Home » MK » Какви резистори да изберем – 1973-07

Какви резистори да изберем – 1973-07

Какъв резистор да изберем за нашата схема? Можем ли да заменим стирофлексния кондензатор с керамичен? Как да повишим качествения фактор на бобината? Ако заменим един транзистор с друг подобен, как ще се отрази това върху конструкцията на трансформатора? — Такива и подобни въпроси често ни задават читателите в своите писма. Тъй като много от тези въпроси представляват интерес за широк кръг млади радиолюбители, редакцията открива рубриката „Електронни елементи”. Надяваме се, че с поместените в нея статии ние  ще отговорим изчерпателно на повечето въпроси от този род.
В радиоелектрониката се употребяват постоянни и променливи резистори със съпротивление от части от ома до десетки мегаома и номинална мощност от 0,05 до няколко стотин вата. Те биват жични, слойни и обемни. От цялото това многообразие ние трябва да направим избор на най-подходящите резистори за конструираната от нас схема. За целта е необходимо да се познават добре свойствата, преимуществата и недостатъците на всеки от тях.

ПАРАМЕТРИ

Всеки резистор се характеризира преди всичко със следните параметри: номинално съпротивление и номинална мощност. Освен тях обаче върху работата и употребата на резисторите оказват влияние тяхната електрическа якост, собствена индуктивност, собствен капацитет, ниво на собствен шум, стабилност във времето, температурен коефициент на съпротивлението, механическа якост, размери, тегло и цена. Номиналните стойности на съпротивлението на резисторите са стандартизирани. Това позволява да се съкрати рязко тяхната номенклатура и да се улесни тяхната взаимозаменяемост. Произвеждането на резисторите става в масови серии в специализирани заводи. Поради неизбежните случайни отклонения в качеството на използваните материали и в технологичните режими, постигането на точното номинално съпротивление при всички резистори от една производствена серия е невъзможно. Ето защо заводите-производители гарантират номиналното съпротивление само в известни граници. При масово произвежданите резистори максимално допустимото отклонение  (допуск, толеранс) е обикновено \pm5%, \pm10% или \pm20% (съответно първи, втори или трети клас на точност.) Много по-рядко се употребяват така наречените прецизни резистори, които имат толеранс \pm2%, \pm1% или \pm0,5%.
Разликата между две последователни стандартни стойности на съпротивлението е приблизително равна на удвоения толеранс. Следователно колкото толеранса е по-малък, толкова по-гъст е редът от стандартни стойности (таблица 1).
За получаване на по-ниски или по-високи стандартни стойности на съпротивлението числата ог горната таблица се разделят или умножават един или няколко пъти на 10.
Номиналното съпротивление и толерансът трябва обезателно да бъдат означени върху резистора. При по-големите резистори се означава и тяхната номинална мощност. Това става с цифри и букви. При миниатюрните резистори обаче нанасянето на надписите е затруднено или невъзможно. Поради това миниатюрните резистори се означават с помощта на цветен код. Един от най-често употребяваните цветни кодове е илюстриран на фиг. 1 Върху резистора по-близо до единия му край са нанесени четири цветни пръстена или точки. Условните значения на различните цветове са дадени в таблица 2.

Първият и вторият пръстен дават стойността на първата и втората цифра от съпротивлението на резистора, а третият пръстен – броя на нулите след тях. Съпротивлението сс получава винаги в омове. Например, ако първият пръстен е кафяв, вторият — черен, а третият — оранжев, номиналното съпротивление на резистора е 10к \Omega. Чрез четвъртия пръстен се означава толерансът. Ако четвъртият пръстен е със златист цвят, толерансът е \pm5%, ако е със сребрист цвят, толерансът е \pm10%, ако няма четвърти пръстен, толерансът е \pm20%.

Когато през един резистор протича ток, той се загрява. Абсолютно необходимо е тази топлина да се разсейва в околното пространство, т. е. отделената в резистора енергия за единица време трябва да бъде равна на отдаваната от него в околното пространство енергия за единица време. В противен случай резисторът се загрява недопустимо и излиза от строя.
Състоянието на топлинно равновесие се характеризира с уравнението:
T=T_{0}+\frac{P}{\alpha S}
където Т е температурата, до която се загрява повърхността на резистора; T_{0} — температурата на околната среда; Р — мощността (енергията за единица време), отделяна в резистора; \alpha — коефициент на топлоотдаване; S — площта, през която се извършва топлоотдаването. Съгласно втория закон на Ом отделената в резистора мощност зависи от тока през него I (или от напрежението в краищата му U):
P=I^{2} R = \frac{U^{2}}{R}
В зависимост от материалите, от които е конструиран резисторът, температурата Т не бива да надвишава определена допустима граница T_{dop}, в противен случай, както отбелязахме, резисторът ще се повреди. Мощността, при която повърхността на резистора се нагрява до T_{dop}, се нарича номинална мощност на резистора. Натоварването на резисторите с мощност, по-голяма от номиналната, е недопустимо. Обратно, ако един резистор работи при мощност, значително по-ниска от номиналната, това увеличава неговата надеждност.
Тъй като при умерения климат температурата на въздуха рядко надминава 35°С, при определяне на номиналната мощност обикновено се приема T_{0}=40°С. При употребяване на резисторите това обстоятелство трябва обезателно да се има предвид. Нека например нашето устройство да работи при околна температура по-висока от 40°С или изложена на слънце, макар и само понякога. В такъв случай от формула 1 се вижда, че при една и съща допустима температура T_{dop} резисторът трябва да бъде натоварен с по-малка мощност P. С други думи, при повишена околна температура номиналната мощност на резистора се намалява. Същото важи и по отношение на налягането. Ако резисторите се употребяват при понижено налягане (в самолети или високо в планините), топлоотдаването се влошава, коефициентът \alpha става по-малък, следователно номиналната мощност се намалява. Номиналната мощност на резистора трябва да се намали и при работа в импулсен режим.
Най-често употребяваната скала за номиналните мощности на резистори е следната: 0,05; 0.125; 0,25; 0,5; 1; 2; 3; 6; 10, 20; 30; 60; 100; 200; 300 W.
Електрическата якост е мярка за способността на резистора да устои на определено напрежение, без да настъпи пробив в изолацията му. При високоомни резистори напрежението може да стане недопустимо високо, без да се достигне номиналната мощност на резистора (виж формула 2).
Собственият капацитет и собствената индуктивност са паразитни параметри на резистора, които са нежелателни, защото водят до възникване на резонансни явления, честотна зависимост на съпротивлението и пр.
Собствените шумове се дължат на топлинното хаотично движение на електроните в резистора и на случайните изменения в контактните съпротивления между отделните зърна на резистивния материал. Те се проявяват като малко паразитно електрическо напрежение в краищата на резистора, което постоянно се колебае и смущава полезния сигнал. Отношението между шумовото напрежение и полезното напрежение на сигнала в резистора се нарича ниво на собствен шум и трябва да бъде колкото може по-малко. В таблица 3 са дадени типичните стойности на нивото на собствен шум за различните видове резистори.
С течение на времето под влияние на външните въздействия и на вътрешни процеси в самия резистор неговите параметри се променят невъзвратимо. Този процес се нарича стареене и е особено силно изразен при резистори на органична основа.
Температурният коефициент на съпротивлението се дава от формулата: TKR=\frac{1}{R} . \frac{\Delta R}{\Delta T}, където \Delta R представлява изменението на съпротивлението при нарастване на температурата с \Delta T. Ако това изменение е положително, температурният коефициент е положителен и обратно. Резисторите с голям температурен коефициент са температурно нестабилни.
Променливите резистори се характеризират още с вида на своята функционална характеристика, начален скок на съпротивлението и пр. Функционалната характеристика представлява зависимостта на съпротивлението от положението на регулиращия орган. Например за слойните променливи резистори (потенциометри) са характерни следните функционални характеристики (фиг. 2): линейна — 1, логаритмична — 2 и обратно-логаритмична — 3. Те представляват зависимостта на съпротивлението от ъгъла на завъртане на оста на потенциометъра \phi . Началният скок на съпротивлението се дължи на внезапния преход на регулиращия орган (плъзгача) от контакта на извода към резистивния участък с високо съпротивление.

ЖИЧНИ РЕЗИСТОРИ

Принципната конструкция на жичните резистори е показана на фиг. 3. Те се изработват от проводник с високо специфично съпротивление 1, навит върху изолационна основа 2. За основа може да се използва цилиндрично или плоско тяло или тръба от керамика, гетинакс, стъкло или друг изолационен материал. Съпротивителният проводник е от константан, манганин, нихром и др. При еднослойни резистори може да се използва проводник без изолация. При плътно намотаване на отделните навивки една до друга се използва проводник с окисна изолация. При многослойни резистори проводникът се изолира с коприна.
Жичните резистори се отличават с голяма собствена индуктивност и собствен капацитет. За да се намали тяхната индуктивност, намотката може да се навие бифилярно (фиг. 4). Тази мярка обаче не намалява собствения капацитет, а увеличава възможността за пробив, тъй като цялото напрежение върху резистора се оказва приложено между две съседни навивки. За намаляване и на капацитета се използват две кръстосани намотки, свързани в паралел, така както е показано на фиг. 5.
Получаването на високоомни жични резистори е затруднено, но нискоомни и много нискоомни жични резистори се изработват лесно. Жичните резистори са сравнително скъпи. Обаче те са стабилни във времето, имат малък температурен коефициент, незначително ниво на собствен шум, лесно се изработват с малки толеранси и могат да разсейват значителна мощност. Това предопределя и областта на тяхното приложение — в мощни, нискочестотни, прецизни, малошумящи и стабилни вериги.

СЛОЙНИ РЕЗИСТОРИ

Съпротивителният елемент при слойните резистори е тънък слой от въглерод (графит), метал, метален окис, полупроводник, смес (композиция) от проводящи зърна и свързващо вещество и пр. На фиг. 6 е показана принципната конструкция на слойните резистори, които се състоят от основа 1, съпротивителен слой 2, изводи 3 и плъзгач 4.
Въглеродослойните резистори имат за основа керамичен цилиндър, върху  който е отложен слой графит получен чрез пиролитично разлагане на въглеводородни съединения. Въглеродослойните резистори са евтини, имат  малък отрицателен температурен коефициент, малък паразитен капацитет и индуктивност и са сравнително стабилни. Те се произвеждат със съпротивление от няколко ома до десетки мегаома.
Металослойните резистори се получават чрез вакуумно изпаряване на метал или сплав върху изолационна основа от керамика, стъкло или пластмаса. Те допускат значително по-голямо прегряване от въглеродослойните резистори, поради което при една и съща номинална мощност имат 2—3 пъти по-малък обем. Температурният им коефициент е много малък и може да бъде положителен или отрицателен. Отличават се с голяма стабилност във времето, обаче са слабо издръжливи на импулсни натоварвания поради наличието на нееднородности в съпротивителния слой и са по-скъпи от въглеродо-слойните.
Нанасянето на слоеве от съпротивителни композиции с органическо свързващо вещество се използва главно при променливите слойни резистори (фиг. 6-б). Композицията се състои от сажди и лак. Тя се нанася върху гетинаксова лента във вид на ивици с различно снецифично съпротивление и след сушене от лентата се щанцоват подковообразни плочки с различни функционални характеристики (фиг. 7). Поради наличието на органическо свързващо вещество композиционните резистори не са стабилни и се получават с големи толеранси. Те имат и високо ниво на собствен шум.
Повишаване на съпротивлението на слойните резистори се постига чрез спираловидно или надлъжно нарязване на съпротивителния слой (фиг. 8). Този начин се употребява от радиолюбителите за донагласяване на съпротивлението на резисторите, обаче трябва да се има предвид, че при това се нарушава тяхното защитно покритие. При спирално нарязване силно се повишава собствената индуктивност на резистора.

ОБЕМНИ РЕЗИСТОРИ

Обемните резистори се получават чрез пресуване на композиционни смеси. Те са най-евтини, обаче и най-нестабилни във времето, имат най-високо ниво на собствен шум и са чувствителни към влагата и температурата. Принципната конструкция на един обемен резистор е показана на фиг. 9.
За защита от околната среда резисторите се покриват с лак, глазура, отпресуват се в пластмаса или се херметизират.
У нас се произвеждат въглеродо-слойни и металослойни постоянни резистори, жични резистори и слойни композиционни променливи резистори (потенциометри).
Правилният избор на резистори за вашата схема може би ще ви спести много неприятности по време на нейното пускане и използване.
С. А

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *