных на компоненте.

Электронные символы и обозначения

Два типичных символа схематической диаграммы :

• (a) резистор, (b) реостат (переменный резистор) и (c) потенциометр

• Обозначение резистора IEC

Обозначения для обозначения номинала резистора на принципиальной схеме различаются.

Одна из распространенных схем - это код RKM в соответствии с IEC 60062 . Он избегает использования десятичного разделителя и заменяет десятичный разделитель буквой, слабо связанной с префиксом SI, соответствующим сопротивлению детали. Например, 8K2 в качестве кода маркировки детали , на принципиальной схеме или в ведомости материалов (BOM) указывает значение резистора 8,2 кОм. Дополнительные нули означают более жесткий допуск, например 15M0 для трех значащих цифр. Когда значение может быть выражено без префикса (то есть множителя 1), вместо десятичного разделителя используется буква «R». Например, 1R2означает 1,2 Ом, а 18R означает 18 Ом.

Теория Операции

Закон Ома

Поведение идеального резистора определяется соотношением, заданным законом Ома :

${\ Displaystyle V = I \ cdot R.}$

Закон Ома гласит, что напряжение (V) на резисторе пропорционально току (I), где константа пропорциональности - это сопротивление (R). Например, если резистор 300 Ом подключен к клеммам 12-вольтовой батареи, то через этот резистор протекает ток 12/300 = 0,04 ампера .

Практические резисторы также имеют некоторую индуктивность и емкость, которые влияют на соотношение между напряжением и током в цепях переменного тока .

Ом (обозначение: Ω ) является СИ единица электрического сопротивления , названный в честь Георга Симона Ома . Ом эквивалентен вольт на ампер . Поскольку резисторы специфицированы и производятся в очень большом диапазоне значений, производные единицы миллиом (1 мОм = 10 ⁻³ Ом), килоом (1 кОм = 10 ³ Ом) и мегаом (1 МОм = 10 ⁶ Ом) являются также широко используется.

Последовательные и параллельные резисторы

Общее сопротивление резисторов, соединенных последовательно, складывается из значений их индивидуальных сопротивлений.

${\ displaystyle R _ {\ mathrm {eq}} = R_ {1} + R_ {2} + \ cdots + R_ {n}.}$

Общее сопротивление резисторов, подключенных параллельно, обратно пропорционально сумме обратных сопротивлений отдельных резисторов.

${\ displaystyle {\ frac {1} {R _ {\ mathrm {eq}}}} = {\ frac {1} {R_ {1}}} + {\ frac {1} {R_ {2}}} + \ cdots + {\ frac {1} {R_ {n}}}.}$

Например, резистор 10 Ом, подключенный параллельно с резистором 5 Ом, и резистор 15 Ом дает 1/1/10 + 1/5 + 1/15 Ом сопротивления, или 30/11 = 2,727 Ом.

Сеть резисторов, которая представляет собой комбинацию параллельного и последовательного соединения, может быть разбита на более мелкие части, которые являются одним или другим. Некоторые сложные сети резисторов не могут быть решены таким образом, что требует более сложного анализа схем. Как правило, для решения таких проблем можно использовать преобразование Y-Δ или матричные методы . ^{[2] [3] [4]}

Рассеяние мощности

В любой момент мощность P (ватт), потребляемая резистором с сопротивлением R (Ом), рассчитывается по следующей формуле: где V (вольт) - это напряжение на резисторе, а I (амперы) - ток, протекающий через него. Используя закон Ома , можно получить две другие формы. Эта мощность преобразуется в тепло, которое должно быть отведено корпусом резистора, прежде чем его температура чрезмерно возрастет.${\ Displaystyle P = I ^ {2} R = IV = {\ frac {V ^ {2}} {R}}}$

Резисторы рассчитаны в соответствии с их максимальной рассеиваемой мощностью. Дискретные резисторы в твердотельных электронных системах обычно рассчитаны на 1/10, 1/8 или 1/4 Вт. Обычно они потребляют намного меньше, чем ватт электроэнергии, и не требуют особого внимания к их номинальной мощности.

Резисторы, необходимые для рассеивания значительного количества энергии, особенно используемые в источниках питания, схемах преобразования мощности и усилителях мощности, обычно называются силовыми резисторами ; это обозначение свободно применяется к резисторам с номинальной мощностью 1 Вт или выше. Резисторы мощности физически больше и могут не использовать предпочтительные значения, цветовые коды и внешние пакеты, описанные ниже.

Если средняя мощность, рассеиваемая резистором, превышает его номинальную мощность, может произойти повреждение резистора, необратимо изменив его сопротивление; это отличается от обратимого изменения сопротивления из-за его температурного коэффициента при нагревании. Чрезмерное рассеивание мощности может привести к повышению температуры резистора до точки, при которой он может сжечь монтажную плату или соседние компоненты или даже вызвать пожар. Существуют взрывобезопасные резисторы, которые выходят из строя (разрыв цепи) до того, как они перегреются.

Так как возможна плохая циркуляция воздуха, большая высота над уровнем моря или высокие рабочие температуры , резисторы могут быть указаны с более высоким номинальным тепловыделением, чем при эксплуатации.

Все резисторы имеют максимальное номинальное напряжение; это может ограничить рассеиваемую мощность для более высоких значений сопротивления.

Неидеальные свойства

Практические резисторы имеют последовательную индуктивность и небольшую параллельную емкость ; эти характеристики могут быть важны в высокочастотных приложениях. В малошумящего усилителя или предварительного усилителя , то шумовые характеристики резистора может быть проблемой.

Температурный коэффициент сопротивления также может представлять интерес в некоторых прецизионных приложениях.

Нежелательная индуктивность, избыточный шум и температурный коэффициент в основном зависят от технологии, используемой при производстве резистора. Обычно они не указываются индивидуально для определенного семейства резисторов, изготовленных с использованием определенной технологии. ^[5] Семейство дискретных резисторов также характеризуется своим форм-фактором, то есть размером устройства и положением его выводов (или выводов), что важно при практическом изготовлении схем с их использованием.

Практические резисторы также определяются как имеющие максимальную номинальную мощность, которая должна превышать ожидаемую мощность рассеяния этого резистора в конкретной цепи: это в основном вызывает озабоченность в приложениях силовой электроники. Резисторы с более высокой номинальной мощностью физически больше и могут потребовать радиаторов . В высоковольтной цепи иногда следует обращать внимание на номинальное максимальное рабочее напряжение резистора. Хотя для данного резистора не существует минимального рабочего напряжения, неучет максимального номинала резистора может привести к возгоранию резистора при прохождении через него тока.

Постоянные резисторы

Ведущие мероприятия

Компоненты со сквозным отверстием обычно имеют «выводы» (произносится как / l iː d z / ), выходящие из корпуса «в осевом направлении», то есть по линии, параллельной самой длинной оси детали. У других провода отходят от тела «радиально». Другие компоненты могут быть SMT (технология поверхностного монтажа), в то время как резисторы высокой мощности могут иметь один из выводов, встроенных в радиатор .

Углеродный состав

Резисторы из углеродного состава (CCR) состоят из сплошного цилиндрического резистивного элемента с заделанными проволочными выводами или металлическими концевыми заглушками, к которым прикреплены выводы. Корпус резистора защищен краской или пластиком. У резисторов из углеродного состава начала 20-го века были неизолированные тела; подводящие провода были намотаны на концы стержня резистивного элемента и припаяны. Готовый резистор был окрашен для цветовой маркировки его номинала.

Резистивный элемент изготовлен из смеси мелкодисперсного порошка углерода и изоляционного материала, обычно керамического. Смола скрепляет смесь. Сопротивление определяется соотношением наполняющего материала (порошковой керамики) и углерода. Более высокая концентрация углерода, который является хорошим проводником, приводит к более низкому сопротивлению. Резисторы из углеродного состава обычно использовались в 1960-х годах и ранее, но сейчас они не популярны для общего использования, поскольку другие типы имеют лучшие характеристики, такие как допуск, зависимость от напряжения и напряжение. Резисторы из углеродного состава изменяют свое значение при воздействии перенапряжения. Более того, если внутреннее содержание влаги в результате воздействия влажной среды в течение некоторого времени является значительным, нагрев при пайке вызывает необратимое изменение значения сопротивления.Резисторы из углеродного состава имеют плохую стабильность со временем и, следовательно, на заводе-изготовителе в лучшем случае допускаются только 5%.^[6] Эти резисторы являются неиндуктивными, что дает преимущества при использовании в системах уменьшения импульсов напряжения и защиты от перенапряжения. ^[7] Резисторы из углеродного состава обладают большей способностью выдерживать перегрузку по сравнению с размером компонента. ^[8]

Резисторы из углеродного состава все еще доступны, но относительно дороги. Значения варьировались от долей Ом до 22 МОм. Из-за их высокой цены эти резисторы больше не используются в большинстве приложений. Однако они используются в источниках питания и средствах управления сваркой. ^[8] Они также востребованы при ремонте старинного электронного оборудования, где подлинность является важным фактором.

Углеродная куча

Углеродный резистор состоит из набора углеродных дисков, сжатых между двумя металлическими контактными пластинами. Регулировка давления зажима изменяет сопротивление между пластинами. Эти резисторы используются, когда требуется регулируемая нагрузка, например, при тестировании автомобильных аккумуляторов или радиопередатчиков. Углеродный резистор также можно использовать в качестве регулятора скорости для небольших двигателей в бытовой технике (швейные машины, ручные миксеры) мощностью до нескольких сотен ватт. ^[9] Углеродный резистор может быть встроен в автоматические регуляторы напряжения для генераторов, где углеродный стержень регулирует ток возбуждения для поддержания относительно постоянного напряжения. ^[10] Этот принцип также применяется в угольном микрофоне .

Карбоновая пленка

Углеродная пленка наносится на изолирующую подложку, и в ней вырезается спираль, чтобы создать длинный узкий резистивный путь. Различные формы, в сочетании с сопротивлением из аморфного углерода ( в диапазоне от 500 до 800 мкОм м), может обеспечить широкий диапазон значений сопротивления. По сравнению с углеродным составом они обладают низким уровнем шума из-за точного распределения чистого графита без связующего. ^[11] Углеродные пленочные резисторы имеют номинальную мощность от 0,125 Вт до 5 Вт при 70 ° C. Доступные значения сопротивления находятся в диапазоне от 1 Ом до 10 МОм. Углеродный пленочный резистор имеет рабочую температурудиапазон от -55 ° C до 155 ° C. Максимальный диапазон рабочего напряжения составляет от 200 до 600 В. Специальные углеродные пленочные резисторы используются в приложениях, требующих высокой импульсной стабильности. ^[8]

Печатные углеродные резисторы

Резисторы из углеродного состава могут быть напечатаны непосредственно на подложках печатных плат (PCB) как часть процесса производства PCB. Хотя этот метод более распространен на гибридных модулях печатных плат, его также можно использовать на стандартных печатных платах из стекловолокна. Допуски обычно довольно велики и могут составлять порядка 30%. Типичное применение - некритичные подтягивающие резисторы .

Толстая и тонкая пленка

Толстопленочные резисторы стали популярными в 1970-х годах, и сегодня большинство резисторов SMD (устройства для поверхностного монтажа) относятся к этому типу. Резистивный элемент толстых пленок в 1000 раз толще тонких пленок ^[12], но принципиальная разница заключается в том, как пленка наносится на цилиндр (осевые резисторы) или на поверхность (резисторы SMD).

Тонкопленочные резисторы изготавливаются путем напыления (методом вакуумного напыления ) резистивного материала на изолирующую подложку. Затем пленка протравливается аналогично старому (субтрактивному) процессу изготовления печатных плат; то есть поверхность покрывается фоточувствительным материалом , затем покрывается пленкой с рисунком, облучается ультрафиолетовым светом, а затем проявляется экспонированное фоточувствительное покрытие, и нижележащая тонкая пленка стравливается.

Толстопленочные резисторы производятся с использованием процессов трафаретной и трафаретной печати. ^[8]

Поскольку время, в течение которого выполняется распыление, можно контролировать, можно точно контролировать толщину тонкой пленки. Тип материала также обычно отличается, состоящий из одного или нескольких керамических ( керметных ) проводников, таких как нитрид тантала (TaN), оксид рутения ( RuO
₂), оксид свинца (PbO), рутенат висмута ( Bi
₂RU
₂О
₇), хром никеля (NiCr) или иридат висмута ( Bi
₂Ir
₂О
₇).

Сопротивление тонких и толстопленочных резисторов после изготовления не является очень точным; они обычно обрезаются до точного значения абразивной или лазерной обработкой . Тонкие пленочные резисторы обычно определяются с допусками 1% и 5%, а также с температурными коэффициентами от 5 до 50 частей на миллион / K . Также они имеют гораздо более низкий уровень шума , в 10–100 раз меньше, чем у толстопленочных резисторов. ^[13] Толстопленочные резисторы могут использовать ту же проводящую керамику, но они смешаны со спеченным (порошковым) стеклом и жидкостью-носителем, чтобы композит можно было печатать методом трафаретной печати.. Этот композит из стекла и проводящей керамики (металлокерамики) затем плавится (запекается) в печи при температуре около 850 ° C.

Толстопленочные резисторы при первом изготовлении имели допуски 5%, но стандартные допуски улучшились до 2% или 1% за последние несколько десятилетий. Температурные коэффициенты толстопленочных резисторов высоки, обычно ± 200 или ± 250 ppm / K; изменение температуры на 40 кельвинов (70 ° F) может изменить сопротивление на 1%.

Тонкопленочные резисторы обычно намного дороже толстопленочных резисторов. Например, тонкопленочные резисторы SMD с допуском 0,5% и температурным коэффициентом 25 ppm / K при покупке в полноразмерных катушечных количествах примерно в два раза дороже толстопленочных резисторов 1%, 250 ppm / K.

Металлическая пленка

Распространенным типом резисторов с осевыми выводами сегодня является металлопленочный резистор. Торцевые резисторы с металлическими электродами без свинца ( MELF ) часто используют ту же технологию.

Металлопленочные резисторы обычно покрыты никель-хромом (NiCr), но могут быть покрыты любым из керметных материалов, перечисленных выше для тонкопленочных резисторов. В отличие от тонкопленочных резисторов, этот материал можно наносить другими способами, нежели распыление (хотя это один из методов). Кроме того, в отличие от тонкопленочных резисторов, значение сопротивления определяется путем прорезания спирали через покрытие, а не путем травления. (Это похоже на способ изготовления углеродных резисторов.) Результатом является разумный допуск (0,5%, 1% или 2%) и температурный коэффициент, который обычно составляет от 50 до 100 ppm / K. ^[14]Металлопленочные резисторы обладают хорошими шумовыми характеристиками и малой нелинейностью за счет низкого коэффициента напряжения. Также полезными являются их жесткий допуск, низкий температурный коэффициент и долговременная стабильность. ^[8]

Металлооксидная пленка

Металлооксидные пленочные резисторы изготовлены из оксидов металлов, что обеспечивает более высокую рабочую температуру, большую стабильность и надежность, чем металлическая пленка. Они используются в приложениях с высокими требованиями к долговечности.

Проволочная обмотка

Резисторы с проволочной обмоткой обычно изготавливаются путем наматывания металлической проволоки, обычно из нихрома , на керамический, пластиковый или стекловолоконный сердечник. Концы проволоки припаивают или приваривают к двум колпачкам или кольцам, прикрепленным к концам сердечника. Сборка защищена слоем краски, формованного пластика или эмалевого покрытия, запеченного при высокой температуре. Эти резисторы спроектированы таким образом, чтобы выдерживать необычно высокие температуры до 450 ° C. ^[8]Проволочные выводы в проволочных резисторах малой мощности обычно имеют диаметр от 0,6 до 0,8 мм и покрыты оловом для облегчения пайки. Для резисторов с проволочной обмоткой большей мощности используется либо керамический внешний корпус, либо внешний алюминиевый корпус поверх изоляционного слоя - если внешний корпус керамический, такие резисторы иногда называют «цементными» резисторами, хотя на самом деле они не содержат никаких традиционный цемент . Типы с алюминиевым корпусом предназначены для крепления к радиатору для отвода тепла; номинальная мощность зависит от использования с подходящим радиатором, например, резистор с номинальной мощностью 50 Вт перегревается на долю рассеиваемой мощности, если не используется с радиатором. Резисторы с большой проволочной обмоткой могут быть рассчитаны на 1000 Вт и более.

Поскольку резисторы с проволочной обмоткой представляют собой катушки, они имеют более нежелательную индуктивность, чем другие типы резисторов, хотя намотка провода секциями с попеременно обратным направлением может минимизировать индуктивность. В других методах используется бифилярная намотка или плоский тонкий формирователь (для уменьшения площади поперечного сечения катушки). Для наиболее требовательных схем используются резисторы с обмоткой Айртона – Перри .

Применение резисторов с проволочной обмоткой аналогично применению композитных резисторов, за исключением высокой частоты. Высокочастотная характеристика резисторов с проволочной обмоткой существенно хуже, чем у составных резисторов. ^[8]

Резистор из фольги

В 1960 году Феликс Зандман и Сидней Дж. Стейн ^[15] представили разработку резисторной пленки с очень высокой стабильностью.

Основным элементом сопротивления фольгового резистора является фольга из хромоникелевого сплава толщиной несколько микрометров . Хромоникелевые сплавы характеризуются большим электрическим сопротивлением (примерно в 58 раз больше, чем у меди), небольшим температурным коэффициентом и высокой стойкостью к окислению. Примерами являются хромель A и нихром V, типичный состав которых составляет 80 Ni и 20 Cr, с температурой плавления 1420 ° C. При добавлении железа хромоникелевый сплав становится более пластичным. Нихром и хромель С являются примерами сплава, содержащего железо. Типичный состав нихрома: 60 ​​Ni, 12 Cr, 26 Fe, 2 Mn и Chromel C, 64 Ni, 11 Cr, Fe 25. Температура плавления этих сплавов составляет 1350 ° и 1390 ° C соответственно. ^[16]

С момента своего появления в 1960-х резисторы из фольги обладают лучшей точностью и стабильностью среди всех доступных резисторов. Одним из важных параметров устойчивости является температурный коэффициент сопротивления (ТКС). TCR фольговых резисторов чрезвычайно низок и с годами постоянно улучшался. Один диапазон сверхточных фольговых резисторов предлагает TCR 0,14 ppm / ° C, допуск ± 0,005%, долговременную стабильность (1 год) 25 ppm, (3 года) 50 ppm (дополнительно улучшено в 5 раз за счет герметичного уплотнения) , стабильность под нагрузкой (2000 часов) 0,03%, термо-ЭДС 0,1 мкВ / ° C, шум -42 дБ, коэффициент напряжения 0,1 ppm / В, индуктивность 0,08 мкГн, емкость 0,5 пФ. ^[17]

Термическая стабильность этого типа резистора также связана с противоположными эффектами: электрическое сопротивление металла увеличивается с температурой и уменьшается из-за теплового расширения, что приводит к увеличению толщины фольги, другие размеры которой ограничены керамической подложкой. . ^{[ необходима цитата ]}

Шунты амперметра

Амперметр шунт представляет собой особый тип тока измерительного резистора, имеющие четыре терминала и значение в мЫх или даже микро-Оме. Сами по себе приборы для измерения тока обычно могут принимать только ограниченные токи. Для измерения больших токов ток проходит через шунт, на котором измеряется падение напряжения, которое интерпретируется как ток. Типичный шунт состоит из двух твердых металлических блоков, иногда из латуни, установленных на изолирующем основании. Между блоками, припаянными или припаянными к ним, находятся одна или несколько полос манганина с низким температурным коэффициентом сопротивления (TCR).сплав. Большие болты, ввинченные в блоки, служат для подключения тока, а винты меньшего размера - для подключения вольтметра. Шунты рассчитаны на полный ток и часто имеют падение напряжения 50 мВ при номинальном токе. Такие измерители адаптированы к номинальному полному току шунта с помощью маркированного циферблата; в другие части счетчика вносить изменения не требуется.

Сеточный резистор

В тяжелых промышленных сильноточных устройствах сеточный резистор представляет собой большую решетку из штампованных полос из металлического сплава, охлаждаемую конвекцией, соединенных рядами между двумя электродами. Такие резисторы промышленного класса могут быть размером с холодильник; некоторые конструкции могут выдерживать ток более 500 ампер с диапазоном сопротивлений ниже 0,04 Ом. Они используются в таких приложениях, как динамическое торможение и накопление нагрузки для локомотивов и трамваев, заземление нейтрали для промышленного распределения переменного тока, управление нагрузками для кранов и тяжелого оборудования, нагрузочные испытания генераторов и фильтрация гармоник для электрических подстанций. ^[18]

Термин сетка резистор иногда используются для описания резистора любого типа , подключенного к управляющей сетке из в вакуумной трубке . Это не резисторная технология; это топология электронной схемы.

Особые сорта

• Кермет
• Фенольный
• Тантал
• Водный резистор

Переменные резисторы

Регулируемые резисторы

Резистор может иметь одну или несколько фиксированных точек отвода, так что сопротивление можно изменять, перемещая соединительные провода к разным клеммам. Некоторые силовые резисторы с проволочной обмоткой имеют точку отвода, которая может скользить по резистивному элементу, что позволяет использовать большую или меньшую часть сопротивления.

Если требуется постоянная регулировка значения сопротивления во время работы оборудования, отвод сопротивления скольжению можно подключить к ручке, доступной оператору. Такое устройство называется реостатом и имеет два вывода.

Потенциометры

Потенциометр (просторечие, горшок ) представляет собой три-концевой резистор с непрерывно регулируемым постукиванием точкой контролируемого вращением вала или ручек , или с помощью линейного ползунка. ^[19] Название потенциометра связано с его функцией регулируемого делителя напряжения, обеспечивающего переменный потенциал на клемме, подключенной к точке ответвления. Регулятор громкости в аудиоустройстве - это обычное применение потенциометра. Типичный потенциометр малой мощности (см. Рисунок) состоит из плоского элемента сопротивления (B) из углеродного состава, металлической пленки или проводящего пластика с пружинящей фосфорной бронзой.контакт стеклоочистителя (C), который перемещается по поверхности. Альтернативной конструкцией является проволока сопротивления, намотанная на форму, при этом дворник скользит в осевом направлении вдоль катушки. ^[19] Они имеют более низкое разрешение, поскольку по мере движения дворника сопротивление изменяется ступенчато, равное сопротивлению одного витка. ^[19]

Многооборотные потенциометры высокого разрешения используются в точных приложениях. У них есть элементы сопротивления с проволочной намоткой, обычно намотанные на спиральную оправку, при этом грязесъемник движется по спиральной дорожке при повороте регулятора, обеспечивая непрерывный контакт с проволокой. Некоторые из них включают в себя резистивное покрытие из токопроводящего пластика поверх провода для улучшения разрешения. Обычно они предлагают десять оборотов вала, чтобы охватить весь диапазон. Обычно они оснащены циферблатами, которые включают простой счетчик оборотов и градуированный циферблат, и обычно могут достигать трехзначного разрешения. Электронно-аналоговые компьютеры использовали их в большом количестве для установки коэффициентов, а осциллографы с задержкой развертки последних десятилетий включали один на своих панелях.

Ящики декадного сопротивления

Десятичный блок сопротивления или блок замены резистора - это блок, содержащий резисторы многих номиналов, с одним или несколькими механическими переключателями, которые позволяют набирать любое из различных дискретных сопротивлений, предлагаемых блоком. Обычно сопротивление является точным с высокой точностью в диапазоне от лабораторной / калибровочной точности 20 частей на миллион до полевой точности 1%. Доступны и недорогие коробки с меньшей точностью. Все типы предлагают удобный способ выбора и быстрого изменения сопротивления в лабораторных, экспериментальных и опытно-конструкторских работах без необходимости подключать резисторы по одному или даже хранить каждое значение. Коробку характеризуют диапазон обеспечиваемого сопротивления, максимальное разрешение и точность. Например, одна коробка предлагает сопротивления от 0 до 100 МОм, максимальное разрешение 0,1 Ом, точность 0,1%.^[20]

Специальные устройства

Существуют различные устройства, сопротивление которых изменяется в зависимости от величины. Сопротивление термисторов NTC имеет сильный отрицательный температурный коэффициент, что делает их полезными для измерения температуры. Поскольку их сопротивление может быть большим, пока они не нагреются из-за прохождения тока, они также обычно используются для предотвращения чрезмерных скачков тока при включении оборудования. Точно так же сопротивление гумистора зависит от влажности. Один вид фотодетекторов, фоторезистор , имеет сопротивление, которое изменяется в зависимости от освещенности.

Тензодатчик , изобретенный Эдвард Э. Симмонс и Артур Руга в 1938 году, представляет собой тип резистора , который изменяет значение с приложенным напряжением. Можно использовать один резистор, пару (полумост) или четыре резистора, подключенных по схеме моста Уитстона . Тензорезистор прикреплен клеем к объекту, который подвергается механической нагрузке . С помощью тензодатчика и фильтра, усилителя и аналого-цифрового преобразователя можно измерить деформацию объекта.

В родственном, но более недавнем изобретении используется композит для квантового туннелирования для измерения механического напряжения. Он пропускает ток, величина которого может изменяться в 10 ^{12 раз} в зависимости от изменения приложенного давления.

Измерение

Значение резистора можно измерить с помощью омметра , который может быть одной из функций мультиметра . Обычно щупы на концах измерительных проводов подключаются к резистору. Простой омметр может подавать напряжение от батареи на неизвестный резистор (с внутренним резистором известного значения, включенным последовательно), создавая ток, который приводит в движение измеритель . Ток по закону Ома, обратно пропорциональна сумме внутреннего сопротивления и тестируемого резистора, что приводит к очень нелинейной шкале аналогового измерителя, откалиброванной от бесконечности до 0 Ом. Цифровой мультиметр, использующий активную электронику, может вместо этого пропускать указанный ток через тестовое сопротивление. Напряжение, генерируемое на тестовом сопротивлении в этом случае, линейно пропорционально его сопротивлению, которое измеряется и отображается. В любом случае диапазоны с низким сопротивлением измерителя пропускают через измерительные провода гораздо больше тока, чем диапазоны с высоким сопротивлением, чтобы присутствующие напряжения были на разумных уровнях (обычно ниже 10 вольт), но все же были измеримыми.

Для измерения резисторов с низким сопротивлением, таких как резисторы с дробным сопротивлением, с приемлемой точностью требуются четырехконтактные соединения . Одна пара клемм подает на резистор известный калиброванный ток, а другая пара измеряет падение напряжения на резисторе. Некоторые омметры лабораторного качества, особенно миллиомметры, и даже некоторые из лучших цифровых мультиметров определяют использование для этой цели четырех входных клемм, которые могут использоваться со специальными измерительными проводами. У каждого из двух так называемых зажимов Кельвина есть пара зажимов, изолированных друг от друга. Одна сторона каждого зажима подает измерительный ток, а другие соединения предназначены только для измерения падения напряжения. Сопротивление снова рассчитывается по закону Ома как измеренное напряжение, деленное на приложенный ток.

Стандарты

Резисторы производства

Характеристики резисторов количественно определены и представлены с использованием различных национальных стандартов. В США MIL-STD-202 ^[21] содержит соответствующие методы испытаний, к которым относятся другие стандарты.

Существуют различные стандарты, определяющие свойства резисторов для использования в оборудовании:

• МЭК 60062 (МЭК 62) / DIN 40825 / BS +1852 / IS 8186 / JIS C 5062 и т.д. ( Резистор цветовой код , РКМ - код , код даты)
• EIA RS-279 / DIN 41429 (цветовой код резистора)
• IEC 60063 (IEC 63) / JIS C 5063 (стандартные значения серии E)
• MIL-PRF-26
• MIL-PRF-39007 (фиксированная мощность, установленная надежность)
• MIL-PRF-55342 (толстая и тонкая пленка для поверхностного монтажа)
• MIL-PRF-914
• Стандарт MIL-R-11 отменен
• MIL-R-39017 (фиксированный, общего назначения, подтвержденная надежность)
• MIL-PRF-32159 (перемычки нулевого сопротивления)
• UL 1412 (предохранители и резисторы с ограничением температуры) ^[22]

Существуют и другие стандарты MIL-R для военных закупок США.

Стандарты сопротивления

Первичный стандарт для сопротивления, «ртуть Ом» был первоначально определен в 1884 году в качестве столба ртути длинной 106,3 см и 1 квадратный миллиметр в поперечном сечении, при 0 градусов по Цельсию . Трудности точного измерения физических констант для воспроизведения этого стандарта приводят к отклонениям до 30 ppm. С 1900 г. ртутный ом был заменен на прецизионно обработанную пластину из манганина . ^[23] С 1990 года международный стандарт сопротивления был основан на квантованном эффекте Холла, открытом Клаусом фон Клитцингом , за который он получил Нобелевскую премию по физике в 1985 году. ^[24]

Резисторы очень высокой точности производятся для калибровки и лабораторного использования. Они могут иметь четыре клеммы, одна пара используется для передачи рабочего тока, а другая пара - для измерения падения напряжения; это исключает ошибки, вызванные падением напряжения на сопротивлениях проводов, поскольку через провода измерения напряжения не проходит заряд. Это важно для резисторов небольшого номинала (100–0,0001 Ом), где сопротивление выводов является значительным или даже сопоставимым по сравнению со стандартным значением сопротивления. ^[25]

Маркировка резистора

Корпуса осевых резисторов обычно желто-коричневого, коричневого, синего или зеленого цвета (хотя иногда встречаются и другие цвета, например, темно-красный или темно-серый), и на них отображаются 3–6 цветных полос, указывающих сопротивление (и допуск на расширение), и может быть расширен для указания температурного коэффициента и класса надежности. Первые две полосы представляют первые две цифры сопротивления в омах , третья представляет собой множитель , а четвертая - допуск (который, если он отсутствует, означает ± 20%). Для пяти- и шестиполосных резисторов третья - третья цифра, четвертая - множитель и пятая - допуск; шестая полоса представляет температурный коэффициент. Номинальная мощность резистора обычно не указывается и рассчитывается исходя из размера.

Резисторы для поверхностного монтажа имеют цифровую маркировку.

Резисторы начала 20 века, по сути неизолированные, были погружены в краску, чтобы покрыть весь их корпус для цветовой маркировки. Краска второго цвета была нанесена на один конец элемента, а цветная точка (или полоса) в середине обеспечила третью цифру. Правило было «тело, кончик, точка», предоставляющее две значащие цифры для значения и десятичный множитель в этой последовательности. Допуск по умолчанию составлял ± 20%. Резисторы с меньшим допуском имели на другом конце серебряную (± 10%) или золотую (± 5%) окраску.

Предпочтительные значения

Ранние резисторы изготавливались в более или менее произвольных круглых числах; серия может иметь 100, 125, 150, 200, 300 и т. д. ^[26] Резисторы при изготовлении подлежат определенному процентному допуску , и имеет смысл производить значения, которые коррелируют с допуском, так что фактическое значение резистор немного перекрывается со своими соседями. Более широкий интервал оставляет зазоры; более узкий интервал увеличивает затраты на производство и инвентаризацию для обеспечения более или менее взаимозаменяемых резисторов.

Логическая схема состоит в том, чтобы производить резисторы в диапазоне значений, которые увеличиваются в геометрической прогрессии , так, чтобы каждое значение было больше своего предшественника на фиксированный множитель или процент, выбранный для соответствия допуску диапазона. Например, для допуска ± 20% имеет смысл иметь каждый резистор примерно в 1,5 раза больше, чем его предшественник, что позволяет покрыть декаду в 6 значениях. На практике используется коэффициент 1,4678, что дает значения 1,47, 2,15, 3,16, 4,64, 6,81, 10 для 1–10-декады (декада - это диапазон, увеличивающийся в 10 раз; 0,1–1 и 10–100 являются другие примеры); на практике они округляются до 1,5, 2,2, 3,3, 4,7, 6,8, 10; а затем 15, 22, 33, ... и предшествует ... 0,47, 0,68, 1. Эта схема была принята в качестве серии Е48 в IEC 60063предпочтительные числовые значения. Существуют также серии E12 , E24 , E48 , E96 и E192 для компонентов с все более высоким разрешением, с 12, 24, 96 и 192 различными значениями в пределах каждой декады. Фактические используемые значения указаны в списках предпочтительных номеров IEC 60063.

Сопротивление резистора 100 Ом ± 20% должно иметь номинал от 80 до 120 Ом; его соседи по E6 - 68 (54–82) и 150 (120–180) Ом. Разумный интервал E6 используется для компонентов ± 20%; Е12 на ± 10%; Е24 на ± 5%; E48 для ± 2%, E96 для ± 1%; E192 на ± 0,5% или лучше. Резисторы производятся номиналом от нескольких миллиомов до гигаома в диапазонах IEC60063, соответствующих их допускам. Производители могут сортировать резисторы по классам допусков на основе измерений. Соответственно, выбор резисторов на 100 Ом с допуском ± 10% может не лежать около 100 Ом (но не более чем на 10%), как можно было бы ожидать (колоколообразная кривая),а лучше делиться на две группы - либо на 5–10% выше, либо на 5–10% ниже (но не ближе к 100 Ом), потому что любые резисторы, измеренные на заводе как имеющие отклонение менее 5%, были бы отмечены и продаются как резисторы с допуском только ± 5% или лучше. При разработке схемы это может стать предметом рассмотрения. Этот процесс сортировки деталей, основанный на измерениях после обработки, известен как «биннинг» и может применяться к другим компонентам, кроме резисторов (например, к классам скорости для процессоров).

Однако более ранние силовые резисторы с проволочной обмоткой, такие как резисторы с коричневой стекловидной эмалью, изготавливались с другой системой предпочтительных значений, например, некоторые из тех, которые упомянуты в первом предложении этого раздела.

SMT резисторы

На резисторах поверхностного монтажа больших размеров (метрическая 1608 и выше) напечатаны числовые значения в коде, относящемся к тому, который используется на осевых резисторах. Резисторы со стандартным допуском для поверхностного монтажа (SMT) маркируются трехзначным кодом, в котором первые две цифры являются первыми двумя значащими цифрами значения, а третья цифра - степенью десяти (количество нулей). . Например:

334 = 33 × 10 ⁴ Ом = 330 кОм

222 = 22 × 10 ² Ом = 2,2 кОм

473 = 47 × 10 ³ Ом = 47 кОм

105 = 10 × 10 ⁵ Ом = 1 МОм

Значения сопротивлений менее 100 Ом записываются: 100, 220, 470. Последний ноль представляет десять до нуля мощности, который равен 1. Например:

100 = 10 × 10 ⁰ Ом = 10 Ом

220 = 22 × 10 ⁰ Ом = 22 Ом

Иногда эти значения отмечаются цифрами 10 или 22, чтобы избежать ошибки.

Для сопротивлений менее 10 Ом есть символ «R», обозначающий положение десятичной точки ( точка счисления ). Например:

4R7 = 4,7 Ом

R300 = 0,30 Ом

0R22 = 0,22 Ом

0R01 = 0,01 Ом

Прецизионные резисторы маркируются четырехзначным кодом, в котором первые три цифры являются значащими цифрами, а четвертая - степенью десяти. Например:

1001 = 100 × 10 ¹ Ом = 1,00 кОм

4992 = 499 × 10 ² Ом = 49,9 кОм

1000 = 100 × 10 ⁰ Ом = 100 Ом

000 и 0000 иногда появляются как значения на линках с нулевым сопротивлением поверхностного монтажа , поскольку они имеют (приблизительно) нулевое сопротивление.

Более современные резисторы для поверхностного монтажа физически слишком малы, чтобы их можно было наносить на практике.

Обозначение промышленного типа

Формат: [две буквы] <пробел> [значение сопротивления (три цифры)] <пространство> [код допуска (числовой - одна цифра)] ^[27]

Шаги, чтобы узнать значения сопротивления или емкости:

1. Первые две буквы обозначают мощность рассеивания.
2. Следующие три цифры показывают значение сопротивления.
   1. Первые две цифры - значимые значения
   2. Третья цифра - множитель.
3. Последняя цифра дает допуск.

Если резистор закодирован:

• EB1041: мощность рассеивания = 1/2 Вт, значение сопротивления = 10 × 10 ⁴ ± 10% = между9 × 10 ⁴ Ом и11 × 10 ⁴ Ом.
• CB3932: мощность рассеивания = 1/4 Вт, значение сопротивления = 39 × 10 ³ ± 20% = между31,2 × 10 ³ и46,8 × 10 ³ Ом.

Электрический и тепловой шум

При усилении слабых сигналов часто необходимо минимизировать электронный шум , особенно на первом этапе усиления. В качестве рассеивающего элемента даже идеальный резистор, естественно, создает на своих выводах случайные колебания напряжения или шум. Этот шум Джонсона – Найквиста является основным источником шума, который зависит только от температуры и сопротивления резистора и предсказывается теоремой флуктуации-диссипации . Использование большего значения сопротивления создает больший шум напряжения, тогда как меньшее значение сопротивления создает больше шума тока при данной температуре.

Тепловой шум практического резистора также может быть больше, чем теоретический прогноз, и это увеличение обычно зависит от частоты. Избыточный шум практического резистора наблюдается только при протекании через него тока. Это указывается в единицах мкВ / В / декада - мкВ шума на вольт, приложенный к резистору на декаду частоты. Значение мкВ / В / декада часто указывается в дБ, поэтому резистор с индексом шума 0 дБ демонстрирует 1 мкВ (среднеквадратичное значение) избыточного шума на каждый вольт на резисторе в каждой декаде частоты. Таким образом, избыточный шум является примером шума 1 / f.. Толстопленочные резисторы и резисторы из углеродного состава создают больше избыточного шума, чем другие типы на низких частотах. Резисторы с проволочной обмоткой и тонкопленочные резисторы часто используются из-за их лучших шумовых характеристик. Резисторы из углеродного состава могут иметь индекс шума 0 дБ, в то время как резисторы из массивной металлической фольги могут иметь индекс шума -40 дБ, что обычно делает незначительным избыточный шум резисторов из металлической фольги. ^[28] Тонкопленочные резисторы для поверхностного монтажа обычно имеют более низкий уровень шума и лучшую термическую стабильность, чем толстопленочные резисторы для поверхностного монтажа. Избыточный шум также зависит от размера: как правило, избыточный шум уменьшается при увеличении физического размера резистора (или при параллельном использовании нескольких резисторов), поскольку независимо флуктуирующие сопротивления более мелких компонентов имеют тенденцию к усреднению.

Хотя резистор сам по себе не является примером «шума», он может действовать как термопара , создавая небольшой перепад постоянного напряжения на нем из-за термоэлектрического эффекта, если его концы находятся при разных температурах. Это индуцированное постоянное напряжение может снизить точность инструментальных усилителей.особенно. Такие напряжения возникают в местах соединения выводов резистора с печатной платой и с корпусом резистора. Обычные металлопленочные резисторы демонстрируют такой эффект при величине около 20 мкВ / ° C. Некоторые резисторы из углеродного состава могут иметь термоэлектрические сдвиги до 400 мкВ / ° C, тогда как специально сконструированные резисторы могут уменьшить это число до 0,05 мкВ / ° C. В приложениях, где термоэлектрический эффект может стать важным, необходимо позаботиться о том, чтобы установить резисторы горизонтально, чтобы избежать температурных градиентов и учитывать воздушный поток над платой. ^[29]

Режимы отказа

Частота отказов резисторов в правильно спроектированной цепи мала по сравнению с другими электронными компонентами, такими как полупроводники и электролитические конденсаторы. Повреждение резисторов чаще всего происходит из-за перегрева, когда средняя мощность, подаваемая на них, значительно превышает его способность рассеивать тепло (определяется номинальной мощностью резистора ). Это может быть вызвано внешней неисправностью схемы, но часто вызвано отказом другого компонента (например, закорачивающего транзистора) в цепи, подключенной к резистору. Эксплуатация резистора, слишком близкого к его номинальной мощности, может ограничить срок службы резистора или вызвать значительное изменение его сопротивления. В безопасной конструкции обычно используются резисторы с завышенным номиналом в силовых приложениях, чтобы избежать этой опасности.

Маломощные тонкопленочные резисторы могут быть повреждены длительным высоковольтным напряжением, даже ниже максимального указанного напряжения и ниже максимальной номинальной мощности. Это часто имеет место в случае пусковых резисторов, питающих интегральную схему SMPS. ^{[ необходима цитата ]}

При перегреве резисторы из углеродной пленки могут уменьшаться или увеличиваться в сопротивлении. ^[30] Углеродные пленочные и композиционные резисторы могут выйти из строя (разрыв цепи), если они работают близко к своему максимальному рассеянию. Это также возможно, но менее вероятно, с резисторами с металлической пленкой и проволочной обмоткой.

Также возможен отказ резисторов из-за механического воздействия и неблагоприятных факторов окружающей среды, включая влажность. Резисторы с проволочной обмоткой, если они не прилагаются, могут подвергнуться коррозии.

Известно, что резисторы для поверхностного монтажа выходят из строя из-за попадания серы внутрь резистора. Эта сера химически реагирует со слоем серебра с образованием непроводящего сульфида серебра. Импеданс резистора стремится к бесконечности. Устойчивые к сере и антикоррозионные резисторы продаются для автомобильной, промышленной и военной промышленности. ASTM B809 - это промышленный стандарт, который проверяет чувствительность деталей к сере.

Альтернативный режим отказа может возникнуть при использовании резисторов большого номинала (сотни кОм и выше). Резисторы рассчитаны не только на максимальное рассеивание мощности, но и на максимальное падение напряжения. Превышение этого напряжения приводит к медленному ухудшению сопротивления резистора с уменьшением сопротивления. Падение напряжения на резисторах большого номинала может быть превышено до того, как рассеиваемая мощность достигнет своего предельного значения. Поскольку максимальное напряжение, указанное для часто встречающихся резисторов, составляет несколько сотен вольт, это проблема только в приложениях, где встречаются такие напряжения.

Переменные резисторы также могут ухудшаться по-разному, обычно это связано с плохим контактом между стеклоочистителем и корпусом сопротивления. Это может быть вызвано грязью или коррозией и обычно воспринимается как «потрескивание» при колебаниях контактного сопротивления ; это особенно заметно при настройке устройства. Это похоже на треск, вызванный плохим контактом в переключателях, и, как и переключатели, потенциометры в некоторой степени самоочищаются: движение стеклоочистителя через сопротивление может улучшить контакт. Потенциометры, которые редко регулируются, особенно в грязных или суровых условиях, с наибольшей вероятностью могут вызвать эту проблему. Когда самоочистка контакта недостаточна, улучшение обычно достигается за счет использования очистителя контактов.(также известный как «очиститель тюнера») спрей. Шум потрескивания, связанный с вращением вала грязного потенциометра в звуковой цепи (например, регулятора громкости), сильно усиливается, когда присутствует нежелательное напряжение постоянного тока, что часто указывает на выход из строя блокирующего конденсатора постоянного тока в цепи.

Смотрите также

• Схемотехника
• Фиктивная нагрузка
• Электрический импеданс
• Резисторы высокого качества (электроника)
• Железо-водородный резистор
• Пьезорезистивный эффект
• Дробовой шум
• Термистор
• Триммер (электроника)

Рекомендации

внешняя ссылка

Викискладе есть медиафайлы по теме резисторы и резисторы (SMD) .

В Wikibook Electronics есть страница по теме: Резисторы

Найдите резистор в Викисловаре, бесплатном словаре.

• 4-контактные резисторы - как работают сверхточные резисторы
• Руководство по потенциометрам для начинающих, включая описание различных конусов
• Калькулятор сопротивления с цветовой кодировкой - заархивировано с WayBack Machine
• Типы резисторов - имеет ли это значение?
• Стандартные резисторы и конденсаторы, производимые в отрасли
• Задайте вопрос инженеру по применению - Различия между типами резисторов
• Резисторы и их использование