2.3. Резисторы

В зависимости от назначения резисторы делятся на резисторы общего назначения и специальные (прецизионные и сверхпрецизионные, высокочастотные, высоковольтные, высокомегаомные) [42 — 44].

Резисторы общего назначения используются в качестве различных нагрузок, поглотителей и делителей в цепях питания, элементов фильтров, шунтов, в цепях формирования импульсов и т.п. Диапазон номинальных сопротивлений этих резисторов 1 Ом... 10 МОм, номинальные мощности рассеяния 0,062... 100 Вт. Допускаемые отклонения сопротивления от номинального значения ±1; ±2; ±5; ±10; ±20%.

Прецизионные и сверхпрецизионные резисторы отличаются высокой стабильностью параметров при эксплуатации и большой точностью изготовления (допуск от ±0,0005 до 0,5%). Применяются они в основном в измерительных приборах, в различных счетно-решающих устройствах, вычислительной технике и системах автоматики.

Высокочастотные резисторы (резисторы с "подавленной" реактивностью), отличающиеся малыми собственной индуктивностью и емкостью, используются в высокочастотных цепях, кабелях и волноводах радиоэлектронной аппаратуры в качестве согласующих нагрузок, аттенюаторов, направленных ответвителей, эквивалентов антенн и т.п. Непроволочные высокочастотные резисторы способны работать на частотах до сотен мегагерц и более, а высокочастотные проволочные — до сотен килогерц.

Высоковольтные резисторы рассчитаны на большие рабочие напряжения (от единиц до десятков киловольт). Применяются они в качестве делителей напряжения, искрогасителей, поглотителей, в зарядных и разрядных высоковольтных цепях и т.п.

Высокомегаомные резисторы имеют диапазон номинальных сопротивлений от десятков мегаом до единиц тераом и рассчитываются на небольшие рабочие напряжения (100...400 В). Поэтому они работают в ненагруженном режиме и мощности рассеяния их малы (менее 0,5 Вт). Высокомегаомные резисторы применяют в электрических цепях с малыми токами, в приборах ночного видения, дозиметрах и в измерительной аппаратуре.

В зависимости от способа монтажа в аппаратуре как постоянные, так и переменные резисторы могут выполняться для печатного и навесного монтажа, а также для микромодулей и микросхем или для сопряжения с ними. Выводы резисторов для навесного монтажа могут быть жесткие или мягкие, аксиальные или радиальные из проволоки круглого сечения или ленты в виде лепестков и т.п. У резисторов, применяемых в составе микросхем и микромодулей, а также у СВЧ резисторов в качестве выводов могут использоваться части их поверхности.

В зависимости от способа защиты от внешних воздействующих факторов резисторы конструктивно выполняются: изолированными, неизолированными, герметизированными и вакуумными.

Неизолированные резисторы (с покрытием или без покрытия) не допускают касания своим корпусом шасси аппаратуры. Напротив, изолированные резисторы имеют достаточно хорошее изоляционное покрытие (лаки, компаунды, пластмассы и т.п.) и допускают касания корпусом шасси или токоведущих частей аппаратуры.

Герметизированные резисторы имеют герметичную конструкцию корпуса, которая исключает возможность влияния окружающей среды на его внутреннее пространство.

У вакуумных резисторов резистивный элемент с основанием помещается в стеклянную вакуумную колбу.

По характеру изменения сопротивления все резисторы подразделяются на постоянные и переменные. Последние, в свою очередь, делятся на подстроечные и регулировочные. У постоянных резисторов сопротивление является фиксированным и в процессе эксплуатации не регулируется. Переменные регулировочные резисторы допускают изменение сопротивления в процессе их функционирования в аппаратуре. Сопротивление подстроечных резисторов изменяется при разовой или периодической регулировке и не изменяется в процессе функционирования аппаратуры.

В зависимости от материала резистивного элемента резисторы разделяют на следующие группы: проволочные с резистивным элементом из волоченой или литой проволоки с высоким удельным сопротивлением; непроволочные; металлофольго-вые с резистивным элементом из фольги определенной конфигурации, нанесенной на изолированное основание.

Непроволочные резисторы делятся на тонкопленочные (толщина слоя — на-нометры), толстопленочные (толщина слоя — доли миллиметра), объемные (толщина слоя — единицы миллиметров). Тонкопленочные резисторы подразделяются на металлодиэлектрические, металлоокисные и металлизированные с резистивным элементом в виде микрокомпозиционного слоя из диэлектрика и металла или тонкой пленки окиси металла, или сплава металла; углеродистые и боро-углеродистые, проводящий элемент которых представляет собой пленку пиролитического углерода или борорганических соединений.

К толстопленочным резисторам относят лакосажевые, керметные и резисторы на основе проводящих пластмасс. Объемные резисторы могут быть с органическим и неорганическим связующим диэлектриком. Проводящие резистивные слои толсто-пленочных и объемных резисторов представляют собой гетерогенную систему (композицию) из нескольких фаз, получаемую механическим смешением проводящего компонента, например графита или сажи, металла или окисла металла, с органическими или неорганическими связующими (смолы, стеклоэмали), наполнителем, пластификатором и отвердителем. После соответствующей термообработки образуется гетерогенный монолитный слой с необходимым комплексом резистивных параметров.

Лакосажевые композиции формируются на основе синтетических смол в виде лаковых растворов. Проводящим компонентом является сажа. Резисторы на основе этих композиций называют лакосажевыми, лакопленочными или пленочными композиционными.

Кроме одиночных резисторов промышленностью выпускаются также наборы резисторов. Набор резисторов представляет совокупность резисторов, размещаемых, как правило, в корпусах микросхем или корпусах, сопрягающихся с микросхемами. Их классифицируют по назначению, типу резистивного элемента и схемотехническому построению. Самый простой набор — набор постоянных резисторов, соединенных или не соединенных в электрическую схему, не имеющий функциональной зависимости выходного сигнала от входного. Функциональный набор — набор постоянных резисторов, соединенных в электрическую схему, имеющий функциональную зависимость выходного сигнала от входного. Комбинированный набор — набор, состоящий из постоянных и переменных резисторов.

К основным характеристикам резисторов относятся следующие [42,43].

Номинальная мощность — наибольшая мощность, которую резистор может рассеивать в заданных условиях в течение гарантированного срока службы (наработки) при сохранении параметров в установленных пределах. Конкретные значения номинальных мощностей рассеяния в ваттах устанавливаются соответствующими ГОСТ'ами и выбираются из ряда: 0,01; 0,025; 0,05; 0,062; 0,125;

0,25; 0,5; 1; 2; 3; 4; 5; 8; 10; 16; 25; 40; 63; 80; 100; 160; 250; 500. Мощность Р, которую рассеивает резистор в конкретной электрической цепи, определяют через проходящий через него ток I и падение напряжения U или через номинальное сопротивление, как P=RI2 или P=U2/R.

Рабочее напряжение, при котором резистор может работать, не должно превышать значения, рассчитанного исходя из номинальной мощности и номинального сопротивления. Оно ограничивается в основном тепловыми процессами в токопрово-дящем элементе и электрической прочностью резистора и выбирается из ряда: 25;

50; 100; 150; 200, 250; 500; 750; 1000; 1500; 2500: 3000; 4000; 5000; 10 000; 20 000;

25 000; 35 000; 40 000; 60 000 В. Для переменных резисторов этот ряд несколько ограничен: 5; 10; 25; 50; 100; 150; 200; 250; 350; 500; 750; 1000; 1500; 3000; 8000 В.

Номинальное сопротивление — электрическое сопротивление, значение которого обозначено на резисторе или указано в нормативной документации. Диапазон номинальных сопротивлений установлен для резисторов: постоянных — от долей ома до единиц тераом; переменных проволочных — от 0,47 Ом до 1 МОм; переменных непроволочных — от 1 Ом до 10 МОм. Номинальные сопротивления резисторов, выпускаемых отечественной промышленностью в соответствии с рекомендациями МЭК (Международная электротехническая комиссия), стандартизованы. Для постоянных резисторов отечественного производства установлено шесть рядов: Е6; Е12;

Е24; Е48; Е96; Е192, а для переменных резисторов — ряд Е6. Цифра после буквы Е указывает число номинальных значений в каждом десятичном интервале. Напри мер, по ряду Е6 номинальные сопротивления в каждой декаде должны соответствовать числам 1; 1,5; 2,2; 3,3; 4,7; 6,8 или числам, полученным умножением или делением этих чисел на 10n, где n — целое положительное или отрицательное число. Принцип построения рядов Е48, Е98 и Е192 аналогичен приведенному, возрастает лишь число промежуточных значений.

Температурным коэффициентом (ТКС) называется величина, характеризующая относительное изменение сопротивления на один градус Кельвина или Цельсия. ТКС характеризует обратимое изменение сопротивления резистивного элемента вследствие изменения температуры окружающей среды или изменения электрической нагрузки. Чем меньше ТКС, тем лучшей температурной стабильностью обладает резистор. На практике пользуются средним значением температурного коэффициента сопротивления, который определяется в интервале рабочих температур с помощью специального измерителя ТКС. Значения ТКС прецизионных резисторов лежат в пределах от единиц до 100-1061/°С, а резисторов общего назначения — от десятков до +2000-10'61/°С.

Собственные шумы резисторов складываются из тепловых и токовых шумов. Возникновение тепловых шумов связано с флуктуационными изменениями объемной концентрации свободных электронов в резистивном элементе, обусловленными их тепловым движением. Спектр частот тепловых шумов непрерывный.

Токовые шумы обусловлены флуктуациями контактных сопротивлений между проводящими частицами, а также трещинами и неоднородностями резистивного элемента. Эти флуктуации являются следствием изменения площади контактирования отдельных токопроводящих частей структуры резистивного элемента, перераспределения напряжения на отдельных зазорах между этими частицами, возникновения новых проводящих цепочек в относительно больших зазорах под действием высокой напряженности электрического поля и т.п.

Собственные шумы резисторов тем выше, чем больше температура и напряжение. Значение ЭДС шумов для непроволочных резисторов — от долей единиц до десятков и сотен микровольт на вольт.

У некоторых типов резисторов, особенно высоковольтных и высокоомных, в зависимости от приложенного напряжения может изменяться сопротивление, нарушая тем самым линейность вольтамперной характеристики. Причина заключается в зависимости концентрации носителей тока и их подвижности от напряженности электрического поля. Для оценки степени нелинейности пользуются коэффициентом напряжения. Он определяется относительным изменением сопротивления резисторов, измеренным при испытательных напряжениях, соответствующих 10 и 100% его номинальной мощности рассеяния. Значение коэффициента напряжения колеблется у разных типов резисторов от единиц до десятков процентов.