Opracowanie PDF

Rezystor
Rezystor (opornik) jest elementem liniowym: występujący na nim spadek napięcia jest
wprost proporcjonalny do płynącego przezeń prądu. Jest również elementem stratnym:
przy przepływie prądu energia elektryczna, wydzielana w postaci ciepła, jest bezpowrotnie
tracona. Służy do ograniczenia prądu płynącego w obwodzie lub uzyskania wymaganych
napięć.
Podział rezystorów
a) drutowe (konstantan, manganian, nikielina)
b) warstwowe (grubowarstwowe, cienkowarstwowe)
c) objętościowe (prąd płynie całą objętością)
ad a) drutowe
-zwykłe
-cementowane
-emaliowane
ad b) warstwowe
-węglowe
ad c) objętościowe
Parametry Rezystorów
Rezystancja nominalna rezystancja podawana przez producenta na obudowie
opornika; rezystancja rzeczywista różni się od rezystancji nominalnej, jednak zawsze
mieści się w podanej klasie tolerancji
Tolerancja (klasa dokładności) podawana w procentach możliwa odchyłka
rzeczywistej wartości opornika od jego wartości nominalnej
Moc znamionowa największa dopuszczalna moc wydzielana na rezystorze przy pracy
ciągłej przy temperaturze mniejszej niż + 70°Cprzekroczenie tej wartości może
prowadzić do zmian innych parametrów rezystora lub jego uszkodzenia
Moc znamionowa największa dopuszczalna moc wydzielana na rezystorze przy pracy
ciągłej przy temperaturze mniejszej niż + 70°Cprzekroczenie tej wartości może
prowadzić do zmian innych parametrów rezystora lub jego uszkodzenia
Temperaturowy współczynnik rezystancji -TWR, TCR współczynnik określający zmiany
rezystancji pod wpływem zmian temperatury opornika, wartość TWR podaje się w
%/K, ppm/K lub 10-6/K
Współczynnik szumów określa szumy wprowadzane przez rezystor, wartość podaje
się zazwyczaj w µV/V
Rodzaje rezystorów
Rezystory węglowe, warstwowe , warstwa węgla o danej wartości rezystancji
naparowana na rurkę ceramiczną, stosowanie nacięć spiralnych w warstwie węglowej
w celu osiągnięcia właściwej wartości rezystancji Rezystory
Rezystory warstwowe , warstwa metalu o danej wartości rezystancji naparowana na
rurkę ceramiczną, proces produkcji podobny do rezystorów węglowych
Precyzyjne rezystory drutowe drut o wysokiej rezystancji (nikrotal CrNi, kantal CrAlFe,
lub konstantan CuNi) nawinięty na korpus z ceramiki, szkła lub włókna sztucznego •są
izolowane plastikiem, silikonem, glazurą lub zamknięte w obudowie aluminiowej
Precyzyjne rezystory SMD przeznaczone do montażu powierzchniowego
Matryce rezystorowe „drabinki”
•są produkowane w wersji grubo-i cienkowarstwowej
•ceramiczny korpus z nadrukowanymi rezystorami i wyprowadzeniami
Oznaczanie Rezystorów
Uwagi:
−
−
−
−
pasków lub kropek jest trzy, cztery lub sześć;
jeśli jest ich trzy, to wszystkie trzy oznaczają oporność, a tolerancja wynosi +/- 20 %;
jeśli jest ich cztery, to trzy pierwsze oznaczają oporność, a czwarty tolerancję;
jeśli jest ich sześć, to jest to opornik precyzyjny i trzy pierwsze cyfry oznaczają
oporność, czwarty mnożnik, piąty tolerancję, szósty temperaturowy współczynnik
rezystancji (ten pasek może znajdować się na samym brzegu opornika);
− pierwszą cyfrę oznacza pasek bliższy końca, a między mnożnikiem i tolerancją jest
czasem większy odstęp;
− oporniki wyższych klas dokładności posiadają dodatkowy trzeci pasek cyfr
− stare oporniki są oznakowane:
- 1 cyfra - kolor opornika
- 2 cyfra - kolor paska
- mnożnik - kolor kropki
Rodzaje i budowa rezystorów
Rezystory węglowe kompozytowe, lub masowe są starszym typem rezystora. Zbudowane są
w postaci wałka, lub rurki węglowej z przylutowanymi wyprowadzeniami. Skład materiałowy
części węglowej decyduje o wartości rezystancji. Zaletą tych rezystorów jest ich niska
indukcyjność. Dlatego są one właściwe do zastosowań w układach przełączających, jak np. w
układach gasikowych RC i zasilaczach przetwornicowych. Inną ich zaletą jest to, że
wytrzymują chwilowe przeciążenia bez
uszkodzenia. Ich dużą wadą jest wysoka
pojemność własna, ok. 0,2-1 pF, w zależności od
typu i wartości rezystancji. Wysoka pojemność
własna, która wynika z budowy cząsteczek
węglowych ze środkiem wiążącym powoduje, że
rezystory węglowe są mniej lub bardziej
bezużyteczne przy częstotliwościach powyżej 5-10 MHz. Posiadają one wysoki współczynnik
temperaturowy (-200 do -2000 ppm/K), dużą zależność od napięcia (200-500 ppm/V), wysoki
szum i złą stabilność długotrwałą.
Oznaczenie ppm oznacza milionową część (ang. part per milion), a więc jednostka ppm/K
oznacza milionową część na 1 stopień Kelvina, 10-6K.
Rezystory warstwowe węglowe, lub
rezystory z warstwą węglową. Składają się z
rurki ceramicznej, na której jest naparowana
warstwa węgla o danej wartości rezystancji.
W tej warstwie można wykonać nacięcia
spiralne aż do 10 zwojów przy pomocy
ostrza diamentowego, lub lasera, aby osiągnąć właściwą wartość rezystancji. Reaktancja tej
indukcyjności, która wystąpi z powodu tej spirali jest niewielka w porównaniu z reaktancją,
która wynika z pojemności własnej ok. 0,2 pF. Posiadają one wysoki współczynnik
temperaturowy (-200 do -1000 ppm/K). Zależność napięciowa jest poniżej 100 ppm/V.
Poziom szumu jest dość wysoki, a stabilność długotrwała jest zła. Rezystory węglowe
powierzchniowe są jednakże bardzo tanie w produkcji.
Rezystory cienkowarstwowe mają bardzo cienką warstwę
metalu, najczęściej niklu i chromu, który jest naparowywany na
korpus szklany, lub ceramiczny. Rezystory są trawione i
dopasowywane przy pomocy lasera aby uzyskać właściwą
rezystancję. Własności dla wysokich częstotliwości na ogół nie
są dobre. Współczynnik temperaturowy rezystancji jest bardzo
dobry, daje się uzyskać nawet poniżej 1 ppm/K. Współczynnik
napięcia leży poniżej 0,05 ppm/V. Stabilność długotrwała jest nadzwyczaj dobra. Szumy są
najniższe ze wszystkich typów rezystorów warstwowych powierzchniowych. Moc i
odporność na impulsy jest niska. Wysoka stabilność powoduje, że rezystory tego typu często
stosuje się w układach precyzyjnych, jako
np. bardzo dokładne dzielniki napięcia.
Rezystory warstwowe metalowe różnią się
od węglowych tym, że warstwa węgla
została zastąpiona warstwą metalu. Proces
produkcji jest podobny. Dobre właściwości
dla wysokich częstotliwości ze względu na
niską pojemność własną (poniżej 0,2 pF). Dla
wysokich wartości rezystancji i przy wysokiej częstotliwości reaktancja może jednakże
odgrywać pewną rolę. Współczynnik temperaturowy jest niski (5-100 ppm/K). Zależność od
napięcia jest ok. 1 ppm/V, niski poziom szumów i dobra stabilność długotrwała.
Wytrzymałość na przeciążenia impulsowe jest jednak niska, niższa nawet niż dla rezystorów
warstwowych węglowych. Dlatego należy być ostrożnym z wymianą rezystorów węglowych
na metalowe w zastosowaniach impulsowych.
Rezystory grubowarstwowe nazywane są
czasami rezystorami "metalglaze", lub
cermetowymi. Warstwa zewnętrzna składa
się z mieszaniny tlenków metali i szkła, lub
ceramiki, i jest nakładana metodą
sitodrukową na korpus ceramiczny. Tego
typu rezystory mają dobre własności przy wysokich częstotliwościach i niskich rezystancjach.
Pojemność własna wynosi ok. 0,1-0,3 pF. Zależność rezystancji od napięcia jest poniżej 30
ppm/V. Stabilność długotrwała jest bardzo
dobra. Rezystory są wytrzymałe na
przeciążenia impulsowe, są niezawodne i
wytrzymują wysokie temperatury. Poziom
szumów jest porównywalny z rezystorami
warstwowymi węglowymi. Rezystory do
montażu powierzchniowego są najczęściej
produkowane jako grubowarstwowe.
Rezystory z tlenków metali maja warstwę zewnętrzną np. z tlenku cyny, z którego można
tworzyć spirale. Własności dla wysokich częstotliwości są umiarkowane, ze względu na
pojemność własną ok. 0,4 pF. Współczynnik temperaturowy wynosi ok. +/- 200 ppm/K,
zależność od napięcia jest poniżej 10 ppm/V, a poziom szumów jest niski. Są one odporne na
impulsy i znoszą wysokie temperatury, co czyni je bardzo dobrą alternatywą dla rezystorów
drutowych dużej mocy, szczególnie przy wysokich rezystancjach.
Rezystory drutowe nawijane składają się z
drutu o wysokiej rezystancji na ogół
nikrotalu (CrNi), kantalu (CrAlFe), lub
konstantanu (CuNi), nawiniętego na korpus
z ceramiki, szkła lub włókna szklanego.
Izoluje się je plastikiem, silikonem, glazurą, albo są zamknięte w obudowie aluminiowej, aby
łatwiej mogły przenosić ciepło do chłodzącego podłoża. Produkuje się je do zastosowań
precyzyjnych, gdzie wymagana jest wysoka jakość i stabilność, oraz do zastosowań o dużej
mocy, dla których potrzebny jest gruby i wytrzymały drut. Własności dla wysokich
częstotliwości nie są dobre. Wysoka indukcyjność (0,1-10uH) i wysoka pojemność (0,2-10 pF)
zależą od liczby zwojów drutu i wymiarów korpusu.W celu zmniejszenia indukcyjności można
nawijać druty w rożny sposób np. bifilarnie, krzyżowo (uzwojenie Ayrtona Perry), albo
sekcyjnie w rożnych kierunkach. W typach precyzyjnych współczynnik temperaturowy jest
niski (1-100 ppm/K). Zależność napięciowa wynosi ok. 1 ppm/V. Szum jest bardzo niski, a
stabilność długotrwała - dobra. Jednakże wytrzymałość na przeciążenie jest niska. Rezystory
mocy mają współczynnik temperaturowy miedzy -50 a +1000 ppm/K w zależności od typu
drutu. Zależność napięciowa i szumy - takie jak w typie precyzyjnym. Stabilność długotrwała
jest silnie zależna od temperatury powierzchni rezystora (Ths). Przy montowaniu drutowych
rezystorów mocy ważne jest aby pamiętać, że temperatura na powierzchni może dochodzić
aż do 200 - 400 oC. Tak wysokie temperatury mogą mieć wpływ na otaczające elementy,
materiały i punkty lutownicze.
Matryce rezystorowe (drabinki) są produkowane w wersji grubo- albo cienkowarstwowej.
Składają się one z ceramicznego korpusu z nadrukowanymi rezystorami i wyprowadzeniami.
Istnieją dwa rodzaje matryc rezystorowych do montażu przewlekanego: obudowa
jednorzędowa SIL (Single In Line) z liczbą wyprowadzeń od 4 do 14 i liczbą rezystorów od 2
do 24, oraz obudowa dwurzędowa DIL (Dual In Line) z liczbą wyprowadzeń od 14 do 20 i
liczbą rezystorów od 7 do 36. Do montażu powierzchniowego
produkuje się dużo rożnych typów obudów. Często produkuje się
specjalne matryce rezystorowe do zastosowań specjalnych. Wówczas
można uzyskać dowolne wewnętrzne połączenia między rezystorami,
różne wartości rezystancji, jak również można wyposażyć matrycę w
inne elementy takie jak kondensatory, czy diody.
Rezystory nastawne są to zwykle elementy trójkońcówkowe, potocznie nazywane
potencjometrami. Dwie (1,2) z trzech końcówek rezystora nastawnego są połączone z
początkiem i końcem elementu rezystancyjnego, natomiast
trzecia (3) - z ruchomym stykiem (suwakiem), mogącym
przesuwać się wzdłuż powierzchni tego elementu.
Przebieg zmian rezystancji między końcówkami 1 i 3 w funkcji
położenia suwaka, nazywa się charakterystyką rezystancyjną.
Kształt tej charakterystyki zależy od budowy elementu
rezystancyjnego, a ściśle rzecz biorąc, od rozkładu rezystancji
wzdłuż drogi suwaka. Potencjometry mają najczęściej
charakterystykę rezystancyjną: liniową (A),logarytmiczną (B) lub wykładniczą (C)Rezystancja
podlegająca regulacji, czyli rezystancja między skrajnymi położeniami suwaka, jest zawsze
nieco mniejsza niż rezystancja całkowita między wyprowadzeniami stałymi 1 i 2. Rezystancja
całkowita jest cechą rezystora nastawnego, innymi słowy rezystancja znamionową
podawaną z określoną tolerancją, Niekiedy wyróżnia się rezystancję kontaktową, tj.
rezystancję wynikającą z niedokładności styku ruchomego suwaka z elementem
rezystancyjnym. Nieciągłość styku suwaka z powierzchnią elementu jest często przyczyną
występowania zjawiska trzasków, charakteryzowanego tzw. napięciem trzasków. Ważnym
parametrem rezystora nastawnego jest też trwałość, wyrażana liczbą przesunięć suwaka
wzdłuż elementu, które można wykona bez wyraźnego pogorszenia jego właściwości
(trwałość potencjometrów powszechnego użytku zawiera się zwykle w przedziale
100000...10000000). Do podstawowych parametrów rezystorów
nastawnych zalicza się jeszcze moc znamionową i napięcie
graniczne (definiowane jak dla rezystorów stałych).
Najbardziej obecnie rozpowszechnionymi i produkowanymi w
największym asortymencie typów są potencjometry
kompozycyjne (węglowe), ich podstawową zaletą jest niska
cena przy dość dobrej jakości. Potencjometry te są stosowane
najczęściej w sprzęcie powszechnego użytku.
Potencjometry cermentowe wyróżniają się
dużą trwałością i niezawodnością, wysoką
stabilnością charakterystyki rezystancyjnej,
bardzo małym poziomem trzasków, małym
temperaturowym współczynnikiem rezystancji
(+/- 150 ppm/K), dużą obciążalnością cieplną oraz
szerokim zakresem temperatury pracy (-55 do +
155 oC). W związku z tak doskonałymi
parametrami potencjometry te są zalecane do stosowania w urządzeniach elektronicznych
profesjonalnych i w sprzęcie elektronicznym wysokiej jakości.
Potencjometry metalizowane wykazują
wszystkie zalety rezystorów stałych tego
typu, lecz są produkowane w wąskim
przedziale wartości rezystancji (1-100
kOhm) i mają dość krótką żywotność.
Potencjometry drutowe są wytwarzane w niezbyt
dużym przedziale wartości rezystancji (10 Ω - 100 kΩ),
przy tym jedynie jako elementy o liniowej (typu A)
charakterystyce rezystancyjnej w dwu jakościowo
różniących się grupach, tj. typu 1 i typu 2.
Wśród rezystorów nastawnych wyróżnia się potencjometry jedno- i wieloobrotowe
(najczęściej 10-obrotowe), stosowane głównie w układach pomiarowych, sterowania i
automatyki (potencjometry wieloobrotowe są zwykle zaopatrzone w specjalne gałki z
podziałką, umożliwiającą precyzyjne umiejscowienie położenia suwaka). Niekiedy
potencjometry łączy się w zespoły (agregaty) sprzężone lub też sterowane oddzielnie.
Typowe zakresy mocy rezystorów