Резисторы
1.Маркировка и номиналы резисторов
Резистором называют элемент электронной аппаратуры, обладающий свой-ством электрического сопротивления, то есть принцип действия резисторов основан на использовании свойства материалов оказывать сопротивление протекающему через них электрическому току. В идеале резистор можно охарактеризовать только сопротивлением электрическому току, то есть для него в любой момент времени выполняется закон Ома: мгновенное значение напряжения на резисторе пропорционально току, проходящему через него..
В зависимости от применяемых материалов по виду параметров резисторы могут быть линейными (зависимость падения напряжения от тока представляет собой линейную функцию, что говорит о постоянстве сопротивления) и нелинейными (рисунок 1), у которых сопротивление изменяется под действием внешних факторов: протекающего тока или приложенного напряжения (варисторы), тем-пературы (терморезисторы), освещения (фоторезисторы) и т. д.
Рисунок 1 - Линейные и нелинейные резисторы
Линейные резисторы подразделяются на постоянные и переменные (рисунок 2). Постоянные резисторы имеют фиксированную величину сопротивления, а у переменных резисторов предусмотрена возможность регулирования со-противления механически (с помощью третьего подвижного контакта) или бес-контактным способом с помощью цифрового управления изменением сопротивления в процессе эксплуатации.
Рисунок 2 - Постоянные и переменные резисторы
По назначению дискретные резисторы делятся на:
- резисторы общего назначения;
- прецизионные;
- высокочастотные;
- высоковольтные;
- высокоомные.
По виду токопроводящего элемента резисторы делятся на:
- проволочные;
- пленочные металлические;
- пленочные металлоокисные;
- пленочные металлодиэлектрические;
- композиционные.
По эксплуатационным характеристикам дискретные резисторы делятся на:
- термостойкие;
- влагостойкие;
- вибро- и ударопрочные;
- высоконадежные;
- прецизионные и т. д.
Основная характеристика резистора – это его номинальное сопротивление, которое указано в паспорте, а если резистор достаточно велик по размерам, то и на корпусе резистора. Значение номинального сопротивления гарантируется с заданным допуском во всем рабочем диапазоне температур (обычно от –55 до +70 ℃).
Номиналы промышленно выпускаемых сопротивлений берутся из специальных номинальных рядов (рисунок 3). Номиналы сопротивлений стандартизованы в соответствии с ГОСТ 10318-74, а допустимые отклонения – в соответствии с ГОСТ 9664-74. Для резисторов общего назначения ГОСТ предусматривает шесть рядов номинальных сопротивлений: Е6, Е12, Е24, Е48, Е96 и Е192.
Точнее, номиналы деталей могут быть произвольным числом из соответствующего ряда, умноженным на произвольный десятичный множитель (десять в произвольной степени), например, резистор из ряда E12 может иметь сопротивление 1,2 Ом, 12 Ом, 120 Ом, …, 1,2 МОм, 12 МОм, 1,5 Ом, 15 Ом и т. д.
Название ряда указывает общее число элементов в нём, т. е. ряд E24 содержит 24 числа в интервале от 1 до 10, E12 – 12 чисел и т. д.
Номиналы промышленно выпускаемых сопротивлений берутся из специальных номинальных рядов (рисунок 3). Номиналы сопротивлений стандартизованы в соответствии с ГОСТ 10318-74, а допустимые отклонения – в соответствии с ГОСТ 9664-74. Для резисторов общего назначения ГОСТ предусматривает шесть рядов номинальных сопротивлений: Е6, Е12, Е24, Е48, Е96 и Е192.
Точнее, номиналы деталей могут быть произвольным числом из соответствующего ряда, умноженным на произвольный десятичный множитель (десять в произвольной степени), например, резистор из ряда E12 может иметь сопротивление 1,2 Ом, 12 Ом, 120 Ом, …, 1,2 МОм, 12 МОм, 1,5 Ом, 15 Ом и т. д.
Название ряда указывает общее число элементов в нём, т. е. ряд E24 содержит 24 числа в интервале от 1 до 10, E12 – 12 чисел и т. д.
Рисунок 3 - Номинальные ряды
Все мощные, прецизионные и большинство резисторов отечественного производства имеют маркировку (рисунок 4), из которой напрямую читаются тип, номинальные мощность и сопротивление, а также допустимое отклонение. Например, проволочный постоянный резистор типа С5-5 мощностью 8 Вт, имеющий сопротивление 68 Ом и допускаемое отклонение от номинального сопротивления ±1%, имеет на своем корпусе следующую надпись: С5-5 – 8 – 68 Ом ±1%.
Рисунок 4 - Маркировка резистора
Как следует из приведенного полного обозначения, размерность номинальной мощности в нем не указана, так как мощность принято всегда выражать в ваттах. Это также относится к маломощным резисторам, например: МЛТ – 0,25 – 10 кОм ±10% (резистор типа МЛТ мощностью 0,25 Вт).
Номинальное сопротивление в приведенном полном обозначении состоит из численного значения (цифра) и обозначения единицы измерения (Ом – омы, кОм – килоомы, МОм – мегаомы, ГОм – гигаомы, ТОм – тераомы). Например: 220 Ом; 150 кОм; 2,2 МОм; 8,2 ГОм; 1 ТОм.
Номинальное сопротивление в приведенном полном обозначении состоит из численного значения (цифра) и обозначения единицы измерения (Ом – омы, кОм – килоомы, МОм – мегаомы, ГОм – гигаомы, ТОм – тераомы). Например: 220 Ом; 150 кОм; 2,2 МОм; 8,2 ГОм; 1 ТОм.
Резисторы, в особенности малой мощности, – чрезвычайно мелкие детали, типичный резистор мощностью 0,125 Вт имеет длину несколько миллиметров и диаметр порядка миллиметра. Прочитать на такой детали номинал с десятичной запятой невозможно. Поэтому часто при указании номинала вместо десятичной точки пишут букву, соответствующую единицам измерения (рисунок 5).
Рисунок 5 - Буквенно-цифровая маркировка
Латинские буквы R, K, M, G, T обозначают, соответственно, множители 1, 10^3, 10^6, 10^9, 10^12 (изредка в русской транскрипции для обозначения единиц Ом вместо R ставят Е, а гигаомам соответствует буква Г). Результат расшифровки записанного таким образом значения всегда представляется в омах. Например: 0,1 Ом = R10 или Е10; 1 Ом = 1R0 или 1Е; 5,6 Ом = 5R6 или 5Е6; 330 Ом = 330R или 330Е; 1 кОм = 1К0; 3,3 кОм = 3К3; 2,2 МОм = 2М2; 6,8 ГОм = 6G8 или 6Г8.
Еще одной формой записи номинального значения сопротивления некоторых зарубежных резисторов является запись трехзначным числовым кодом (рисунок 6). В этом коде первые две цифры задают значащую часть номинала сопротивления, а третья выражает степень множителя 10, на который умножается значащая часть, чтобы получить окончательный результат в омах. Например: 332 соответствует 33∙100 Ом или 3,3 кОм; 950 соответствует 95∙1 или 95 Ом и т. д.
Еще одной формой записи номинального значения сопротивления некоторых зарубежных резисторов является запись трехзначным числовым кодом (рисунок 6). В этом коде первые две цифры задают значащую часть номинала сопротивления, а третья выражает степень множителя 10, на который умножается значащая часть, чтобы получить окончательный результат в омах. Например: 332 соответствует 33∙100 Ом или 3,3 кОм; 950 соответствует 95∙1 или 95 Ом и т. д.
Рисунок 6 - Цифровая маркировка
Для особо мелких резисторов применяют маркировку цветными полосками – цветовое кодирование. На резистор в этом случае наносят цветные кольца, образующие код, которым шифруют номинальное значение и допуск (кодировка 4 или 5 кольцами). Менее распространенная кодировка 6 кольцами кодирует еще и значение температурного коэффициента сопротивления (рисунок 7).
Рисунок 7 - Цветовая маркировка
Сведения о соответствии цветов значащим цифрам номинального сопротивления, значениям множителей, допусков и ТКС приведены ниже на рисунке 8.
Рисунок 8 - Значения колец маркировки
2.Мощность резисторов
Номинальная рассеиваемая мощность – это та мощность, которую может рассеять резистор в спокойной воздушной среде при нормальном атмосферном давлении при непрерывной электрической нагрузке без превышения объявленного допуска на значение сопротивления. Мощность P, которую рассеивает резистор в конкретной электрической цепи, определяется произведением проходящего тока I и падения напряжения U:
P = U * I.
Номинальная мощность рассеивания Pном определяет допустимую электрическую нагрузку, которую способен выдержать резистор в течение длительного времени при заданной стабильности сопротивления. Мощность, рассеиваемая резистором переходит в виде тепла в окружающую среду, чем выше температура – тем меньше отводится тепла. Отводимая мощность пропорциональна разности температур резистора ТR и окружающей среды То и зависит от условий охлаждения резистора, определяемых величиной теплового
сопротивления RT , которое тем меньше, чем больше поверхность резистора и теплопроводность материала резистора (рисунок 9):
P = U * I.
Номинальная мощность рассеивания Pном определяет допустимую электрическую нагрузку, которую способен выдержать резистор в течение длительного времени при заданной стабильности сопротивления. Мощность, рассеиваемая резистором переходит в виде тепла в окружающую среду, чем выше температура – тем меньше отводится тепла. Отводимая мощность пропорциональна разности температур резистора ТR и окружающей среды То и зависит от условий охлаждения резистора, определяемых величиной теплового
сопротивления RT , которое тем меньше, чем больше поверхность резистора и теплопроводность материала резистора (рисунок 9):
Рисунок 9 - Связь мощности и температуры
Резистор нельзя рассматривать как элемент, обладающий только активным сопротивлением, определяемым его резистивным элементом. Помимо сопротивления резистивного элемента, он имеет паразитную емкость, индуктивность и сопротивление (рисунок 10).
Рисунок 10 - Эквивалентная схема резистора
3.Температурный коэффициент сопротивления
Так как под воздействием температуры окружающей среды или из-за нагрева самого резистора удельное сопротивление его резистивного слоя может меняться, то для обозначения термостабильности резисторов ввели такое понятие, как температурный коэффициент сопротивления (ТКС). В зарубежной документации он именуется как TCR (Temperature Coefficient of Resistance). ТКС выражают в относительных единицах. Так как температурные изменения сопротивления резисторов очень малы, в справочниках ТКС указывают в единицах миллионных долей относительного изменения сопротивления на градус. В настоящее время во многих справочниках принято обозначение ppm (Parts Per Million – «частей на миллион»). Размерность ТКС записывают в этом случае в ppm/℃.
У постоянных резисторов ТКС может быть как положительным, так и отрицательным. Основным элементом конструкции постоянного резистора является резистивный элемент, который может быть либо пленочным, либо объемным (рисунок 11). Если резистивная пленка толстая, то она ведет себя как объемное тело, сопротивление которого с ростом температуры возрастает, то есть у объемного резистора ТКС положительный.
Рисунок 11 - Объемный резистор
Если же резистивная пленка тонкая, то она состоит из отдельных «островков» (рисунок 12), сопротивление такой пленки с ростом температуры уменьшается (ТКС отрицательный), так как возрастает собственная энергия электронов и вероятность их перемещения между «островками» под действием электрического поля. У различных резисторов эта величина лежит в пределах от 0,0007 до 0,0012 ppm/℃.
Рисунок 12 - Пленочный резистор
4.Постоянные резисторы
Основным элементом конструкции постоянного резистора является резистивный элемент, который может быть либо пленочным, либо объемным. Самый наглядный тип постоянных резисторов – проволочный, представ-ляет собой изоляционный каркас, на который намотана проволока с высоким удельным электрическим сопротивлением (рисунок 13). В чистых металлах всегда имеется большое количество свободных электронов, поэтому они имеют малую величину R и для изготовления резисторов не применяются.
Рисунок 13 - Проволочный резистор
Для изготовления проволочных резисторов применяют сплавы никеля, хрома и т. д., имеющих высокое удельное сопротивление, хорошую теплостойкость и малый температурный коэффициент сопротивления (например, манганиновую (сплав на основе меди с добавкой марганца (11,5-13,5%) и никеля (2,5-3,5%)), нихромовую (55-78% никеля, 15-23% хрома с добавками марганца, кремния, железа, алюминия) или константановую (сплав на основе меди (Cu) (около 59%) с добавкой никеля (Ni) (39-41%) и марганца (Mn) (1-2%)) проволоку).
Снаружи резистор покрывают термостойкой силикатной эмалью, спрессовывают пластмассой либо герметизируют металлическим корпусом, закрываемым с торцов керамическими шайбами.
Эти резисторы обладают очень высокой допустимой мощностью рассеивания (десятки ватт) при относительно небольших размерах, высокой точностью и хорошей температурной стабильностью. Постоянные проволочные резисторы имеют номиналы 3 Ом – 51 кОм и номинальную мощность до 150 Вт.
Снаружи резистор покрывают термостойкой силикатной эмалью, спрессовывают пластмассой либо герметизируют металлическим корпусом, закрываемым с торцов керамическими шайбами.
Эти резисторы обладают очень высокой допустимой мощностью рассеивания (десятки ватт) при относительно небольших размерах, высокой точностью и хорошей температурной стабильностью. Постоянные проволочные резисторы имеют номиналы 3 Ом – 51 кОм и номинальную мощность до 150 Вт.
Следующий тип объемного (или толстопленочного, в зависимости от изготовления) резистора – композиционный (композитный). У этих резисторов токопроводящий материал получают путем смешивания проводящей компоненты (графита или сажи) со связывающими компонентами, наполнителем, пластификатором и отвердителем. В резисторах первого типа полученная композиция наносится на поверхность изоляционного основания, в этом случае наиболее распространен метод погружения основания резистора в ванну со смесью и извлечения его из ванны с определенной скоростью, а в резисторах второго типа – спрессовывается в виде объемного цилиндра или параллелепипеда.
Объемные композиционные резисторы имеют прямоугольную форму и предназначены для компоновки на печатных платах. Они обладают высокой теплостойкостью (до 350 ℃) и имеют небольшие габариты.
Из отечественных к композиционным резисторам относят резисторы типов: КЛМ (композиционные лакированные мегаомные) и КВМ (композиционные вакуумированные мегаомные), выпускаемые на номиналы до 1011 Ом; КИМ (композиционные изолированные малогабаритные), имеющие номинальную мощность 0,05 и 0,125 Вт; КЭВ (композиционные эмалированные высоковольтные), предназначенные для работы в электрических цепях высокого напряжения.
Композиционные резисторы с проводящими компонентами из благородных металлов обладают улучшенными параметрами по сравнению с резисторами на лакосажевой основе. Параметры таких резисторов близки к параметрам металлопленочных резисторов.
Объемные композиционные резисторы обладают высокой перегрузочной способностью и надежностью, а также более высокой термостойкостью и влагостойкостью по сравнению с резисторами поверхностного типа. Недостатком ком-позиционных резисторов является высокий уровень токовых шумов, что объясняется крупнозернистой структурой проводящего материала.
Разновидность объемных резисторов – толстопленочные резисторы. У толстопленочного резистора с квадратной пленкой сопротивление зависит только от толщины.
Объемные композиционные резисторы имеют прямоугольную форму и предназначены для компоновки на печатных платах. Они обладают высокой теплостойкостью (до 350 ℃) и имеют небольшие габариты.
Из отечественных к композиционным резисторам относят резисторы типов: КЛМ (композиционные лакированные мегаомные) и КВМ (композиционные вакуумированные мегаомные), выпускаемые на номиналы до 1011 Ом; КИМ (композиционные изолированные малогабаритные), имеющие номинальную мощность 0,05 и 0,125 Вт; КЭВ (композиционные эмалированные высоковольтные), предназначенные для работы в электрических цепях высокого напряжения.
Композиционные резисторы с проводящими компонентами из благородных металлов обладают улучшенными параметрами по сравнению с резисторами на лакосажевой основе. Параметры таких резисторов близки к параметрам металлопленочных резисторов.
Объемные композиционные резисторы обладают высокой перегрузочной способностью и надежностью, а также более высокой термостойкостью и влагостойкостью по сравнению с резисторами поверхностного типа. Недостатком ком-позиционных резисторов является высокий уровень токовых шумов, что объясняется крупнозернистой структурой проводящего материала.
Разновидность объемных резисторов – толстопленочные резисторы. У толстопленочного резистора с квадратной пленкой сопротивление зависит только от толщины.
Следующий вид резисторов, широко распространенных в практике – пленочные резисторы (рисунок 14). На диэлектрическое цилиндрическое основание нанесена резистивная пленка. На торцы цилиндра надеты контактные колпачки из проводящего материала с припаянными к ним выводами. Для защиты резистивной пленки от воздействия внешних факторов резистор покрывают защитной пленкой. Из пленочных резисторов наиболее распространены резисторы с углеродной пленкой и металлопленочные.
Рисунок 14 - Конструкция пленочного резистора
В первом случае токопроводящий слой представляет собой пленку пиролитического углерода. Эти резисторы являются резисторами широкого применения с допусками ±5, ±10 или ±20% и мощностью от 0,125 до 2 Вт. Такая конструкция резистора обеспечивает получение сравнительно небольших сопротивлений (сотни Ом). Для увеличения сопротивления резистора резистивную пленку наносят на поверхность керамического цилиндра в виде спирали (рисунок 15).
Рисунок 15 - У пленочного резистора пленка в виде спирали
Металлопленочные резисторы представляют собой изоляционные основания – цилиндрические трубки из керамики, стекла, слоистых пластиков, ситаллов, на которые нанесены пленки специальных сплавов или металлов толщиной 0,1 мкм. У высокоомных резисторов этот слой может иметь форму спирали.
Металлическую пленку наносят на основание резистора осаждением металла при высокой температуре в специальной камере, химическим восстановлением из растворов солей, травлением, оксидированием и др.
Основные материалы для изготовления пленочных резисторов – титан и тантал. Для повышения стабильности характеристик резистора плёнку напыляют на нагретое до определенной температуры основание.
Сопротивление металлических пленок обратно пропорционально их толщине. Для получения необходимой величины удельного сопротивления в процессе напыления ведётся постоянный контроль толщины наносимой плёнки.
Металлическую пленку наносят на основание резистора осаждением металла при высокой температуре в специальной камере, химическим восстановлением из растворов солей, травлением, оксидированием и др.
Основные материалы для изготовления пленочных резисторов – титан и тантал. Для повышения стабильности характеристик резистора плёнку напыляют на нагретое до определенной температуры основание.
Сопротивление металлических пленок обратно пропорционально их толщине. Для получения необходимой величины удельного сопротивления в процессе напыления ведётся постоянный контроль толщины наносимой плёнки.
Поскольку металл обладает более высокой теплостойкостью, чем углерод, то металлопленочные резисторы при равной мощности имеют меньшие габариты, чем резисторы с углеродной пленкой. Кроме того, они обладают более высокой стабильностью при циклических изменениях температуры. Недостатком металлопленочных резисторов является небольшая стойкость к импульсной нагрузке и меньший частотный диапазон (рисунок 16), чем у углеродистых. На основе металлопленочных резисторов создаются также прецизионные резисторы с допусками ±(0,1-1)%. Они имеют большие габариты, чем резисторы общего применения, что улучшает тепловые режимы и повышает стабильность свойств проводящего слоя.
Рисунок 16 - Частотная зависимость сопротивления пленочных резисторов
В настоящее время широко распространены SMD-резисторы (от англ. Sur-face Mounted Device) или чип-резисторы (рисунок 17). Термин SMD можно отнести к любому малогабаритному электронному компоненту, предназначенному для монтажа на поверхность платы, поэтому в данном случае речь идет о пленочных резисторах для поверхностного монтажа.
Рисунок 17 - SMD-резисторы
Типовой SMD-резистор состоит из керамической подложки, на которую нанесён резистивный слой. Сопротивление этого слоя зависит от его толщины, формы и материала, из которого он изготовлен. Для окончательной «подгонки» до номинального сопротивления используется лазерный тримминг. Толстоплёночные SMD-резисторы изготавливают печатным методом. В них резистивный слой, который представляет собой пасту, наносят на поверхность подложки с по-мощью трафаретов. Затем производят термообработку (вжигание) получившегося отпечатка при температуре 700-900 ℃ в конвейерной печи, благодаря чему образуется крепкая монолитная структура.
В качестве резистивного слоя чип-резисторов используются различные материалы – нихром, нитрид тантала, оксид свинца и другие. Наиболее используемый материал подложки SMD-резисторов – это чистая керамика на основе 94...96% поликристаллического оксида алюминия Al2O3, которая обладает хорошей адгезией.
В качестве резистивного слоя чип-резисторов используются различные материалы – нихром, нитрид тантала, оксид свинца и другие. Наиболее используемый материал подложки SMD-резисторов – это чистая керамика на основе 94...96% поликристаллического оксида алюминия Al2O3, которая обладает хорошей адгезией.
Чтобы привести сопротивление резистивного слоя к заданному номиналу, используется лазерная подгонка или тримминг. Суть её заключается в удалении части топологического рисунка из плёнки за счёт лазерного излучения. На рисунке 18 показан пример обрезки (L-Cut), сделанный с помощью лазерного тримминга.
Рисунок 18 - Тримминг SMD-резистора
5.Переменные резисторы
В отличие от постоянного резистора, сопротивление которого неизменно в ходе эксплуатации, переменный резистор – это делитель напряжения с плавным регулированием сопротивления, устройство (в простейшем случае в виде проводника с большим омическим сопротивлением, снабженного скользящим контактом), при помощи которого на вход электрической цепи может быть подана часть данного напряжения. Такие делители применяются в радиотехнике и электротехнике, в аналоговой вычислительной и в измерительной технике, а также в системах автоматики, например в качестве датчиков линейных и угловых перемещений.
Очень часто вместо термина «переменный резистор» используют термин «потенциометр». Однозначного подхода к использованию терминов нет. Так, ряд производителей в кодировке своих изделий потенциометров используют термин «переменный резистор» и первые символы кода представляют «RV» от слов «Resistor Variable», но в технической документации (спецификации, чертежах, описании и т. д.) используют термин «потенциометр».
Конструкции переменных резисторов гораздо сложнее, чем постоянных. На рисунке 19 представлена конструкция переменного резистора круглой формы. Он состоит из подвижной и неподвижной частей.
Очень часто вместо термина «переменный резистор» используют термин «потенциометр». Однозначного подхода к использованию терминов нет. Так, ряд производителей в кодировке своих изделий потенциометров используют термин «переменный резистор» и первые символы кода представляют «RV» от слов «Resistor Variable», но в технической документации (спецификации, чертежах, описании и т. д.) используют термин «потенциометр».
Конструкции переменных резисторов гораздо сложнее, чем постоянных. На рисунке 19 представлена конструкция переменного резистора круглой формы. Он состоит из подвижной и неподвижной частей.
Неподвижная часть представляет собой пластмассовый корпус, в котором смонтирован токопроводящий элемент, имеющий подковообразную форму. Посредством заклепок он крепится к круглому корпусу. Эти заклепки соединены с внешними выводами. Подвижная часть представляет собой вращающуюся ось, с торцом которой посредством чеканки соединена изоляционная планка, на которой смонтирован подвижный контакт (токосъемник), соединенный с внешним выводом. Угол поворота оси ограничивается стопором.
Рисунок 19 - Потенциометр
Существуют и другие конструкции переменных непроволочных резисторов. Токопроводящий элемент в них бывает тонкослойным металлическим (металлоксидным) или пленочным композиционным (например, резисторы типа СП4). Некоторые типы переменных резисторов состоят из двух переменных резисторов, объединенных в единую конструкцию, в которой токосъемники расположены на общей оси.
Одной из основных характеристик переменного резистора является его функциональная зависимость (кривая регулирования). Это кривая, которая показывает зависимость величины сопротивления между подвижным контактом и одним из неподвижных контактов проводящего элемента от угла поворота.
Одной из основных характеристик переменного резистора является его функциональная зависимость (кривая регулирования). Это кривая, которая показывает зависимость величины сопротивления между подвижным контактом и одним из неподвижных контактов проводящего элемента от угла поворота.
По характеру функциональной зависимости (рисунок 20) переменные резисторы разделяются на линейные и нелинейные. Характер зависимости определяется схемными задачами, для решения которых предназначен резистор.
При линейной (А) зависимости сопротивление меняется равномерно при по-вороте ручки на один и тот же угол. То есть при повороте ручки, например, на угол 10° сопротивление меняется на 10 Ом.
При повороте ручки резистора с логарифмической (Б) характеристикой сопротивление сначала изменяется сильно, а потом все меньше и меньше.
При линейной (А) зависимости сопротивление меняется равномерно при по-вороте ручки на один и тот же угол. То есть при повороте ручки, например, на угол 10° сопротивление меняется на 10 Ом.
При повороте ручки резистора с логарифмической (Б) характеристикой сопротивление сначала изменяется сильно, а потом все меньше и меньше.
Рисунок 20 - Функциональная зависимость
Резисторы с показательной или обратнологарифмической (В) характери-стикой часто применяются в аудиоаппаратуре в качестве регуляторов громкости. Существуют резисторы, у которых сопротивление изменяется по закону синуса или косинуса.
К другим важным характеристикам переменных резисторов можно отнести следующие.
1. Разрешающая способность показывает, какое наименьшее изменение угла поворота подвижной системы резистора может быть различимо. Ее характеризуют минимально допустимым изменением сопротивления при весьма малом перемещении подвижного контакта.
2. Шумы вращения возникают при вращении подвижной системы резистора Их уровень значительно превышает тепловые и токовые шумы в резисторе и достигает 30-40 дБ. Шумы вращения особенно характерны для непроволочных потенциометров.
3. Износоустойчивость – число циклов передвижения подвижной системы переменного резистора, при котором его параметры остаются в пределах нормы. Для особо точных и важных (прецизионных) переменных резисторов износоустойчивость может достигать 105-107 циклов.
К другим важным характеристикам переменных резисторов можно отнести следующие.
1. Разрешающая способность показывает, какое наименьшее изменение угла поворота подвижной системы резистора может быть различимо. Ее характеризуют минимально допустимым изменением сопротивления при весьма малом перемещении подвижного контакта.
2. Шумы вращения возникают при вращении подвижной системы резистора Их уровень значительно превышает тепловые и токовые шумы в резисторе и достигает 30-40 дБ. Шумы вращения особенно характерны для непроволочных потенциометров.
3. Износоустойчивость – число циклов передвижения подвижной системы переменного резистора, при котором его параметры остаются в пределах нормы. Для особо точных и важных (прецизионных) переменных резисторов износоустойчивость может достигать 105-107 циклов.
6.Нелинейные резисторы
Нелинейными называют резисторы, у которых сопротивление меняется при каком либо внешнем воздействии. Наиболее часто используются резисторы, сопротивление которых зависит от температуры, приложенного напряжения, освещенности или давления.
Теpморезисторами называются полупроводниковые резисторы, у которых сопротивление сильно зависит от температуры токопроводящего элемента. Терморезисторы с отрицательным ТКС (Negative Temperature Coefficient) называются NTC-термисторы или просто термисторы, а с положительным ТКС (Positive Temperature Coefficient) – PTC-термисторы или позисторы.
Теpморезисторами называются полупроводниковые резисторы, у которых сопротивление сильно зависит от температуры токопроводящего элемента. Терморезисторы с отрицательным ТКС (Negative Temperature Coefficient) называются NTC-термисторы или просто термисторы, а с положительным ТКС (Positive Temperature Coefficient) – PTC-термисторы или позисторы.
Термисторы характеризуются сильно падающей монотонной зависимостью сопротивления от температуры (рисунок 21).В области рабочих температур (обычно от –55 до +155 ℃) абсолютное значение температурного коэффициента сопротивления термисторов оказывается в десятки раз большим, чем у линейных постоянных резисторов.
Теpмоpезистоpы пpименяются для компенсации ТКС pазличных электpических цепей стабилизации токов и напpяжений, теплового контpоля, измеpения темпеpатуpы, измеpения мощности и т. д.
Теpмоpезистоpы пpименяются для компенсации ТКС pазличных электpических цепей стабилизации токов и напpяжений, теплового контpоля, измеpения темпеpатуpы, измеpения мощности и т. д.
Рисунок 21 - Температурные зависимости сопротивления для двух термисторов
Вследствие нелинейности температурной характеристики вольтамперная характеристика (ВАХ) будет также нелинейной (рисунок 22). При малых токах ВАХ практически линейна (участок ОМ), поскольку мощность, выделяемая в терморезисторе, недостаточна для того, чтобы заметно нагреть его. При больших токах сопротивление резистора уменьшается, что сопровождается уменьшением напряжения на нем.
Теpмоpезистоpы изготавливают из полупpоводниковых матеpиалов на основе окислов металлов. Hаиболее pаспpостpанены медно-маpганцевые теpмоpезистоpы (ММТ), кобальто-маpганцевые теpмоpезистоpы (КМТ). Hагpев может быть пpямой, пpоходящим чеpез pезистоp током, и косвенный, от дpугого теплового источника.
Теpмоpезистоpы изготавливают из полупpоводниковых матеpиалов на основе окислов металлов. Hаиболее pаспpостpанены медно-маpганцевые теpмоpезистоpы (ММТ), кобальто-маpганцевые теpмоpезистоpы (КМТ). Hагpев может быть пpямой, пpоходящим чеpез pезистоp током, и косвенный, от дpугого теплового источника.
Рисунок 22 - Вольтамперная характеристика термистора
Параметры терморезистора: номинальное сопротивление при Т = 25 ℃, температурный коэффициент сопротивления, максимально допустимая мощность рассеивания, постоянная времени t, которая хаpактеpизует тепловую инеpцию теpмоpезистоpа. Обычно постоянная вpемени лежит в пpеделах 30-130 секунд.
Позистор - это полупроводниковое сопротивление с положительным температурным коэффициентом. Позисторы изготавливаются на основе поликристаллической керамики из титаната бария (BaTiO3), легированной различными примесями. Сопротивление позисторов резко (на несколько порядков) возрастает после превышения их температуры над некоторым пороговым значением, что связано с фазовым переходом из сегнетоэлектрического состояния в параэлектрическое.
Сегнетоэле́ктрики (названы по первому материалу, где был открыт сегнетоэлектрический эффект – сегнетова соль) – твёрдые диэлектрики (некоторые ионные кристаллы и пьезоэлектрики), обладающие в определённом интервале температур собственным электрическим дипольным моментом, который может быть переориентирован за счёт приложения внешнего электрического поля. Сегнетоэлектрические материалы обладают гистерезисом по отношению к электрическому дипольному моменту.
Позистор - это полупроводниковое сопротивление с положительным температурным коэффициентом. Позисторы изготавливаются на основе поликристаллической керамики из титаната бария (BaTiO3), легированной различными примесями. Сопротивление позисторов резко (на несколько порядков) возрастает после превышения их температуры над некоторым пороговым значением, что связано с фазовым переходом из сегнетоэлектрического состояния в параэлектрическое.
Сегнетоэле́ктрики (названы по первому материалу, где был открыт сегнетоэлектрический эффект – сегнетова соль) – твёрдые диэлектрики (некоторые ионные кристаллы и пьезоэлектрики), обладающие в определённом интервале температур собственным электрическим дипольным моментом, который может быть переориентирован за счёт приложения внешнего электрического поля. Сегнетоэлектрические материалы обладают гистерезисом по отношению к электрическому дипольному моменту.
Температура, при которой исчезает спонтанная поляризация (то есть собственный дипольный момент) и происходит перестройка кристаллической структуры, носит название температуры (точки) Кюри (ещё одна аналогия с ферромагнетиками).
Переход через точку Кюри означает фазовый переход (рисунок 23), а соответствующие фазы обозначаются как полярная (сегнетоэлектрик) и неполярная (параэлектрик – нелинейный диэлектрик, не обладающий спонтанной поляризацией, относительная диэлектрическая проницаемость которого уменьшается с ростом температуры).
Переход через точку Кюри означает фазовый переход (рисунок 23), а соответствующие фазы обозначаются как полярная (сегнетоэлектрик) и неполярная (параэлектрик – нелинейный диэлектрик, не обладающий спонтанной поляризацией, относительная диэлектрическая проницаемость которого уменьшается с ростом температуры).
Рисунок 23 - Титанат бария при температуре меньше точки Кюри (слева) и больше точки Кюри (справа)
 |  |
Рисунок 24 - Типовая температурная зависимость (слева) и ВАХ (справа) позистора
Варисторы представляют собой полупроводниковые резисторы, сопротивление которых начинает резко падать, если приложенное напряжение увеличивается сверх определенного значения.
Для изготовления варистора применяют порошкообразный карбид кремния (полупроводник) или оксид цинка ZnO и связующее вещество (глину, жидкое стекло, лаки, смолы и др.), которые запрессовывают в форму и спекают в ней при температуре около 1700 ℃. Затем поверхность образца металлизируют и припаивают к ней выводы (рисунок 25).
Конструктивно варисторы выполняются обычно в виде дисков, таблеток, стержней; существуют бусинковые и плёночные варисторы.
Конструктивно варисторы выполняются обычно в виде дисков, таблеток, стержней; существуют бусинковые и плёночные варисторы.
Рисунок 25 - Конструкция варистора
Вольтамперная характеристика варистора симметрична относительно начала осей координат.(рисунок 26). Нелинейность характеристики обусловлена локальным нагревом соприкасающихся граней многочисленных кристаллов карбида кремния (или иного полупроводника). При локальном повышении температуры на границах кристаллов сопротивление последних снижается, что приводит к уменьшению общего сопротивления варисторов.Уменьшение сопротивления с ростом напряжения связано с падением сопротивления контактов между зернами SiC или ZnO вследствие нелинейного роста тока через p-n-переходы, образующиеся на этих контактах, в результате автоэлектронной эмиссии из острых участков зерен.
Рисунок 26 - ВАХ варистора
Фоторезистор – это полупроводниковый резистор, который при облучении светом уменьшает свое сопротивление. В неактивном состоянии полупроводник проявляет свойства диэлектрика. Для того чтобы он проводил ток, необходимо внешнее воздействие – свет. Под действием квантов света образуются свободные носители заряда, в результате чего он становится способным проводить электрический ток. Чем больше электронов образуется, тем меньшее сопротивление току оказывает полупроводниковый материал. Путем подбора легирующих добавок можно создавать фоторезисторы для работы в разных спектральных диапазонах. Достоинства фоторезисторов: высокая надежность, низкая цена, низкий порог чувствительности.
Недостатки: инерционность (запаздывание сигнала понижает быстродействие устройств на базе терморезисторов, что часто бывает неприемлемым).
Недостатки: инерционность (запаздывание сигнала понижает быстродействие устройств на базе терморезисторов, что часто бывает неприемлемым).
Конструкция разных моделей фоторезисторов (рисунок 27) может отличаться по форме и материалу корпуса. Но в основе каждого такого прибора лежит подложка, чаще всего керамическая, покрытая слоем полупроводникового материала. Поверх этого полупроводника наносится тонкий слой золота, платины или другого коррозиестойкого металла. Слои наносятся методом напыления. Напыленные слои соединяют с электродами, на которые поступает электрический ток. Всю эту конструкцию покрывают прозрачным пластиком и помещают в корпус с окошком для попадания света.
Рисунок 27 - Конструкция фоторезистора
Тензорезистор - это резистор, сопротивление которого сильно изменяется при физической деформации чувствительного элемента. Тензоэлемент представляет собой тонкую металлическую проволоку или полоску фольги (из медно-никелевого или хромо-никелевого сплава), сложенную в спиральную «гармошку» и наклеенную на изолирующую подложку (рисунок 28). При её деформации происходит удлинение материала относительно исходного размера. Следовательно, изменяется омическое сопротивление проводника (как известно, оно пропорционально длине проводящей части). При деформации чувствительного элемента изменение сопротивления очень незначительно. Для его надёжного определения внешнее напряжение подключают к тензорезистору через мостовую схему (рисунок 28).
 |  |
Рисунок 28 - Конструкция тензорезистора (слева) и мостовая схема (справа)
