Rezystor. ad a) drutowe -zwykłe -cementowane -emaliowane ad b) warstwowe -węglowe ad c) objętościowe

Transkrypt

1 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

2 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

3 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

4 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 ppm/k), dużą zależność od napięcia ( ppm/v), wysoki szum i złą stabilność długotrwałą.

5 Oznaczenie ppm oznacza milionową część (ang. part per milion), a więc jednostka ppm/k oznacza milionową część na 1 stopień Kelvina, 10-6 K. 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 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.

6 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 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

7 rezystorów mocy ważne jest aby pamiętać, że temperatura na powierzchni może dochodzić aż do o C. 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

8 (trwałość potencjometrów powszechnego użytku zawiera się zwykle w przedziale ). 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 o C). 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 kω), przy tym jedynie jako elementy o liniowej (typu A) charakterystyce rezystancyjnej w dwu jakościowo różniących się grupach, tj. typu 1 i typu 2.

9 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