Что такое резисторы и их свойства?

Резистором называют элемент электронной аппаратуры, который в электрической цепи оказывает активное сопротивление току. Резисторы предназначены для создания сопротивления тока.

Классификация. Резисторы классифицируются по многим признакам, в частности по способам создания резистивного элемента, типу, сопротивлением, изменением сопротивления, допуском, частотой, напряжением, мощностью. По способу создания резистивного элемента различают проводные и беспроводных резисторы. Классификация по типу предусмотрена государственным стандартом.

Различают пять типов резисторов: углеродистые, металлопленочные и металло-окислительные, пленочные композиционные, объемные композиционные и проводные. По сопротивлению резисторы разделяют на низкоомные, сопротивление которых лежит в пределах от единиц Ом до единиц кОм и высокоомные, сопротивление которых находится в пределах от 10 кОм до единиц ГОм. По изменению сопротивления резисторов делят на резисторы постоянного сопротивления, конструкция которых не предусматривает изменения сопротивления; резисторы переменного сопротивления, конструкция которых предусматривает изменение сопротивления; подстроечные, конструкция которых предусматривает незначительное и нечастое, но точное изменение сопротивления для его подстройки. Резисторы переменного сопротивления и подстроечные классифицируют также по характеру изменения сопротивления в зависимости от угла поворота подвижной части контакта. Различают резисторы с линейным, логарифмическим и возвратно-логарифмическим законом изменения сопротивления. За допуском резисторы разделяют на резисторы общего назначения и прецизионные, по частоте на низкочастотные и высокочастотные, по напряжению на низковольтные и высоковольтные. По мощности дискретные резисторы разделяют на мощные и маломощные. По назначению все резисторы разделяют на элементы общего назначения и специальные. Различают следующие виды специальных резисторов: варисторы, активное сопротивление которых зависит от значения приложенного напряжения; варакторы, реактивное сопротивление которых зависит от величины приложенного напряжения; терморезисторы, сопротивление которых в значительной степени зависит от температуры; фоторезисторы, сопротивление которых зависит от освещенности; тензорезисторы, сопротивление которых зависит от механических напряжений. Терморезисторы еще разделяют на термисторы, сопротивление которых с повышением температуры падает, и позисторы, сопротивление которых с повышением температуры возрастает.

Условные изображения и обозначения. На схемах дискретные резисторы изображают так, как показано на рис. 1.Условные изображения резисторов на схемах: а - нерегулируемые; б, в, г, д - различные значения номинальной мощности рассеяния; е - нерегулируемые с отвода; ж - регулируемый (реостат); з - регулируемый (потенциометр); и - подстроечные; к - варистор; л - терморезистор

Рис. 1. Условные изображения резисторов на схемах: а — нерегулируемые; б, в, г, д — различные значения номинальной мощности рассеяния; е — нерегулируемые с отвода; ж — регулируемый (реостат); з — регулируемый (потенциометр); и — подстроечные; к — варистор; л — терморезистор

Условные обозначения дискретных резисторов состоят из букв и цифр, которые означают название элемента, номер его разработки, номинальную мощность, номинальное сопротивление, допуски на сопротивление. Например, Р1-1-0, 5-30 ± 15 обозначает резистор углеродный, номер разработки 1, мощность 0,5 Вт, сопротивление 30 кОм, допуск 15%.

Строение. Дискретные резисторы имеют собственное закончено конструктивное исполнение, что содержит следующие элементы: основание, резистивный элемент, внешние выводы, элементы соединения с внешними выводами, элементы защиты от внешних условий, элементы крепления в аппаратуре, подвижный контакт и элементы перемещения и фиксации (для переменных и подстроечных резисторов). Основу резисторов изготавливают из керамики, стекла или ситалла. Она имеет форму сплошного стержня (для маломощных элементов) или трубки (для высокомощных). Резистивный слой непроволочных резисторов (рис. 2) может быть изготовлен в виде тонкой пленки с углерода, металлов, их сплавов, с окислов и соединений металлов, а также в виде толстой пленки с композиции, состоящей из
наполнителя и фриты. Чтобы увеличить сопротивление резисторов, в резистивном слое прорезают канавки. Внешние выводы резисторов изготавливают из медной проволоки диаметром 0,5 ± 0,1 мм или с медных пластин, которые одновременно являются элементами крепления и электрического соединения внешних выводов с резистивным элементом. В пленочных резисторах внешние выводы припаивают к колпачкам, которые прочно прижимают к резистивной пленке. В объемных композиционных резисторах проволочные выводы впресовують непосредственно в резистивный элемент. Защита резистивного
элемента и прилегающей к нему части выводов осуществляется эмалями и лаками, а если необходимо обеспечить высокую надежность — корпусами.Непроволочные резисторы: а - внешний вид; б, в, г - строение: 1 - резистивный элемент; 2 - опрессовки; 3 - внешние выводы

Рис. 2. Непроволочные резисторы: а — внешний вид; б, в, г — строение: 1 — резистивный элемент; 2 — опрессовки; 3 — внешние выводы

Резисторы, предназначенные для малогабаритной электронной аппаратуры, имеют однонаправленные выводы (рис. 3), которые обеспечивают возможность автоматизированного монтажа их на печатной плате.Строение резисторов с однонаправленными специальными (а, б) и согнутыми (в) выводами

Рис. 3. Строение резисторов с однонаправленными специальными (а, б) и согнутыми (в) выводами

Высоковольтные резисторы имеют внешние выводы в виде болтов и гаек, которые позволяют последовательно соединять их, обеспечивая таким образом высокие рабочие напряжения. Конструкции высокочастотных резисторов (рис. 4) обеспечивают малые паразитные емкости и индуктивности.Строение высокочастотных резисторов: а - маломощных; б - мощных; в - шайбовых, г - пластинчатых; д - безреактивный поглотитель мощности; е - схема его включения (1 - керамическая основа, 2 - резистивный элемент, 3 - контактный слой)

Рис. 4. Строение высокочастотных резисторов: а — маломощных; б — мощных; в — шайбовых, г — пластинчатых; д — безреактивный поглотитель мощности; е — схема его включения (1 — керамическая основа, 2 — резистивный элемент, 3 — контактный слой)

Проволочные резисторы, внешний вид и конструкция которых показаны на рис. 5, состоят из круглого (реже плоского) каркаса с выводными контактами, на котором размещена однослойная или многослойная обмотка. Для защиты от механических и климатических воздействий и закрепления витков резистор покрывают лаком, эмалью или герметизируют. Материалами резистивного элемента служат
высокоомные сплавы манганина (медь 86%, марганец 12%, никель 2%), константана (медь 60%, никель 40%) или нихрома (сплав никеля с хромом).Внешний вид и конструкция проволочных резисторов постоянного сопротивления: а, б, в - различные виды проволочных резисторов (1 - намотка, 2 - вывод, 3 - каркас, 4 - стеклоэмаль)

Рис. 5. Внешний вид и конструкция проволочных резисторов постоянного сопротивления: а, б, в — различные виды проволочных резисторов (1 — намотка, 2 — вывод, 3 — каркас, 4 — стеклоэмаль)

Непроволочные резисторы переменного сопротивления, внешний вид и конструкция которых изображены на рис. 6, могут иметь поверхностный или объемный резистивный элемент.

Внешний вид и строение непроволочных резисторов переменного сопротивления: а и б - поверхностный резистивный элемент; в и г - обьемный резистивный элемент; а, в, г, ж - внешний вид; б, д, е - строение

Рис. 6. Внешний вид и строение непроволочных резисторов переменного сопротивления: а и б — поверхностный резистивный элемент; в и г — обьемный резистивный элемент; а, в, г, ж — внешний вид; б, д, е — строение

Резисторы с поверхностным резистивным элементом состоят из изоляционной основы, на которой размещен резистивный элемент, трех выводных контактов и элементов перемещения и крепления. Сам резистивный элемент может быть выполнен в виде подковы, кольца или прямоугольной пластины. Резисторы с подковообразным или кольцевым резистивным элементом конечно имеют круглую форму и вращательное перемещение контактной щетки. Резисторы с прямоугольным резистивным элементом имеют прямоугольную форму и поступательное перемещения контактной щетки. Их корпус обычно выполняют из керамики, а резистивный элемент впресовують в дугообразную канавку. Скользящий контакт делают из специальной смеси графита и сажи. Проволочные резисторы переменного сопротивления состоят из кольцеобразного каркаса  с односторонней обмоткой, по ребру которого перемещается контактная щетка (Рис. 7). Каркас может быть изготовлен из пластины, которую после намотки провода скручивают в кольцо, или в виде сплошного кольца, на которое наматывают обмотку. Каркас первого типа изготавливают из листовых изоляционных материалов (Текстолита, стеклотекстолита) или металлов (алюминия, латуни), которые перед намоткой изолируют.Строение проволочных резисторов переменного сопротивления

Рис. 7. Строение проволочных резисторов переменного сопротивления

Каркасы второго типа изготавливают из пластмассы, керамики или металла. Для намотки применяют провода с высококачественных сплавов (манганина, константана, нихрома) в эмалевой изоляции.

Токосъемник переменных резисторов состоит из пружинного ползунка и контактной щетки. С неподвижным выводом на корпусе его соединяют с помощью дополнительной щетки или спиральной пружины. Надежный контакт щетки с контактной дорожкой обеспечивает выбор соответствующего материала щетки, ее размеров и контактного усилия. Ползунок изготавливают обычно из упругих материалов (бронза, сталь), а щетку — из материалов, устойчивых к истиранию и окисления (константан, нихром — специальные контактные соплавы). Значение контактного давления обычно лежит в пределах от 10 до 40 т/мм2.
Специальные резисторы преимущественно изготавливают из различных проводниковых и полупроводниковых материалов. Терморезисторы бывают медно-марганцевые, кобальт-марганцевые, медно-кобальт-марганцевые, титано-баревые, кремниево-окислительные и тому подобное. Их формы, габариты и конструктивные особенности очень разнообразны: их изготавливают в виде дисков, миниатюрных бусинок, плоских прямоугольников (Рис. 8) и др.Внешний вид терморезисторов

Рис. 8. Внешний вид терморезисторов

Фоторезисторы чаще всего изготавливают из сернистых и селенистый соединений кадмия и свинца (Безымянный). Светочувствительный элемент может быть как поли-, так и монокристаллическим, в виде прессованной пластины или напыленной пленки. Корпуса этих приборов имеют слюдяные или стеклянные окна, предназначенные для пропускания света (рис. 9).

Строение фоторезистора: 1 - изолятор; 2 - полупроводник; 3 - металлический контакт, 4 - корпус; 5 - окно

Рис. 9. Строение фоторезистора: 1 — изолятор; 2 — полупроводник; 3 — металлический контакт, 4 — корпус; 5 — окно

Токопроводящим элементом варисторов конечно является карбид кремния с керамической связкой. Изготавливают их в виде стержней или дисков (Рис. 10).

Безымянный

Рис. 10. Конструктивное оформление варисторов

Варакторы часто называют варикапы, которые используют в схемах, чтобы получить регулируемое реактивное емкостное сопротивление. Из этого следует, что их конструкция аналогична конструкции варикапов — конденсаторов, построенных на p-n-переходе. Тензорезисторы изготавливают из металлов и полупроводников. Чаще всего они имеют форму проволок или пленок, нанесенных на эластичную подложку (рис. 11).Типовые конструкции тензорезисторов: а - проводные; б - пленочные: 1 - подложка; 2 - тензорезистор; 3 - контактная площадка

Рис. 11. Типовые конструкции тензорезисторов: а — проводные; б — пленочные: 1 — подложка; 2 — тензорезистор; 3 — контактная площадка

Работа. Физическая суть процессов в резисторах определяется двумя основными факторами: протеканием тока и преобразованием электрической энергии в тепловую. В специальных резисторах дополнительно происходит преобразование других видов энергии (световой, тепловой, упругой) в электрическую. В дискретных элементах резистивные слои изготавливают из тонкой проволоки или тонких металлических пленок, окислов металлов, углерода, композиций, в которых входят проводниковые и диэлектрические включения. В проводниках основными носителями тока являются свободные электроны, в полупроводниках и диэлектриках — электроны и дырки. Их основными параметрами являются концентрация и подвижность. Они в значительной степени зависят от материала, температуры, напряженности
электрического поля, механических напряжений и других факторов. Основные механизмы их движения — дрейф в электрическом поле, фритинговый и туннельный эффекты. Основное сопротивление носителям тока, кроме дестабилизирующих факторов (температуры, внешних и внутренних механических напряжений и т.д.), оказывают поверхностные и объемные дефекты кристаллической решетки, границы зерен, диэлектрические слои композиционных структур и тому подобное. От концентрации дефектов и толщины диэлектрических слоев зависит подвижность носителей, а следовательно, и удельное сопротивление резисторов:Безымянный

где — заряд электрона; n и р — концентрации электронов и дырок; Безымянный и Безымянный — подвижности электронов и дырок. Поскольку дискретные резисторы имеют определенное конструктивное исполнение, то
оно тоже влияет на их работу, особенно на высоких частотах, на которых возникают большие паразитные эффекты. Специфической является работа специальных резисторов, обеспечивает нелинийность их вольт-амперных характеристик. Большая температурная зависимость сопротивления термисторов объясняется резким ростом количества носителей тока в разрешенных зонах полупроводников вследствие их тепловой генерации. Для них зависимость сопротивления от температуры имеет вид экспоненциальной кривой:Безымянный

где Безымянный — сопротивление термистора при Т = 0 К, В — постоянная. Для позистора увеличения сопротивления с повышением температуры объясняется уменьшением средней длины свободного пробега электронов и увеличением расстояний между зернами. Работа фоторезисторов основывается на значительном зависимости удельного сопротивления селенидов, сульфидов, теллурида, свинца, висмута от яркости света и длины световой волны. Тензорезисторы используют большую зависимость удельного сопротивления полупроводников от механических напряжений. Объясняется она тем, что механические
напряжение изменяют ширину запрещенной зоны полупроводниковых материалов, концентрацию и подвижность носителей заряда, которыми определяется удельное сопротивление. Работа варисторов основывается на явлениях электростатической эмиссии и пробой окислительных пленок. При повышении напряжения, приложенного к варистору, растет напряженность электрического поля между отдельными кристаллами. Это сопровождается электростатической эмиссией из острых зубцов и граней карбида кремния. Одновременно происходит пробой окисных пленок, образующихся на поверхности кристалла, а также нагрева контактных точек между кристаллами, что способствует повышению проводимости приборов. В работе варактора используется барьерная емкость обратно смещенного p-n-переходаБезымянный. Их реактивное сопротивление Безымянный определяется емкостью Безымянный и частотой Безымянный.Безымянный

Изменяя напряжение обратного смещения, можно изменять Безымянный и вместе с ней Безымянный.

Свойства. Рассматривая дискретный резистор как элемент, который имеет определенную структуру резистивного слоя и определенное конструктивное исполнение, приходим к выводу, что он, кроме сопротивления резистивного слоя Безымянный, имеет еще эквивалентные сопротивления изоляции Безымянный, контактов Безымянный и Безымянный, эквивалентные емкости выводов относительно земли Безымянный и Безымянный, индуктивности выводов Безымянный и Безымянный и эквивалентную емкость самого резистора Безымянный. С учетом отмеченного схема замещения резисторов постоянного сопротивления имеет вид, показанный на рис. 12.Схема замещения резисторов постоянного сопротивления

Рис. 12. Схема замещения резисторов постоянного сопротивления

Схема замещения резисторов переменного сопротивления сложнее (рис. 13), поскольку она дополнительно содержит элементы подвижного контакта: Безымянный — емкости подвижного контакта относительно земли и выводов; Безымянный — сопротивление подвижного контакта; Безымянный — индуктивность подвижного контакта.Схема замещения резисторов переменного сопротивления

Рис. 13. Схема замещения резисторов переменного сопротивления

Резисторы характеризуются вольтовыми, ВАХ, температурными, частотными, функциональными характеристиками. Вольтовые характеристики выражают зависимость сопротивления резистора от приложенного напряжения, которое заметное в неметаллических резистивных слоях при высоких напряжениях (рис. 14), что объясняется их нагреванием. Уменьшение сопротивления при высоких напряжениях к нарушению линейности вольт-амперных характеристик резисторов при высоких напряжений (рис. 15).Зависимость сопротивления резисторов с неметаллическим резистивным покрытием от приложенного напряжения

Рис. 14. Зависимость сопротивления резисторов с неметаллическим резистивным покрытием от приложенного напряжения

Зависимость тока резисторов с неметаллическим резистивным покрытием от приложенного напряжения

Рис 15 Зависимость тока резисторов с неметаллическим резистивным покрытием от приложенного напряжения

Для резисторов с металлическим резистивным элементом нелинейные зависимости R (u) и I (u) практически не проявляются. Температурные характеристики активного сопротивления резисторов определяются относительным вкладом в температурную зависимость проводимости проводящих фаз с одной стороны и полупроводниковых и диэлектрических фаз — с другой. Если преобладают проводниковые фазы (низкоомные резисторы), сопротивление с повышением температуры возрастает, а при преобладании полупроводниковых и диэлектрических фаз наблюдается обратный эффект (рис. 16). Частотные характеристики активного сопротивления резисторов не столько определяются наличием проводящих и диэлектрических фаз, сколько их периодическим чередованием, которое вызывает конденсаторный эффект. Поэтому с повышением частоты активное сопротивление высокоомных резисторов, которые имеют много таких неоднородностей, снижается, а низкоомных растет (преимущественно вследствие скинэффекта) (рис. 17).Температурные характеристики активного сопротивления низкоомных (1) и высокоомных (2) резисторов

Рис. 16. Температурные характеристики активного сопротивления низкоомных (1) и высокоомных (2) резисторов

Частотные характеристики активного сопротивления резисторов: 1 - низкоомных; 2 - высокоомных

Рис. 17. Частотные характеристики активного сопротивления резисторов: 1 — низкоомных; 2 — высокоомных

Частотные характеристики полного сопротивления резисторов можно получить с анализа их схемы замещения (рис. 12), из которой видно, что с повышением частоты сопротивление резистора все больше шунтирующих конденсаторов, поэтому одновременно полное сопротивление резистора уменьшается (рис. 18).Частотные характеристики полного сопротивления дискретных резисторов: 1,2, 3 - различные типы резисторов

Рис. 18. Частотные характеристики полного сопротивления дискретных резисторов: 1,2, 3 — различные типы резисторов

Сопротивление проволочных резисторов подобно сопротивления низкоомных резисторов с повышением частоты растет в основном за счет скин- и витковых эффектов и преобладание его индуктивной составляющей. Другие характеристики проволочных резисторов также подобные характеристикам низкоомных резисторов с металлическим резистивным элементом. С схемы замещения резисторов переменного сопротивления, изображенной на рис. 13, видно, что подвижный контакт не может изменить характер приведенных выше зависимостей, а может лишь повлиять на их количественные соотношения. Поэтому все сказанное выше относительно высокоомных резисторов касается также элементов с переменным сопротивлением. Важными специфическими характеристиками резисторов переменного сопротивления является их функциональные характеристики (рис. 19), которые являются законами изменения сопротивления в зависимости от угла поворота подвижной части контакта.
Специфическими являются характеристики специальных резисторов. Для варисторов, которые отмечаются нелинейностью вольт-амперных характеристик, зависимость тока от напряжения имеет вид, изображенный на рис. 20.Функциональные характеристики резисторов переменного сопротивления: 1 - возвратно-логарифмическая; 2 - линейная; 3 -логарифмичная

Рис. 19. Функциональные характеристики резисторов переменного сопротивления: 1 — возвратно-логарифмическая; 2 — линейная; 3 -логарифмичная

Вольт-амперные характеристики варисторов: 1, 2, 3 - различные типы

Рис. 20. Вольт-амперные характеристики варисторов: 1, 2, 3 — различные типы

Вольт-амперные и энергетические характеристики фоторезисторов

Рис. 21. Вольт-амперные и энергетические характеристики фоторезисторов

Для фоторезисторов, которые имеют большую светочувствительность, важны вольт-амперная, энергетическая, яркостная и спектральная характеристики. Две первые выражают зависимость фототока от напряжения и светового потока, две остальные — фотосопротивлений от яркости света (от освещенности Е) и длины световой волны Безымянный (рис. 21; 22):Оптические характеристики фоторезисторов: а - яркостная; б - спектральная

Рис. 22. Оптические характеристики фоторезисторов: а — яркостная; б — спектральная

Терморезисторы характеризуются сильной зависимостью сопротивления от температуры, которая для разных типов элементов может иметь различный характер (рис. 23). Их вольт-амперные характеристики приведены на рис. 24.Температурная зависимость сопротивления терморезисторов: 1 - термисторы; 2 - позисторы

Рис. 23. Температурная зависимость сопротивления терморезисторов: 1 — термисторы; 2 — позисторы

Вольт-амперные характеристики терморезисторов: 1 - позисторы; 2 - термисторы

Рис. 24. Вольт-амперные характеристики терморезисторов: 1 — позисторы; 2 — термисторы

Выделяют терморезисторы, которые реагируют на внешнее нагревание и нагревание током. Для тензорезисторов характерна большая зависимость сопротивления Безымянный от механических напряжений Безымянный которая тоже может быть разной по характеру для разных типов элементов (рис. 25).Зависимость сопротивления тензорезисторов от механических напряжений (1,2 - различные типы тензорезисторов)

Рис. 25. Зависимость сопротивления тензорезисторов от механических напряжений (1,2 — различные типы тензорезисторов)

Резисторы общего назначения характеризуются также следующими параметрами: номинальным сопротивлением, допуском на номинальное сопротивление, номинальной мощностью рассеяния, предельным рабочим напряжением, предельной рабочей частотой, температурным коэффициентом сопротивления, коэффициентом старения, электродвижущей силой шумов, интенсивностью отказов.
Номинальным сопротивлением называют указанное на резисторе значение сопротивления, которое является средним для этой совокупности. Номинальные сопротивления резисторов стандартизированы. Согласно стандарту числовые значения номинальных сопротивлений определяются рядами предпочтительных чисел. Они лежат в пределах от единиц Ом до десятков МОм. Допуском называют установлено государственным стандартом для каждого ряда резисторов предельное отклонение сопротивления от номинального значения. Для резисторов общего назначения они лежат в пределах от 5 до 20%. Для прецизионных резисторов — в пределах от 0, 05 до 5%. Зависимость реактивного сопротивления варактора от напряжения имеет вид, приведенный на рис. 26.Зависимость сопротивления варактора от напряжения обратного смещения

Рис. 26. Зависимость сопротивления варактора от напряжения обратного смещения

Номинальной мощностью рассеивания называют максимально допустимую мощность, резистор может рассеивать при непрерывной электрической нагрузке и заданной температуре окружающей среды, не меняя параметры больше нормы, установленной техническими условиями. Ее величина зависит от типа и размера элементов. Для резисторов общего назначения номинальные мощности рассеяния лежат в пределах от 0,125 Вт до 10 Вт. От номинальной мощности и температуры окружающей среды зависит электрические нагрузки резисторов (рис. 27). Предельной рабочим напряжением называется и наибольшее напряжение, которое по оптимальным условиям эксплуатации, будучи кратковременно приложенным к выводам резистора, не вызывает нарушения его работоспособности. Его величина зависит
от конструкции и размеров элементов. Для разных типов резисторов предельное напряжение лежит в пределах от единиц вольт до киловольт.Зависимость допустимой нагрузки резисторов от номинальной мощности и температуры окружающей среды: 1, 2, 3 - различные типы резисторов

Рис. 27. Зависимость допустимой нагрузки резисторов от номинальной мощности и температуры окружающей среды: 1, 2, 3 — различные типы резисторов

Предельной рабочей частотой называют ту самую частоту, на которой сопротивление резисторов не выходит за пределы установленного допуска. Для разных типов непроволочных резисторов она находится в пределах от единиц МГц до единиц ГГц. Для резисторов переменного сопротивления и проволочных она ниже, чем для непроволочных элементов постоянного сопротивления. Температурный коэффициент сопротивления Безымянный характеризует температурную стабильность резисторов. Он определяется обратным относительным изменением сопротивления при изменении температуры на 1 °С.Безымянный

где Безымянный и Безымянный опоры при температуре Безымянный и Безымянный. Температурный коэффициент сопротивления зависит от структуры и материала резистивного слоя и конструкции резистивного элемента. Для разных типов
резисторов он лежит в пределах от: Безымянный. Проволочные резисторы имеют меньшие температурные коэффициенты сопротивления, чем беспроволчные. Коэффициент старения сопротивления Безымянный характеризует временную стабильность резисторов. Он определяется необратимым относительным изменением сопротивления элементов за единицу времени:Безымянный

где Безымянныйи Безымянный — опоры резистора в моменты времени Безымянный и Безымянный. Коэффициент старения в основном зависит от структуры и материала резистивного слоя. Для разных типов он лежит в пределах от Безымянный.

Свойства резисторов определяют также тепловые и токовые шумы. Первые из них является результатом тепловых флуктуаций направленного движения носителей тока, вторые — следствием рассеяния носителей дефектами. Напряжение теплового шума Безымянный не зависит от резистивного материала, а есть только функцией температуры и сопротивления резистора. В полосе частот от Безымянный и Безымянный она определяется так:Безымянный

где Безымянный — постоянная Больцмана; Т — абсолютная температура, Безымянный — частоты, Гц; R— сопротивление, Ом. Напряжение токового шума прямо пропорционально приложенному к резистору напряжения UБезымянный

где Безымянный— коэффициент, зависящий от конструкции резистора, материала резистивного слоя, полосы частот, в которой его определяют. Его значение указывают в технических условиях. Для разных типов резисторов он меняется в пределах от 0,2 до 20 мкВ/В. Опыты показывают, что напряжение токовых шумов значительно больше напряжения тепловых шумов и имеет непрерывный спектр, самые составляющие которого лежат в области низких частот. Отношение действующего значения напряжения шума Безымянный к приложенному к резистору напряжения U называют электродвижущей силой шумов Безымянный:

Безымянный

Шум возникает также в неподвижных контактах внешних выводов из резистивным элементом, и еще больше в подвижных контактах резисторов переменного сопротивления (шум вращения). Поэтому в полный шум резистора входят шумы как в самом резистивном элементе, так и в его контактах. Важным параметром является интенсивность отказов, характеризующая надежность резисторов по внезапных отказов. Правомерность использования Безымянный-характеристик для оценки надежности резисторов объясняется тем, что в них ≈ 90% отказов является внезапными и носят случайный характер (нарушение контакта между внешним выводом и резистивным элементом, перегорание резистивного элемента). Кроме того, в них поток отказов имеет пуассоновское распределение, старения в отказах выполняет второстепенную роль, а случайное время до отказа распределяется по экспоненциальному закону. Исследования показывают, что интенсивность отказов дискретных резисторов колеблется в пределах от 10-7 до 10-8 отказов в час. Большую интенсивность отказов имеют резисторы переменного сопротивления, меньшую — постоянного сопротивления. Причиной этого является наличие в первых подвижного контакта. Проволочные резисторы по надежности занимают промежуточное место между непроволочных резисторов постоянного сопротивления и переменного резистора. Интенсивность отказов зависит от режима и условий эксплуатации резисторов. Если режимы жесткие, условия эксплуатации ухудшаются и интенсивность отказов возрастает (рис. 28).

Зависимость интенсивности отказов от рассеиваемой мощности (а) и температуры резисторов (б)

Рис. 28. Зависимость интенсивности отказов от рассеиваемой мощности (а) и температуры резисторов (б)

Резисторы переменного сопротивления характеризует определенными специфическими параметрами: полным (номинальным) сопротивлением, формой функциональной характеристикой, ее погрешностью, протяженностью участка плавного регулирования, минимальным сопротивлением, номинальной мощностью, напряжением шумов поворота, моментом поворота, разрешением, паразитной емкостью и индуктивностью. Рядом специальных параметров характеризуются также специальные резисторы. Варисторы, например, статическим сопротивлением Безымянный есть сопротивлением по
определенного значения приложенного напряжения:Безымянный

динамичным сопротивлением Безымянный (сопротивлением переменного тока), который определяется отношением изменения напряжения на варисторе к изменению тока;Безымянный

Отношение этих сопротивлений называют коэффициентом нелинейности:Безымянный

а обратную величину — показателем нелинейности БезымянныйБезымянный

Для описания свойств тензорезисторов, кроме таких параметров, как номинальное напряжение Безымянный, номинальный токБезымянный температурный коэффициент Безымянный, используют еще коэффициент тензочувствительности Безымянный, который определяют по выражению:Безымянный

где Безымянный и Безымянный — сопротивление тензорезистора при двух значений механических напряжений Безымянныйи Безымянный.Свойства фоторезисторов характеризуют следующими параметрами: темновым сопротивлением Безымянный, темновым током Безымянный, световым током Безымянный, фототоком Безымянный, пороговой чувствительностью Безымянный, рабочим напряжением Безымянный, мощностью рассеивания Безымянный, кратностью изменения сопротивления Безымянный, постоянной времени Безымянный Темновое сопротивление Безымянный — сопротивление фоторезистора при 20 °С через 30 сек после снятие освещенности 200 лк. Темновой ток Безымянный — ток через фоторезистор при
указанных выше условий и приложения рабочего напряжения. Световой ток Безымянный — ток через фоторезистор при приложении рабочего напряжения и наличии освещенности 200 лк. Фототок Безымянный — разница между световым и темновым токами.Безымянный

Удельная чувствительность Безымянный — отношение фототока к произведению светового потока Ф на напряжение U.Безымянный

Пороговая чувствительность Безымянный— минимальный световой поток, который вызывает появление фототока, что вдвое превышает темновой ток фоторезистора. Сталая времени Безымянный-время, в течение которого фототок изменяется в е раз во время освещения или затмение фоторезистора.Свойства терморезисторов описывают их параметры, к которым относятся номинальное сопротивление Безымянный, температурный коэффициент сопротивления Безымянный допустимая мощность рассеяния Безымянный, коэффициент рассеяния Безымянный, теплоемкость Н, коэффициент энергетической чувствительности G, постоянная времени Безымянный. Коэффициент рассеяния Безымянный — коэффициент, учитывающий все виды распространения тепла от рабочего тела терморезистора, Вт/град. Теплоемкость Н — количество тепла, которое необходимо предоставить терморезистору, чтобы повысить его температуру на 1 °С, (Вт с/град). Коэффициент энергетической чувствительности G — мощность, которую необходимо предоставить терморезистору, чтобы изменить его сопротивление на 1%, Вт/%. Постоянная времени Безымянный — время, в течение которого температура терморезистора, перенесенного из воздуха при 0 °С в воздух при 100 °С, достигает 63 °С. Для термисторов дополнительным параметром является коэффициент В. Приведенные выше параметры связаны между собой зависимостямиБезымянный

Если термистор включить в электрическую цепь последовательно с линейным резистором, то можно заменить скачкообразное нарастание или убывание тока, вызванное изменением сопротивления термистора (рис. 29). Это явление получило название релейной эффекта. Оно возникает как при изменении температуры, так и при изменении приложенного напряжения.Возникновение релейного эффекта: а - схема под соединением термистора в электрическую цепь последовательно с линейным резистором; б - релейный эффект при изменении температуры; в - релейный эффект при изменении приложенного напряжения.

Рис. 29. Возникновение релейного эффекта: а — схема под соединением термистора в электрическую цепь последовательно с линейным резистором; б — релейный эффект при изменении температуры; в — релейный эффект при изменении приложенного напряжения.

Применение. Сегодня широко применяют интегрированные резисторы, которые изготавливают в составе интегрированных микросхем. Дискретные резисторы используют, если интегрированные элементы применить невозможно:

— за высокого значения номинального сопротивления;
— как прецизионные;
— при высоком значение рассеиваемой мощности;
— при высоких рабочих напряжений;
— при необходимости использования резисторов с переменным сопротивлением;
— при необходимости использования специальных резисторов.
Терморезисторы с реакцией на внешнее нагрева используют как сенсоры температуры, а с реакцией на нагрев током — для регулирования процессов в электрических цепях. Фоторезисторы применяют в оптронных и других приспособлений, которые превращают световую энергию в электрическую.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

CAPTCHA image
*