Резистор - Resistor

Резистор

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

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

Сравнение размеров резисторов с осевыми выводами.

А резистор это пассивный двухконечный электрический компонент что реализует электрическое сопротивление как элемент схемы. В электронных схемах резисторы используются для уменьшения протекания тока, регулировки уровней сигнала, чтобы делить напряжения, предвзятость активные элементы и завершаются линии передачи, среди прочего. Резисторы большой мощности, рассеивающие многие Вт электрической энергии в виде тепла, может использоваться как часть управления двигателем, в системах распределения электроэнергии или в качестве испытательной нагрузки для генераторы. 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 чувствительных устройств для тепла, света, влажности, силы или химической активности.

Резисторы - общие элементы электрические сети и электронные схемы и повсеместно распространены в электронное оборудование. Практические резисторы как дискретные компоненты могут состоять из различных соединений и форм. Резисторы также реализованы внутри интегральные схемы.

Электрическая функция резистора определяется его сопротивлением: обычные коммерческие резисторы производятся в диапазоне более девяти. порядки величины. Номинальное значение сопротивления находится в пределах производственный допуск, указанный на компоненте.

Электронные символы и обозначения

Два типичных принципиальная схема символы следующие:

• 

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

• 

  IEC символ резистора

Обозначения для обозначения номинала резистора на принципиальной схеме различаются.

Одна из распространенных схем - это Код РКМ следующий IEC 60062. Он избегает использования десятичный разделитель и заменяет десятичный разделитель буквой, которая слабо связана с префиксами SI, соответствующими сопротивлению детали. Например, 8K2 как часть код маркировки, в принципиальная электрическая схема или в ведомость материалов (BOM) указывает сопротивление 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, 1R2 обозначает 1,2 Ом, а 18R обозначает 18 Ом.

Теория Операции

В гидравлическая аналогия сравнивает электрический ток, протекающий по цепям, с водой, протекающей по трубам. Когда труба (слева) забита волосами (справа), для достижения такого же потока воды требуется большее давление. Проталкивание электрического тока через большое сопротивление похоже на проталкивание воды по трубе, забитой волосами: это требует большего толчка (Напряжение ) для управления тем же потоком (электрический ток ).^[1]

Закон Ома

Поведение идеального резистора определяется соотношением, определяемым Закон Ома:

${displaystyle V = Icdot R.}$

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

У практических резисторов тоже есть индуктивность и емкость которые влияют на соотношение между напряжением и током в переменный ток схемы.

В ом (символ: Ω ) это SI единица электрическое сопротивление, названный в честь Георг Симон Ом. Ом эквивалентен вольт на ампер. Поскольку резисторы специфицированы и изготовлены в очень большом диапазоне значений, производные единицы миллиом (1 мОм = 10⁻³ Ом), кОм (1 кОм = 10³ Ом) и МОм (1 МОм = 10⁶ Ω) также широко используются.

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, Y-Δ преобразование, или же матричные методы можно использовать для решения таких проблем.^[2][3][4]

Рассеяние мощности

В любой момент сила п (Вт), потребляемые резистором сопротивления р (Ом) рассчитывается как:${displaystyle P = I ^ {2} R = IV = {гидроразрыв {V ^ {2}} {R}}}$куда V (вольт) - это напряжение на резисторе и я (амперы) это Текущий протекает через него. С помощью Закон Ома, две другие формы могут быть получены. Эта мощность преобразуется в тепло, которое должно быть отведено корпусом резистора, прежде чем его температура чрезмерно возрастет.

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.

Резистор мощности в алюминиевом корпусе с мощностью рассеивания 50 Вт при установке на радиаторе

Резисторы, необходимые для рассеивания значительного количества мощности, особенно используемые в источниках питания, схемах преобразования мощности и усилителях мощности, обычно называются силовые резисторы; это обозначение свободно применяется к резисторам с номинальной мощностью 1 Вт или более. 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 температурный коэффициент когда согревается. 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.

Из-за плохой циркуляции воздуха, большой высоты или большого рабочие температуры Если это может произойти, резисторы могут быть указаны с более высоким номинальным рассеиванием, чем при эксплуатации.

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

Резистор силовой ВЗР 1,5кОм 12Вт, изготовлен в 1963 году в Советском Союзе.

Неидеальные свойства

Практические резисторы имеют серию индуктивность и небольшая параллель емкость; эти характеристики могут быть важны в высокочастотных приложениях. В малошумящий усилитель или же предусилитель, то шум характеристики резистора могут быть проблемой.

В температурный коэффициент Сопротивление также может вызывать беспокойство в некоторых точных 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 указаны как имеющие максимальное мощность номинальная мощность, которая должна превышать ожидаемую рассеиваемую мощность этого резистора в конкретной цепи: это в основном вызывает озабоченность в приложениях силовой электроники. Резисторы с более высокими номинальными мощностями физически больше и могут потребовать радиаторы. 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 сгоранию резистора, когда через него проходит ток.

Постоянный резистор

Комплект одинарных резисторов (SIL) с 8 отдельными резисторами по 47 Ом. Этот пакет также известен как SIP-9. Один конец каждого резистора подсоединяется к отдельному выводу, а другие концы все вместе соединяются с оставшимся (общим) выводом - выводом 1, конец которого обозначен белой точкой.

Ведущие мероприятия

Осевые резисторы с проволочными выводами для монтажа в сквозные отверстия

Сквозное отверстие компоненты обычно имеют "выводы" (произносится /ляdz/) покидая тело "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 Old Style "Dog Bone"

Три резистора углеродного состава в 1960-е годы клапан (электронная лампа) радио

Резисторы из углеродного состава (CCR) состоят из сплошного цилиндрического резистивного элемента с заделанными проволочными выводами или металлическими концевыми заглушками, к которым прикреплены выводные провода. 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 под цветовое кодирование его стоимости.

Резистивный элемент изготовлен из смеси мелкодисперсного углерода и изоляционного материала, обычно керамики. 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, высокая температура пайки 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 приложениях для уменьшения импульсов напряжения и защиты от перенапряжения.^[7]Резисторы из углеродного состава обладают большей способностью выдерживать перегрузки 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] Также они востребованы при ремонте старинного электронного оборудования, где аутентичность является 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. Резистор с углеродным ворсом также может использоваться в качестве регулятора скорости для небольших двигателей в бытовой технике (швейные машины, ручные миксеры) мощностью до нескольких сотен ватт.^[9] Углеродный резистор может быть включен в автоматический регуляторы напряжения для генераторов, где углеродная куча контролирует ток возбуждения для поддержания относительно постоянного напряжения.^[10] Этот принцип также применяется в угольный микрофон.

Карбоновая пленка

Углеродный пленочный резистор с открытой углеродной спиралью (Tesla TR-212 1 кОм)

На изолирующую подложку наносится углеродная пленка, а спираль врезан в него, чтобы создать длинный узкий резистивный путь. Различные формы в сочетании с удельное сопротивление из аморфный углерод (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 диапазон номинальной мощности 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 Рабочая Температура диапазон 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]

Печатный углеродный резистор

Угольный резистор, напечатанный непосредственно на контактных площадках SMD на печатной плате. Внутри органайзера Psion II 1989 года выпуска

Резисторы из углеродного состава можно печатать непосредственно на печатная плата (PCB) подложки как часть процесса производства печатных плат. 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 приложение было бы некритичным подтягивающие резисторы.

Толстая и тонкая пленка

Прецизионная сеть тонкопленочных резисторов с лазерной обрезкой от Fluke, используемая в мультиметре Keithley DMM7510. Керамическая подложка со стеклянной герметичной крышкой.

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

Тонкопленочные резисторы производятся распыление (метод вакуумное напыление ) резистивный материал на изолирующую подложку. Затем пленка протравливается аналогично старому (субтрактивному) процессу изготовления печатных плат; то есть поверхность покрыта светочувствительный материал, затем покрытый узорной пленкой, облученный ультрафиолетовый свет, 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 бывает разным, состоящий из одного или нескольких керамических (металлокерамика ) проводники, такие как нитрид тантала (TaN), оксид рутения (RuO
₂), оксид свинца (PbO), рутенат висмута (Би
₂RU
₂О
₇), никель хром (NiCr) или иридат висмута (Би
₂Ir
₂О
₇).

Сопротивление как тонких, так и толстопленочных резисторов после изготовления не является очень точным; они обычно обрезаются до точного значения абразивом или лазерная обрезка. Тонкопленочные резисторы обычно указываются с допусками 1% и 5% и температурными коэффициентами от 5 до 50. частей на миллион / К. У них также гораздо меньше шум уровней, на уровне 10–100 раз меньше, чем у толстопленочных резисторов.^[13]В толстопленочных резисторах может использоваться та же проводящая керамика, но они смешаны с спеченный (порошкообразное) стекло и жидкость-носитель, так что композит может быть трафаретная печать. 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; 40-кельвин (70 ° F) изменение температуры 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. Металлический электрод без свинца (MELF ) резисторы часто используют одну и 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 вырезания спирали через покрытие, а не 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

Проволочные резисторы большой мощности, используемые для динамическое торможение на электричке. Такие резисторы могут рассеивать много киловатт в течение продолжительного времени.

Типы обмоток в проволочных резисторах:

1. общий
2. бифилярный
3. общий на тонком бывшем
4. Айртон – Перри

Резисторы с проволочной обмоткой обычно изготавливаются путем наматывания металлической проволоки, обычно нихром вокруг керамической, пластиковой или стекловолоконной сердцевины. Концы проволоки припаивают или приваривают к двум колпачкам или кольцам, прикрепленным к концам сердечника. Сборка защищена слоем краски, формованного пластика или эмаль покрытие запекается 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 более высокой 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 подходящего радиатора, 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 катушки у них есть более нежелательные индуктивность чем другие типы резисторов, хотя намотка провода секциями с попеременно обратным направлением может минимизировать индуктивность. Другие методы используют бифилярная намотка, или плоский тонкий формирователь (для уменьшения площади поперечного сечения катушки). Для наиболее требовательных схем резисторы с Обмотка Айртона – Перри используются.

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

Резистор из металлической фольги

В 1960 г. Феликс Зандман и Сидни Дж. Стейн^[15] представила разработку резисторной пленки очень высокой стабильности.

Основным элементом сопротивления фольгового резистора является фольга из хромоникелевого сплава в несколько раз. микрометры толстый. 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%, долгосрочную стабильность (1 год) 25 ppm, (3 года) 50 ppm (дополнительно улучшено в 5 раз за счет герметизации) , 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. .^{[нужна цитата ]}

Шунты амперметра

An шунт амперметра представляет собой специальный тип резистора, чувствительного к току, с четырьмя выводами и значением в миллиомах или даже микроомах. 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 низкого температурный коэффициент сопротивления (TCR) манганин сплав. Большие болты, ввинченные в блоки, служат для подключения токов, 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 загрузка банка за локомотивы и трамваев, заземление нейтрали для промышленного распределения переменного тока, управляющие нагрузки для кранов и тяжелого оборудования, нагрузочные испытания генераторов и фильтрация гармоник для электрических подстанций.^[18]

Период, термин сеточный резистор иногда используется для описания резистора любого типа, подключенного к сетка управления из вакуумная труба. 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 реостат и имеет два терминала.

Потенциометры

Типичный потенциометр для монтажа на панели

Чертеж потенциометра с вырезанным корпусом, показывающий детали: (А) вал, (B) неподвижный элемент сопротивления углеродного состава, (C) дворник из фосфористой бронзы, (D) вал, прикрепленный к дворнику, (E, G) клеммы, подключенные к концам резистивного элемента, (F) клемма, подключенная к дворнику.

Ассортимент небольших потенциометров со сквозным отверстием, предназначенных для установки на печатные платы.

А потенциометр (в просторечии, горшок) представляет собой трехполюсный резистор с плавно регулируемой точкой отвода, управляемой вращением вала или ручки или линейным ползунком.^[19] Название потенциометр исходит из его функции как регулируемый делитель напряжения предоставить переменную потенциал на терминале, подключенном к точке отвода. Регулятор громкости в аудиоустройстве - это обычное применение потенциометра. Типичный потенциометр малой мощности (см. рисунок) состоит из плоского элемента сопротивления (В) из углеродного состава, металлической пленки или проводящего пластика с упругим фосфорная бронза контакт стеклоочистителя (С) который движется по поверхности. Альтернативная конструкция - это проволока сопротивления, намотанная на форму, при этом грязесъемник 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. Электронные 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

Десятилетний ящик сопротивления, сделанный в бывшем Восточная Германия.

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 NTC термисторы имеют 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 чрезмерного нагрева. текущие скачки когда оборудование включено. Точно так же сопротивление гумистор зависит от влажности. Один вид фотоприемника, фоторезистор, имеет сопротивление, которое меняется в зависимости от освещения.

В тензодатчик, изобретенный Эдвард Э. Симмонс и Артур С. Руге в 1938 году - это тип резистора, значение которого изменяется в зависимости от приложенной деформации. Можно использовать один резистор, пару (полумост) или четыре резистора, соединенных в одну Мост Уитстона конфигурация. Тензорезистор приклеивается клеем к объекту, который подвергается воздействию механическое напряжение. С помощью тензодатчика и фильтра, усилителя и аналого-цифрового преобразователя можно измерить деформацию объекта.

В родственном, но более недавнем изобретении используется Квантовый туннельный композит ощущать механическое напряжение. Он пропускает ток, величина которого может изменяться в 10 раз.¹² в ответ на изменения приложенного давления.

Измерение

Величину резистора можно измерить с помощью омметр, который может быть одной из функций мультиметр. Обычно щупы на концах измерительных проводов подключаются к резистору. Простой омметр может подавать напряжение от батареи через неизвестный резистор (с внутренним резистором известного значения, включенным последовательно), создавая ток, который управляет метр движение. Сила тока в соответствии с Закон 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 испытательное 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 малого номинала, таких как резисторы с дробным сопротивлением, с приемлемой точностью требуется 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. Каждый из двух так называемых Зажимы Кельвина имеет пару челюстей, 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:

• IEC 60062 (МЭК 62) / DIN 40825 / BS 1852 / IS 8186 / JIS C 5062 так далее. (Цветовой код резистора, Код РКМ, Код даты)
• EIA RS-279 / DIN 41429 (Цветовой код резистора)
• IEC 60063 (МЭК 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
• MIL-R-11 Стандартный 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

В первичный стандарт Что касается сопротивления, «ом ртути» был первоначально определен в 1884 году как столбик ртути длиной 106,3 см и 1 квадратный миллиметр в поперечном сечении, при 0 градусов Цельсия. 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 манганин.^[23] С 1990 года международный стандарт сопротивления основан на квантованный эффект Холла обнаружен Клаус фон Клитцинг, за что он получил Нобелевскую премию по физике в 1985 году.^[24]

Резисторы чрезвычайно высокой точности производятся для калибровка и лаборатория использовать. 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

На колесной основе RMA Руководство по цветовому коду резистора. Примерно 1945-1955 гг.

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 Ом, третий представляет собой множитель, и четвертый допуск (который, если он отсутствует, означает ± 20%). Для пяти- и шестиполосных резисторов третья - это третья цифра, четвертая - множитель и пятая - допуск; шестая полоса представляет температурный коэффициент. Номинальная мощность резистора обычно не указывается и рассчитывается исходя из размера.

Поверхностный монтаж резисторы 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 в заводском состоянии подлежат определенному проценту толерантность, и имеет смысл производить значения, которые коррелируют с допуском, так что фактическое значение резистора немного перекрывается с его 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 геометрическая прогрессия, так что каждое значение больше своего предшественника на фиксированный множитель или процент, выбранный в соответствии с допуском 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; за которыми следуют 15, 22, 33,… и предшествуют… 0,47, 0,68, 1. Эта схема была принята в качестве E48 серия из IEC 60063 предпочтительный номер значения. Это также E12, E24, E48, E96 и E192 серия для компонентов со все более высоким разрешением, с 12, 24, 96 и 192 различными значениями в каждой декаде. Фактические используемые значения указаны в IEC 60063 списка предпочтительных номеров.

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 гигаомов 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 находиться не только около 100 Ом (но не более чем на 10%), как можно было бы ожидать (колоколообразная кривая), а скорее быть в двух группах: либо на 5-10% выше, либо на 5-10% ниже (но не ближе к 100 Ом, чем это), потому что любые резисторы, измеренные на заводе как имеющие менее 5% отклонение, были бы маркированы и проданы как резисторы с сопротивлением только ± Допуск 5% или лучше. При разработке схемы это может стать предметом рассмотрения. Этот процесс сортировки деталей, основанный на измерениях постпроизводства, известен как «биннинг» и может применяться к другим компонентам, кроме резисторов (например, к классам скорости для ЦП).

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 этом изображении показаны четыре резистора для поверхностного монтажа (компонент в верхнем левом углу представляет собой конденсатор ) включая два резисторы с нулевым сопротивлением. Вместо проводов часто используются перемычки с нулевым сопротивлением, так что их можно вставить с помощью машины для вставки резисторов. Их сопротивление ничтожно.

Поверхностный монтаж резисторы большего размера (метрические 1608 и выше) напечатаны с числовыми значениями в коде, относящемся к тому, который используется на осевых резисторах. Стандартный допуск технология поверхностного монтажа (SMT) резисторы маркируются трехзначным кодом, в котором первые две цифры - это первые две значащие цифры значения, а третья цифра - это степень десяти (количество нулей). Например:

334 = 33 × 10⁴ Ом = 330 кОм

222 = 22 × 10² Ω = 2,2 кОм

473 = 47 × 10³ Ω = 47 кОм

105 = 10 × 10⁵ Ω = 1 МОм

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

100 = 10 × 10⁰ Ом = 10 Ом

220 = 22 × 10⁰ Ω = 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 × 10¹ Ом = 1,00 кОм

4992 = 499 × 10² Ом = 49,9 кОм

1000 = 100 × 10⁰ Ом = 100 Ом

000 и 0000 иногда отображаются как значения при поверхностном монтаже. ссылки с нулевым сопротивлением, 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 = 10×10⁴± 10% = между 9×10⁴ Ом и 11×10⁴ Ом.
• CB3932: мощность рассеивания = 1/4 Вт, значение сопротивления = 39×10³± 20% = между 31.2×10³ и 46.8×10³ 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 прогнозируется теорема 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, чрезмерный шум является примером 1/ж шум. 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 термоэлектрический эффект если его концы находятся при разной температуре. Это индуцированное постоянное напряжение может снизить точность инструментальные усилители 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 давать 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 поток воздуха 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 него, значительно превышает его способность рассеивать тепло (определяется параметрами резистора). Номинальная мощность). 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 воздействием высокого напряжения, даже ниже максимального указанного напряжения и ниже максимальной номинальной мощности. Это часто имеет место в случае пусковых резисторов, питающих интегральную схему SMPS.^{[нужна цитата ]}

При перегреве резисторы из углеродной пленки могут уменьшаться или увеличиваться в сопротивлении.^[30]Углеродные пленочные и композиционные резисторы могут выйти из строя (обрыв цепи), если они работают близко к своему максимальному рассеиванию. 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 детали 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 постепенному 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 связано с грязью или коррозией и обычно воспринимается как "потрескивание" Контактное сопротивление колеблется; 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 очиститель 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

• 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