Резисторы. Основные параметры резисторов

1.

Резисторы
Резистором называют радиоэлемент,
предназначенный для создания в
электрической цепи заданной величины
активного сопротивления
Rном =ρ l/ S где,
ρ – удельное сопротивление материала
резистивного элемента;
l – длина резистивного элемента (путь тока);
S – сечение резистивного элемента.

2.

Резисторы
• Резисторы используют для
формирования заданных величин
токов и напряжений, в качестве
элементов, вносящих
определенные затухания в
колебательные системы.
• Во многих РЭС они составляют до
30-50 % от общего числа
дискретных компонентов.

3.

Основные параметры резисторов
1. Rном, - номинальное значение сопротивления
(номинал) Ом, кОм, мОм ;
Rном =ρ l/ S
Очевидно, что величина сопротивления может
быть изменена любой из трёх величин, т.е.
подбором материала (ρ) или изменением
габаритных размеров резистивного элемента
(l и S ).
2. δR- относительное отклонение от номинала
(допуск),
δR=(Rном – R)/ Rном×100%,
где: R – фактическое сопротивление

4.

Ряды номинальных значений сопротивлений
Для выбора номинальных значений параметров
сопротивлений используются ряды предпочтительных
чисел (РПЧ), установленные международной
электротехнической комиссией и государственными
стандартами (ГОСТ 2825-67, 10318-74, 9664-74).
Для постоянных резисторов установлено шесть рядов
номинальных значений сопротивлений: Е6; Е12; Е24;
Е48; Е96; Е192,
а для переменных установлен ряд Е6 (допускается
использовать ряд ЕЗ).
Цифра после буквы Е указывает число номинальных
значений в каждом десятичном интервале.

5.

Ряды номинальных значений сопротивлений

6.

Основные параметры резисторов
3.
Pном номинальная мощность
рассеивания резистора Вт ;
Номинальная мощность рассеивания
Рном – максимально допустимая
мощность, которую резистор может
рассеивать при непрерывной работе в
заданных условиях эксплуатации без
изменения параметров (R, δR).
4. ∆Т - Диапазон рабочих температур.

7.

Основные параметры резисторов
5. Допустимое рабочее напряжение Uдоп –
это наибольшее напряжение, приложенное
к выводам, при котором резистор должен
работать в нормальных условиях в течение
гарантированного срока службы без потери
работоспособности.
Для высокоомных резисторов главным
фактором
является
электрическая
прочность.
Поэтому их выбирают из условия Uдоп˂ Uпр .

8.

Основные параметры резисторов
6.
Температурный
коэффициентом
изменения сопротивления ТКС.
ТКС = (1/R0) (dR dT) [1 C]
Относительное изменение сопротивления
резистора при изменении температуры.
Измеряется в 1 C или ppm/ C (10-6 )
миллионная доля на градус.

9.

Основные параметры резисторов

10.

Основные параметры резистора
7. Собственные шумы резисторов – это
изменяющееся случайным образом ЭДС,
возникающее на выводах резистора вследствие
флуктуации объёмной концентрации носителей
заряда и флуктуации сопротивления резистивного
элемента протекающему току. Они влияют на
пороговую чувствительность РЭС.
Величина собственных шумов резисторов
оценивается ЭДС шумов Eш или уровнем шумов –
это отношение действующего значения напряжения
шума Uш (мкВ) к величине приложенного к
резистору постоянного напряжения U0 (В):
Eш = Uш / U0

11.

Основные параметры резисторов

12.

Основные параметры резистора
Различают шумы тепловые и токовые.
Тепловой шум обусловлен неупорядоченным тепловым
движением электронов в резистивном элементе. Он
практически не зависит от материала проводника и имеет
равномерный белый частотный спектр.
Токовые шумы возникают только в непроволочных
резисторах и вызваны неоднородностью структуры
токопроводящего элемента, что приводит к местным
нагревам, нарушениям контактов между одними
частицами и появлению его между другими в результате
спекания.
Интенсивность токовых шумов сильно зависит от
величины тока, увеличивается с увеличением тока.
Частотный спектр токовых шумов – непрерывный с
уменьшением интенсивности в области высоких частот.

13.

Основные параметры резистора
8. Надежность резисторов можно
характеризовать интенсивностью отказов λ0 при
нормальных (лабораторных) условиях
эксплуатации при номинальной мощности
рассеивания.
• Для различных типов резисторов постоянного
сопротивления λ0 = (2…4)10-6 1/ч
• Для резисторов переменного сопротивления
интенсивность отказов, как правило, на 1-2
порядка выше.

14.

Параметры переменных резисторов

15.

Параметры переменных резисторов

16.

Параметры переменных резисторов
• Функциональная характеристика –
зависимость сопротивления переменного
резистора от угла поворота R = f ( ) или
линейного перемещения R = f (I)
скользящего контакта по резистивному
слою.
• Функциональные характеристики делят:
• линейные (типа А),
• нелинейные (типа Б – логарифмические и
типа В– обратнологарифмические),
• специального назначения (типа И или Е)

17.

Параметры переменных резисторов
• Разрешающая способность показывает,
при каком наименьшем изменении угла
поворота подвижной системы изменение
сопротивления резистора может быть
различимо.
• Для однооборотных переменных
резисторов разрешающая способность
лежит в пределах 0,02…0,4 %, для
многооборотных – 0,001…0,2 %.

18.

Параметры переменных резисторов
• Шумы скольжения (шумы
переходного контакта) – шумы,
возникающие в процессе вращения
подвижного контакта.
• Их величина порядка 1 мВ/В у новых и
до 100 мВ/В у изношенных резисторов.
• То есть, шумы скольжения на 3
порядка выше, чем токовые шумы.

19.

Классификация резисторов

20.

Классификация резисторов
• По назначению и исполнению:
резисторы постоянного и
переменного сопротивления,
нелинейные резисторы и резисторы
для интегральных микросхем.
• Резисторы постоянного
сопротивления разделяются на
резисторы общего применения и
специального назначения.

21.

Классификация резисторов
• Резисторы специального назначения
делятся на: прецизионные и (допуск
ΔR ≤ 2 % ), высоковольтные (UН > 1
кВ), высокочастотные (f > 10 МГц),
высокомегоомные (RН > 1 МОм),
теплостойкие, влагостойкие,
вибропрочные и ударопрочные,
высоконадёжные и т.д.

22.

Классификация резисторов
• По типу резистивного элемента
резисторы постоянного и
переменного сопротивления делятся
на проволочные (из проволоки
высокого сопротивления) и
непроволочные (пленочные,
композиционные из непроволочного
материала).

23.

Классификация резисторов
• Особую группу составляют непроволочные
резисторы интегральных микросхем:
• - толстопленочные, полученные на общей
подложке путём вжигания резистивных
паст;
• - тонкоплёночные, полученные путём
напыления на подложку плёнок из
металлов и сплавов;
• - полупроводниковые, полученные путём
диффузии примесей в тело
полупроводниковой подложки.

24.

Классификация резисторов
• К специальным резисторам относят резисторы,
сопротивление которых существенно
изменяется:
• - под воздействием приложенного напряжения
(R = f(U)) - варисторы;
• - в зависимости от температуры резистора
(R = f(t)) - терморезисторы или позисторы;
• - под воздействием деформации– тензомеры и
тензорезисторы;
• - под воздействием магнитного поля (R = f(H)) магниторезисторы;
• - под воздействием излучения (R = f(J)) фоторезисторы.

25.

Обозначение резисторов на схеме

26.

Обозначение резисторов на схеме

27.

28.

Виды резисторов
Резисторы постоянного сопротивления

29.

Виды резисторов
Резисторы переменного сопротивления

30.

Обозначения резисторов
По существовавшей ранее системе буквы обозначали: С – резисторы
постоянные, СП – резисторы переменные. Число, стоящее после букв,
обозначало
разновидность
резистора
в
зависимости
от
материала
токопроводящего элемента:
1 – непроволочные тонкослойные углеродистые и бороуглеродистые;
2
–
непроволочные
тонкослойные
металлодиэлектрические
и
металлоокисные;
3 – непроволочные композиционные пленочные;
4 – непроволочные композиционные объемные;
5 – проволочные;
6 – непроволочные тонкослойные металлизированные.
Например,
С2-33
–
резистор
тонкослойный, металлоокисный.
постоянный,
непроволочный,

31.

Конструкции непроволочных постоянных
резисторов

32.

Непроволочные постоянных резисторов
Углеродистые и бороуглеродистые резисторы
Резистивный элемент углеродистых резисторов слой углерода, нанесенный на диэлектрическое
основание
Достоинства : низкая стоимость, высокая
температурная стабильность, малая зависимость от
напряжения и частоты, низкий уровень
собственных шумов, стойкость к импульсным
перегрузкам возможность очень точной подгонки
сопротивления.
Недостатки: большие габариты по сравнению с
металлопленочными резисторами, низкая
стабильность и надёжность

33.

Конструкции непроволочных
постоянных резисторов
Металлопленочные - резистивный элемент
пленка толщиной 0.1…0.3 мкм из специальных
сплавов или металлов, осажденная на
керамическую подложку в форме цилиндра
методом термического испарения.
Достоинство: металлопленочных резисторов
перед углеродистыми – меньшие габариты и
более высокая рабочая температура (до2000
C).

34.

Конструкции непроволочных постоянных
резисторов
Резистивный элемент
металлоокисных резисторов –
пленка жаропрочных окислов
металлов, осажденная на
изоляционное основание (как
правило, керамику) в вакууме методом
термического испарения.

35.

Конструкции непроволочных постоянных
резисторов
Композиционные резисторы
Резистивный элемент - композиция из
механических смеси порошкообразного
проводника
(сажа,
графит)
со
связующим
органическим
или
неорганическим диэлектриком (смолы,
минеральные наполнители и т.п.).
В интегральных схемах - проводящие
компоненты - благородные металлы
(золото, платину, палладий).

36.

Конструкции непроволочных постоянных
резисторов
Достоинства:
высокой термостойкостью
высокой влагостойкостью
высокой надёжность.
низкая стоимость
Недостатки:
пониженная
стабильность
(особенно
во
времени),
большой уровень шумов,
существенная зависимость сопротивления от
частоты и напряжения, причем нелинейная.

37.

Конструкции проволочных постоянных
резисторов
Проволочные резисторы
По назначению разделяются на:
• резисторы общего назначения,
• прецизионные,
• высокочастотные.
Резистивный элемент - обмоточные провода
диаметром 0.02…1.0 мм и микропровода
диаметром до 10 мкм
Состав - сплавы высокого сопротивления
(манганин, константан, нихром, фехраль).

38.

Конструкции проволочных постоянных
резисторов
Достоинства:
• малые отклонения от номинального
значения,
• высокая стабильность,
• высокая термостойкость
• высокая влагостойкость,
• стойкость к перегрузкам,
• малые ТКС и уровень шумов,
• большая допустимая мощность
• высокая износоустойчивость.

39.

Конструкции проволочных постоянных
резисторов
Недостатки:
1. высокая стоимость,
2. большие габариты,
3. большие значения паразитных
индуктивностей, емкостей
Использование микропровода в
стеклянной изоляции позволило
уменьшить габариты проволочных
резисторов и они стали соизмеримы с
габаритами непроволочных.

40.

Конструкция непроволочного резисторов
переменного сопротивления

41.

Конструкция проволочного резисторов
переменного сопротивления

42.

Конструкция проволочного резисторов
переменного сопротивления

43.

Конструкции резисторов
переменного сопротивления
• Проволочные резисторы
переменного сопротивления
имеют те же преимущества перед
непроволочными, что и
резисторы постоянного
сопротивления (более стабильны,
термостойки, меньше уровень
шумов).

44.

Конструкции резисторов
переменного сопротивления

45.

Размеры резистора

46.

Непроволочный резистор

47.

Проволочные резисторы

48.

Примеры цифро-буквенной
маркировки резисторов:
3R9J — сопротивление н 3,9 Ом с допуском 5%. Буква R
означает что множитель, отсутствует. Так как стоит буква
между двух цифр, то она показывает еще место запятой. Вот
и получаем, номинал 3,9 Ом. С допуском - нужная буква.
2K4F — 2,4 КОм с допуском 1%.
Так как стоит буква K, цифру надо умножать на 1000 (10³),
но она стоит между цифрами, значит — обозначает запятую.
Получаем 2,4 КОм.
2M2K — резистор 2,2 МОм с допуском 10%. Множитель
стоит между двумя цифрами, обозначая положение запятой.
Получаем число 2,2. Буква М обозначает что это число надо
умножить на 1 000 000 (106) что обычно обозначается как
МОм. Получаем 2,2 МОм.

49.

Маркировка резисторов

50.

Цветовая маркировка резисторов:
количество полосок и значение их
местоположения

51.

SMD резисторы (Surface Mount Device)
Разработка и внедрение технологии
поверхностного монтажа (SMT) позволили
автоматизировать процесс сборки плат и
ускорить его, сделать проще, дешевле и
эффективней.
На
практике
может
встречаться
гибрид
технологий
поверхностного и сквозного монтажа.
Применение резисторов поверхностного
монтажа положительно сказывается на
массе и размерах радиоэлектронных
устройств, на их частотных параметрах.

52.

SMD резисторы
• Чип-резисторы общего применения
изготовляют по толстоплёночной технологии, а
прецизионные – по тонкоплёночной.
• К достоинствам резисторов этого типа стоит
отнести:
• стандартизацию размеров на международном
уровне,
• возможность автоматизированного
электромонтажа,
• наличие защиты внутреннего контактного слоя
от растворения, упаковку в ленты.

53.

Конструкция чип-резистора

54.

Конструкция чип-резистора
• Основным несущим элементом резистора
является подложка, изготовленная из
окиси аллюминия или керамики. Этот
материал обладает хорошими
диэлектрическими свойствами и имеет
очень высокую теплопроводность, что
необходимо для отвода тепла,
выделяющегося в резистивном слое, в
окружающую среду.

55.

Конструкция чип-резистора
• Основные (но не все!) электрические
характеристики резистора определяются
резистивным элементом, в качестве которого
чаще всего используется пленка металла или
окисла, например чистого хрома или двуокиси
рутения, нанесенная на подложку. Состав,
технология нанесения на подложку и характер
обработки этой пленки являются важнейшими
элементами, определяющими характеристики
резистора, и чаще всего представляют
производственный секрет фирмы
производителя.

56.

Конструкция чип-резистора
• Для соединения резистивного элемента с
проводниками печатной платы служат несколько
слоев контактных элементов. Внутренний
контактный слой обычно выполнен из серебра или
палладия, промежуточный слой представляет
собой тонкую пленку никеля, а внешний –
свинцово-оловянный припой. Такая сложная
контактная конструкция предназначена для
обеспечения надежной взаимной адгезии слоев. От
качества выполнения контактных элементов
резистора зависят такие его характеристики, как
надежность и токовые шумы.

57.

Типовые размеры SMD-резисторов
На корпус наносится маркировка, которая
сообщает о длине и ширине резистора в дюймах.
Это наиболее распространенный вариант,
используемый производителями, поставщиками,
продавцами.
Например, маркировка 0804 означает, что
длина детали равна 0,08 дюйма, а ширина – 0,04
дюйма. В системе СИ размеры указываются в
миллиметрах. Для перевода в миллиметры
дюймы умножают на 2,54.

58.

SMD резисторы
Типора L, мм
змер
0201
0,6
W, мм H, мм
a, мм
b,мм
0,3
0,25
0,12
0,15
0402
1
0,5
0,35
0,2
0,25
0603
1,6
0,8
0,45
0,3
0,3
0805
2
1,25
0,6
0,4
0,4
1206
3,2
1,6
0,6
0,5
0,5
1210
3,2
2,5
0,6
0,5
0,5
1812
4,5
3,2
0,6
0,5
0,5

59.

Максимальная рассеиваемая
мощность SMD-резистора
Размер
Длина (мм)
Мощность (Вт)
0201
0,6
0,05
0402
1,1
0,062
0603
1,6
0,1
0805
2,1
0,125
1206
3,1
0,25

60.

Маркировка SMD резисторов

61.

Схема с ЧИП компонентами

62.

63.

SMD резисторы

64.

SMD-резисторы

65.

SMD-резисторы

66.

Специальные резисторы
• Резисторы, сопротивление
которых сильно меняется под
влиянием вполне
определенного внешнего
воздействия, называются
специальными.

67.

Специальные резисторы
Тензомеры – резисторы, работа которых основана на
изменении электрического сопротивления при деформации
(растяжении или сжатии).
При растяжении проводящих элементов тензомера
увеличивается их длина и уменьшается поперечное сечение,
что увеличивает сопротивление тензомера, при сжатии —
уменьшает.
Конструктивно тензомеры это решетка из проволоки
(константан, нихром, сплавы на основе никеля и молибдена и
др.) или фольги, нанесённая на гибкую подложку.
В качестве подложки обычно используют ткань,
полимерную пленку, слюду.

68.

Специальные резисторы
Предназначены для применения в устройствах тензометрии с
целью измерения силы, перемещения, крутящего момента,
давления и других величин, преобразованных в упругую
деформацию.

69.

Специальные резисторы
• Тензорезисторами называют
полупроводниковые тензомеры, выполненные
(например, из кремния p-типа) в виде
брусочков малого сечения (не более 0.15х0.15
мм). Если у проволочных тензомеров
изменение сопротивления при деформации
связано с изменением размеров. У
полупроводников от деформация связана с
изменением межатомных расстояний в
кристалле, что приводит к изменению ширины
запрещенной зоны и заметному изменению
концентрации носителей.

70.

Специальные резисторы
Фоторезистор– это полупроводниковый резистор,
сопротивление которого зависит от освещённости.
Действие фоторезисторов основано на внутреннем
фотоэлектрическом эффекте, который заключается
либо в переходе электронов из валентной зоны, либо
из примесных уровней в зону проводимости.
Фоторезистивный эффект впервые открыт у селена.
Для изготовления фоторезисторов наиболее часто
используют сернистый свинец (PbS), сульфид и
селенид кадмия (CdS, CdSe).
Фоторезисторы изготовляют на разные диапазоны
волн от инфракрасных до рентгеновских лучей.

71.

Фоторезистор

72.

Специальные резисторы
Варистор – это резистор с нелинейной,
симметричной вольтамперной
характеристикой (ВАХ) R =φ(U),
сопротивление которого при увеличении
приложенного напряжения существенно
уменьшается.
Это позволяет использовать варисторы
• в схемах защиты от перегрузок,
• как ограничители напряжения

73.

ВАХ варистора

74.

Варистор
• Варистор 510Vac/670Vdc, 4500A, 820V(1mA),
0.6Вт, радиальные выводы
• Классификационное напряжение, В
• Максимальный пиковый ток, А

75.

Специальные резисторы
• Магниторезисторы (МР) – это
полупроводниковые резисторы,
электрическое сопротивление которых
зависит от величины напряженности
магнитного поля. Действие МР основано
на магниторезистивном эффекте, который
заключается в уменьшении подвижности
носителей заряда в полупроводнике,
помещенном в магнитное поле,
перпендикулярное электрическому полю.

76.

Магниторезистор
• Известно, что движущийся вдоль
электрического поля носитель заряда
отклоняется магнитным полем в
поперечном направлении.
• При этом уменьшается групповая
продольная скорость носителей
заряда, что проявляется как
уменьшение дрейфовой
подвижности носителей заряда.

77.

Магниторезистор
• Конструктивно магниторезистор
представляет собой нанесенную на
ферромагнитную изолированную
подложку зигзагообразную дорожку
малой ширины из полупроводника с
высокой подвижностью носителей
зарядов (например, ZnSb, ZnAs, ZnSb
+ NiSb, InSb + NiSb ).

78.

Магниторезистор

79.

Специальные резисторы
Терморезистором (термистором)
называется прибор, выполненный на
основе однородной полупроводниковой
структуры, электрическое сопротивление
которой существенно зависит от
температуры.
Действие терморезисторов с
отрицательным ТКС основано на сильной
зависимости концентрации носителей
заряда от температуры.

80.

Терморезисторы
• Основными параметрами терморезисторов
являются:
• - диапазон рабочих температур tmin…tmax;
• - чувствительность (ТКС);
• - номинальное сопротивление RН – при
температуре 20оC;
• - минимальная мощность Pmin – мощность, при
которой сопротивление изменяется на 1%.
Терморезисторы
с
отрицательным
ТКС
изготавливаются
полупроводниковых
материалов,
легированных
различными
примесями; карбида кремния (SiC); органических
полупроводников и т.д

81.

Терморезисторы
Терморезисторы с большим положительным ТКС,
назваются позистор.
Они изготавливаются из сегнетоэлектриков,
(титанат бария (BaTiO3), легированных лантаном,
церием, висмутом и т.д.
Принцип действия позисторов основан на
резком изменении электропроводности
кристаллов сегнетоэлектриков в области точки
Кюри, когда изменяется структура
кристаллической решетки.
Имеют низкую температурную и временную
стабильности.

82.

Терморезисторы (сопротивление
зависит от температуры)
Термисторы
(обладают
отрицательным ТКС).
Позисторы
(обладают
положительным ТКС)