Общие сведения о резисторах

Классификациярезисторов

Резисторы применяются практически во всех видах радиоэлектронной аппаратуры для регулирования и распределения электрической энергии. Они классифицируются по назначению, способам монтажа и защиты, виду вольт-амперной характеристики (ВАХ), характеру изменения сопротивления, материалу резистивного (токопроводящего) элемента.

В зависимости от назначения резисторы делятся на общего и специального (прецизионные, сверхпрецизион-ные, высокочастотные, высоковольтные, высокоомные) назначения.

Резисторы общего назначения имеют диапазон номинальных сопротивлений от 1 Ом до 10 МОм, допускаемые отклонения от номинального сопротивления ±1, ±2, ±5, ±10, ±20, ±30%, номинальные мощности рассеяния от 0,062 до 100 Вт.

Прецизионные и сверхпрецизионные резисторы отличаются более высокими стабильностью параметров и точностью изготовления (допуск от ±0,0001 до 5 %) и имеют более широкий диапазон номинальных сопротивлений, но меньшие мощности рассеяния (до 2 Вт); применяются в измерительных приборах и вычислительных устройствах.

Высокочастотные резисторы отличаются небольшими собственными индуктивностью и емкостью и способны работать на частотах до сотен мегагерц (непроволочные) и до сотен килогерц (проволочные); применяются, для работы в высокочастотных цепях, кабелях и волноводах.

Высоковольтные резисторы имеют рабочие напряжения до десятков киловольт и применяются в качестве искрогасителей, поглотителей и делителей в высоковольтных цепях.

Высокоомные резисторы имеют диапазон номинальных сопротивлений от десятков мегаом до единиц тераом, малые рабочие напряжения (100...400 В) и мощности (до 0,5 Вт); применяются в электрических цепях с малыми рабочими токами.

По характеру изменения сопротивления резисторы подразделяются на постоянные (с фиксированным сопротивлением) и переменные (подстроенные и регулировочные). Переменные регулировочные резисторы допускают изменение сопротивления в процессе их функционирования в аппаратуре. Сопротивление переменных подстроечных резисторов изменяется, как правило, при разовой или периодической регулировке и не изменяется в процессе функционирования аппаратуры. Переменные резисторы выполняются одноэлементными и многоэлементными (сдвоенные, строенные, счетверенные и спятеренные), с круговым и прямолинейным перемещением подвижного контакта, однооборотными и многооборотными, с выключателем и без выключателя, с упором и без упора, с фиксацией и без фиксации положения подвижной системы, с дополнительными и без дополнительных отводов.

В зависимости от материала резистивного элемента резисторы подразделяются на проволочные (резистивный элемент из волоченой или литой проволоки с высоким удельным сопротивлением), металлофольговые (резистивный элемент из фольги) и непроволочные. Непроволочные резисторы подразделяются на тонкопленочные (металлодиэлектрические, металлоокисные и металлизированные с резистивным элементом в виде композиционного слоя; углеродистые и бороуглеродистые), толстопленочные (лакоеажевые, лакопленочные, керметные и на основе проводящих пластмасс) и объемные. Объемные резисторы обладают большим уровнем шумов, но хорошо выдерживают импульсные перегрузки.

Металлоокисные резисторы имеют меньшие значения температурного коэффициента сопротивления, чем углеродистые.

Металлопленочные резисторы могут рассеивать относительно большую мощность при небольших размерах, малый уровень шумов и положительный температурный коэффициент.

Проволочные резисторы изготовляются с обычной или безындуктивной намоткой и применяются в тех случаях, когда требуется высокая стабильность и большая рассеиваемая мощность. Из-за конструктивных особенностей они не выпускаются на большие сопротивления. При работе с большими токами проволочные резисторы могут сильно нагреваться, поэтому их необходимо располагать на плате так, чтобы можно было обеспечивать вентиляцию и устранять влияние высокой температуры на соседние элементы.

В зависимости от способа монтажа постоянные и переменные резисторы могут выполняться для печатного и навесного монтажа (с жесткими или мягкими, аксиальными или радиальными выводами, в виде лепестков), для микромодулей и микросхем.

В зависимости от способа защиты от внешних воздействий резисторы конструктивно выполняются изолированными, неизолированными (не допускают касания своим корпусом шасси), герметизированными (в керамических, металлических и пластмассовых корпусах) и вакуумными (в стеклянных колбах).

В зависимости от вида вольт-амперной характеристики резисторы подразделяются на линейные и нелинейные (варисторы, магнито- и терморезисторы, рис. 4.1).

Система условных обозначений и маркировка резисторов

В соответствии с ОСТ 11.074.009—78 сокращенное условное обозначение резисторов состоит из следующих элементов:

первый элемент — буква или сочетание букв, обозначающие подкласс резисторов (Р — резисторы постоянные; РП — резисторы переменные; HP — наборы резисторов);

второй элемент — цифра, обозначающая группу резисторов по материалу резистивного элемента (1 — непроволочные; 2 — проволочные и металлофольговые);

третий элемент — регистрационный номер конкретного типа резистора.

Между вторым и третьим элементами ставится дефис.

До введения указанного выше стандарта были приняты обозначения: 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 обозначает резисторы постоянные непроволочные тонкослойные металлодиэлектрические, регистрационный номер 33; СПЗ-ЗО — резисторы переменные непро-волочные композиционные пленочные, регистрационный номер 30.

Полное условное обозначение в соответствии с ОСТ 11.074.009—78 состоит из сокращенного обозначения, варианта конструктивного исполнения (при необходимости), значений основных параметров и Характеристик резисторов, климатического исполнения и обозначения документа на поставку.

Параметры и характеристики, входящие в полное условное обозначение резистора, указываются в следующей последовательности.

Для резисторов постоянных:
номинальная мощность рассеяния; номинальное сопротивление и буквенное обозначение единицы измерения (Ом, кОм, МОм, ГОм, ТОм);
допускаемое отклонение сопротивления в процентах (допуск);
группа по уровню шумов (для непроволочных резисторов);
группа по температурному коэффициенту сопротивления (ТКС).
Для резисторов переменных: номинальная мощность рассеяния; номинальное сопротивление и буквенное обозначение единицы измерения (Ом, кОм, МОм);
допускаемое отклонение сопротивления в процентах; функциональная характеристика (для непроволочных резисторов);
обозначение конца вала и длины выступающей части вала (размер от монтажной плоскости до конца вала) по ГОСТ 4907—73: ВС-1 — сплошной гладкий, ВС-2 — слош-ной со шлицем, ВС-3 — сплошной с лыской, ВС-4 — сплошной с двумя лысками, ВС-5 — сплошной с рифлением, ВП-1 — полый гладкий, ВП-2 — полый с лыской (табл. 4.1—4.7).

Таблица 4.1. Основные размеры и вид вала ВС-1 — сплошной гладкий

Таблица 4.2. Основные размеры и вид вала ВС-2 — сплошной со шлицем

Таблица 4.3. Основные размеры и вид вала ВС-3 — сплошной с лыской

Таблица 4.4. Основные размеры и вид вала ВС-4 — сплошной с двумя лысками

Таблица 4.5. Основные размеры и вид вала ВС-5 — сплошной с рифлением

Таблица 4.6. Основные размеры и вид вала ВП-1 — полый гладкий

Таблица 4.7. Основные размеры и вид вала ВП-2 — полый с лыской

Для многоэлементных резисторов в полном условном обозначении параметры и характеристики записываются в виде дроби в порядке набора секции от выхода вала.

Буквенное обозначение единицы измерения мощности рассеяния указывается только в том случае, если она измеряется в киловатах (кВт). Климатическое исполнение (В — всеклиматическое и Т — тропическое) для всех типов резисторов указывается перед обозначением документа на поставку.

Маркировка на резисторах также буквенно-цифровая. Она содержит: вид, номинальную мощность, номинальное сопротивление, допускаемое отклонение сопротивления и дату изготовления. В зависимости от размера маркируемых резисторов и вида технической документации могут применяться полные и сокращенные (кодированные) обозначения номинальных сопротивлений и допусков.

Полное обозначение номинальных сопротивлений состоит из номинального сопротивления (цифра) и обозначения единицы измерения, например 215 Ом; 150 кОм; 2,2 МОм; 6,8 ГОм; 1 ТОм.

Кодированное обозначение номинальных сопротивлений состоит из трех или четырех знаков, включающих две цифры и букву или три цифры и букву (табл. 4.8). Буква кода из русского или латинского (в скобках) алфавита обозначает множитель, составляющий сопротивление, и определяет положение запятой десятичного знака. Буквы R, К, М, G, Т обозначают соответственно множители 1, 10^3, 10^6, 10^12 для сопротивлений, выраженных в омах. Для приведенного выше примера следует писать 215R, 150К, 2М2, 6G8, 1Т0.

Таблица 4.8. Кодированные обозначения номинальных сопротивлений

Таблица 4.9. Кодированные обозначения допускаемых отклонений сопротивлений

Таблица 4.10. Цвета знаков маркировки номинального сопротивления и допускаемых отклонений

Полное обозначение допускаемого отклонения состоит из цифр, кодированное — из буквы и цифры.

Кодированные обозначения допусков совпадают с международными стандартами (публикация Международной электротехнической комиссии) (табл. 4.9).

На постоянных резисторах в соответствии с ГОСТ 17598—72 и требованиями Публикации 62 МЭК допускается маркировка цветным кодом. Ее наносят знаками в виде кругов или полос. Для маркировки цветным кодом номинальное сопротивление резисторов в омах выражается двумя или тремя цифрами (в случае трех цифр последняя цифра не равна нулю) и множителем 10^n, где n — любое-число от —2 до +9 (табл. 4.10).

Маркировочные знаки сдвигают к одному из торцов резистора и располагают слева направо в следующем порядке:

Пример цветовой маркировки резистора с номинальным сопротивлением 47 кОм и допуском ±5 %:

Рис. 4.2. Цветовая маркировка резисторов

ля резисторов с номинальным сопротивлением, выраженным тремя цифрами и множителем, цветовая маркировка состоит из пяти знаков (полос). Первые три полосы — три цифры, четвертая и пятая — множитель и допуск. Если размеры резистора не позволяют разместить маркировку ближе к одному из торцов резистора, то площадь первого знака (ширина первой полосы) делается примерно в 2 раза больше других знаков.

Основные параметры и характеристики резисторов

Основными параметрами, которые учитываются при выборе резисторов для конкретных применений, являются: номинальное сопротивление, номинальная мощность, температурная стабильность, допуски, форма и габаритные размеры корпуса. В некоторых специальных случаях важное значение могут иметь шумы, максимальное рабочее напряжение и диапазон рабочих частот.

Номинальное сопротивление — электрическое сопротивление, которое обозначено на корпусе резистора и является исходным для отсчета его отклонений. Резисторы выпускаются с таким значением номинального сопротивления, чтобы вместе с его допуском оно было приблизительно равно значению сопротивления следующего номинала минус его допуск. Установлены следующие диапазоны номинальных сопротивлений: для постоянных — от долей ома до единиц тераом; для переменных проволочных — от 0,47 Ом до 1 МОм; для переменных непроволочных — от 1 Ом до 10 МОм. Иногда допускается отклонение от указанных пределов.

Номинальные сопротивления резисторов, выпускаемых отечественной промышленностью в соответствии с рекомендациями МЭК, стандартизованы. Согласно ГОСТ 2825—67 для постоянных резисторов установлено шесть рядов: Е6; Е12; Е24; Е48; Е96; Е192, а для переменных резисторов в соответствии с ГОСТ 10318—80 установлен ряд Е6. Кроме этого допускается использовать ряд ЕЗ. Цифра после буквы Е указывает число номинальных значений в каждом десятичном интервале (табл. 4.11 и 4.12).

Например, 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 10^n (n — целое положительное или отрицательное число).

Для прецизионных и сверхпрецизионных ре'зисторов с допусками ±0,01; ±0,005; ±0,002; ±0,001 % номинальные сопротивления устанавливаются из ряда, полученного умножением чисел 1, 2, 3, 4, 5, 8 или 9 на 10^n, где n — целое положительное число от 1 до 6.

Переменные резисторы (кроме номинального сопротивления) характеризуются также значениями: полного сопротивления (сопротивление между крайними выводами); установленного сопротивления (сопротивление между одним из выводов резистивного элемента и выводом подвижного контакта); минимального сопротивления (сопротивление между выводом подвижного контакта и любым выводом резистивного элемента при положении вала, обеспечивающем наименьшее сопротивление); сопротивления дополнительного отвода (сопротивление между крайним выводом резистивного элемента и выводом дополнительного отвода); переходного или контактного сопротивления (сопротивление между резистивным элементом и подвижным контактом); сопротивления контактов выключателя (сопротивление контакт-деталей и переходного сопротивления контакта); начального скачка (резкое изменение сопротивления при перемещении подвижной системы -от упора или положения «включено» до начала плавного изменения сопротивления); сопротивления изоляции (сопротивление между токоведущими частями и корпусом).

Таблица 4.11. Номинальные сопротивления по ряду ЕЗ, Е6, Е12, Е24

Таблица 4.12. Номинальные сопротивления по ряду Е48, Е96, Е192

Разница между номинальным и действительным (из-за погрешностей изготовления) сопротивления, отнесенная к номинальному значению, характеризует допускаемое отклонение (допуск) от номинального сопротивления в процентах. Допуски стандартизованы и согласно ГОСТ 9667—74 имеют следующие значения: ±0,001; ±0,002; ±0,005; ±0,01; ±0,02; ±0,05; ±0,1; ±0,25; ±0,5; ±1; ±2; ±5; ±10; ±20; ±30. Допуски указывают максимальное и минимальное сопротивления данного номинала.

Номинальная мощность определяет наибольшую мощность, которую может рассеивать резистор в заданных условиях в течение гарантированного срока службы при сохранении параметров в установленных пределах. При эксплуатации значение номинальной мощности ограничивается температурой окружающей среды и электрической нагрузкой. Обычно номинальная мощность приводится для конкретной температуры. С повышением температуры окружающей среды теплоотдача ухудшается и может произойти нагрев резистора до предельно допустимой температуры. В ТУ на резисторы приводятся зависимости допустимой мощности электрической нагрузки от температуры окружающей среды. По этим зависимостям выбирается электрическая нагрузка для определенных условий применения резистора и устанавливаются нижняя отрицательная и верхняя положительная температуры, при которых обеспечивается работоспособность при номинальной электрической нагрузке, а также предельная положительная температура, при которой резистор должен работать со снижением электрической нагрузки. Таким образом, если температура окружающей среды оказывается выше предельной, то рассеиваемую мощность необходимо уменьшать.

Номинальная мощность определяется расчетным путем с учетом использованных материалов и конструкции резистора. Мощность, рассеиваемая резистором в конкретной электрической цепи, зависит от проходящего через него тока и падения напряжения:

Кроме номинальной мощности рассеяния часто используется удельная мощность (отношение номинальной мощности к теплопроводящей поверхности, Вт/см^2, или к объему резистора, Вт/см^3). Согласно ГОСТ 24013—80 и ГОСТ 10318—80 значения номинальных мощностей рассеяния в ваттах устанавливаются следующие: 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.

Рабочее напряжение не должно превышать значения, рассчитанного по формуле:

где Рн и Rн — номинальные мощности и сопротивление, Uпред — предельное рабочее напряжение, устанавливаемое с учетом тепловых процессов в токопроводящем элементе, электрической прочности резистора, конструкции и размеров резистора и обеспечения длительной работоспособности.

Согласно ГОСТ 24013—80 предельные рабочие напряжения постоянных резисторов устанавливаются следующие: 25; 50; 100; 150; 200; 250; 500; 750 В и 1; 1,5; 2,5; 3; 4; 5; 10; 20; 25; 35; 40; 60 кВ, а согласно ГОСТ 10318—80 предельные рабочие напряжения переменных резисторов: 5; 10; 25; 50; 100; 150; 200; 250; 350; 500; 750 В и 1; 1,5; 3; 8 кВ.

Температурный коэффициент сопротивления (ТКС) — величина, показывающая относительное изменение сопротивления от изменения температуры на один градус Цельсия (или Кельвина). Он характеризует обратимое изменение сопротивления из-за изменения температуры окружающей среды (от положительной до отрицательной) или изменения электрической нагрузки. Чем меньше значение ТКС, тем лучше температурная стабильность резистора в интервале рабочих температур. Например, значения ТКС для прецизионных резисторов от единиц до 100*10^-6 1/°С, а для резисторов общего назначения от десятков до ±2000*10^-6 1/°С.

Резисторы характеризуются также уровнем собственных шумов (тепловых и токовых), которые тем выше, чем больше рабочие температура и напряжение. Высокий уровень шумов резисторов ограничивает чувствительность электронных схем и создает помехи при воспроизведении полезного сигнала. Для непроволочных резисторов ЭДС шумов имеют значения от долей микровольта до сотен микровольт на вольт.

Для высоковольтных и высокоомных резисторов, изменяющих свое сопротивление и линейность ВАХ от приложенного напряжения, используют для оценки степени нелинейности коэффициент напряжения, измеряемый при испытательных напряжениях, соответствующих 10 и 100 % его номинальной мощности. У разных типов резисторов он изменяется от единиц до десятков процентов.

Переменные резисторы дополнительно характеризуются функциональной характеристикой, разрешающей способностью (наименьшее изменение угла поворота и перемещения подвижной системы, при котором различимо изменение сопротивления), шумами скольжения (напряжение помех, возникающее при движении контакта по резистивному элементу), моментом статического трения подвижной системы (момент, прикладываемый к валу для обеспечения начала перемещения подвижной системы из любого положения), разбалансом сопротивления многоэлементного (блочного) резистора (отношение выходных напряжений, снимаемых с разных резисторных секций при перемещении их подвижной системы), износоустойчивостью (способностью сохранять свои параметры при многократных перемещениях подвижной системы).

По характеру функциональной зависимости переменные резисторы делятся на линейные (типа А) и нелинейные (типа Б — логарифмические и В — обратнологарифмические, применяемые для регулировки громкости и тембра звука, яркости свечения индикаторов, а также для специального назначения И или Е). Функциональные характеристики переменных резисторов представлены на рис. 4.3. Встречаются также переменные резисторы с синусными и косинусными зависимостями. Отклонения от заданной характеристики определяются допусками: для переменных резисторов общего назначения 2...20 %, для прецизионных 0,05...1 %.

Количественно разрешающая способность переменных резисторов рассчитывается в процентах или * тысячных долях напряжения, подводимого к резистору. У непроволочных резисторов она высокая и ограничивается дефектами резистивного элемента контактной щетки и значением переходного сопротивления между проводящим слоем и подвижным контактом. У проволочных резисторов она зависит от числа витков (обратно пропорционально числу витков), часто выражается в угловых единицах.

Разрешающая способность переменных резисторов общего назначения находится в пределах 0,1...3 %, а прецизионных — от тысячных долей процента.

Шумы перемещений (вращения) включают шумы короткого замыкания, шумы от перемещения контакта с одного витка на другой, шумы контактного сопротивления, генераторные шумы от трения двух контактных металлов, шумы от термоэлектрического эффекта, вибрационные шумы. Они выражаются для переменных проволочных резисторов через эквивалентное шумовое сопротивление или в омах, для непроволочных — через напряжение шумов в милливольтах. Напряжение шумов вращения для непроволочных резисторов достигает 15...50 мВ, а эквивалентное шумовое сопротивление проволочных резисторов 50...5000 Ом.

Разбаланс сопротивлений многоэлементного переменного резистора оценивается обычно в децибелах и допускается для резисторов общего назначения с линейной характеристикой до 3 дБ, а для резисторов с нелинейной характеристикой — до 6 дБ.

Износоустойчивость оценивается максимально допустимым числом поворотов (или циклов перемещения от упора до упора и обратно) подвижной системы, при достижении которого параметры резистора еще остаются в пределах норм ТУ. У прецизионных резисторов (потенциометров), имеющих низкие контактные сопротивления и малые моменты трения, износоустойчивость равна 10^5...10^7 циклов, у регулировочных резисторов — 5*10^3...1*10^5, у подстроечных резисторов (используются для разовых регулировок) — до 10^3.

Рекомендации по применению резисторов

На надежность, долговечность и сохраняемость резисторов влияют различные внешние факторы, климатические и механические нагрузки: температура, влажность, атмосферное давление, вибрация, одиночные и многократные удары, биологические факторы, акустические шумы и др. Повышенная температура и ее циклическое изменение способствуют старению проводниковых, контактных и изоляционных материалов, нарушению герметичности паяных соединений и тем самым вызывают необратимые изменения параметров резисторов. Сочетание повышенной температуры и электрической нагрузки усиливает указанные процессы.

При низких температурах ухудшаются механические свойства изоляционных материалов, что также может вызвать нарушение герметичности и прочности контактных узлов.

Повышенная влажность вызывает коррозию металлических частей и контактов резисторов и ухудшает электрические свойства изолирующих материалов; увеличивается сопротивление резисторов (особенно чувствительны углеродистые, металлодиэлектрические, металлоокисные, высокоомные).

Пониженное атмосферное давление создает благоприятные условия для электрического пробоя между проводящими деталями резисторов и ухудшает теплоотвод, а повышенное давление улучшает теплоотвод.

Из механических нагрузок наиболее опасными для резисторов являются вибрационные, совпадающие с их собственными резонансными частотами. Механические нагрузки, превышающие предельно допустимые значения, могут вызвать обрывы выводов, разрушение паяных соединений и нарушение герметичности корпусов.

При воздействии эксплуатационных факторов происходит необратьмое изменение (уменьшение или увеличение) сопротивления резисторов, так называемое старение резисторов. Более устойчивыми к старению являются все проволочные резисторы (изменение сопротивления 1... 3%), а также непроволочные: тонкослойные металло-
диэлектрические и металлоокисные. Менее устойчивыми — композиционные лакосажевые.

При работе на номинальной мощности нагрузки тонкослойные резисторы обычно увеличивают свое сопротивление, а при недогрузке — уменьшают. У толстопленочных композиционных резисторов вначале (после 300... 500 ч работы) уменьшается сопротивление, а к концу срока службы увеличивается.

При работе резисторов в электрических цепях переменного тока высокой частоты и импульсных устройствах наносекундного диапазона должна учитываться зависимость их полного сопротивления Z—Ra+jRp (где Ra — активное и Rp — реактивное сопротивления) от частоты из-за наличия собственных емкостей и индуктивностей. Для непроволочных резисторов с сопротивлением выше 1 кОм оно определяется собственной емкостью, для низкоомных — индуктивностями арматуры и нарезки резистивного элемента.

Резисторы, применяемые в колебательных контурах,. усилителях высокой частоты, аттенюаторах, должны обладать только активным сопротивлением, т. е. не изменять свое сопротивление в рабочем диапазоне частот. Допустимое значение частотной погрешности СВЧ резисторов нормируется в определенном диапазоне частот. Граничная частота, на которой может работать резистор, зависит от его номинального сопротивления RH и собственной емкости С: fгр = 1/(4πRC). Например, собственные емкости непроволочных резисторов (ВС, МТ, ОМЛТ, С2-6, С2-13, С2-14, С2-23, С2-33) находятся в интервале 0,1...1,1 пФ.

Наименьшие значения реактивного сопротивления имеют металлодиэлектрические и металлопленочные резисторы. У проволочных резисторов гораздо большие собственные емкости и индуктивности, поэтому их граничные частоты на два-три порядка ниже, чем непроволочных. Для уменьшения реактивной составляющей резисторов применяют различные способы намотки резистивного элемента (бифилярная, перекрестная, встречное включение) и различные методы компенсации. Частотные свойства проволочных резисторов характеризуются постоянной времени т=L/R—CR, которая не зависит от частоты в определенном диапазоне при

где w — круговая частота цепи переменного тока и w0 — собственная круговая частота резистора. Обычно проволочные резисторы применяют при wo=10w).

При работе на частотах до сотен килогерц используют низкоомные резисторы (до 10 кОм) с однослойной намоткой, у которых т=0,1... 1 мкс; высокоомные резисторы с многослойной намоткой используются на частотах до 10...50 кГц, у них т=10...100 мкс.

При работе в импульсном режиме через резистор протекают периодические импульсы тока, мгновенные значения которых могут значительно превышать значения в непрерывном режиме, а импульсная мощность может значительно превышать мощность рассеяния в непрерывном режиме. Допустимая амплитуда импульсного напряжения

не должна превышать предельного импульсного напряжения, указанного в ТУ и определяемого напряжением пробоя изоляционных материалов и воздушных зазоров, имеющихся в резисторах.

При работе в импульсном режиме средняя мощность не должна превышать номинальную. Например, при воздействии прямоугольных импульсов средняя мощность определяется из выражения

При работе проволочных резисторов с однослойной намоткой мгновенная мощность может превышать мощность рассеяния в непрерывном режиме.

Проволочные резисторы, имеющие многослойную намотку, могут работать с импульсным напряжением, не превышающим номинальное. Для всех резисторов при импульсной мощности, не превышающей номинальную, допускается работа без ограничения длительности импульсов.

При выборе конкретных типов резисторов для работы в РЭА должны учитываться условия эксплуатации (диапазон температур окружающей среды, влажность, атмосферное давление, механические нагрузки), требуемые значения параметров (номинальное сопротивление, допуск, сопротивление- изоляции, шумы, вид функциональной характеристики переменных резисторов, ТКС), допустимые рабочие режимы, (мощность, напряжение, частота), конструкции резисторов, виды концов валов управления переменных резисторов (наружная часть вала, выступающая за элементы крепления — табл. 4.1—4.7), способ монтажа, габаритные размеры, масса, показатели надежности, долговечности и сохраняемости. Для повышения надежности резисторы должны использоваться в облегченных режимах по сравнению с допустимыми (не более 0,7 номинальных).

В зависимости от конструкции резисторы могут крепиться на монтажные стойки, платы, панели и шасси с помощью крепежных деталей (винтов, шпилек, скоб, хомутиков, держателей) как горизонтально, так и вертикально, путем приклейки или пайки выводов. При этом не должны повреждаться корпус и защитные покрытия резисторов и ухудшаться условия теплоотвода, для чего они должны располагаться как можно дальше от тепловыделяющих элементов. Иногда необходимо применять принудительное охлаждение.

Для избежания резонансных явлений, когда частота вибрации равна частоте собственных колебаний резистора и резистор испытывает при этом максимальную механическую нагрузку, необходимо верхнюю границу диапазона частот вибрации ограничивать половиной собственной резонансной частоты или применять амортизирующие устройства.

Выпадение росы на поверхность резисторов увеличивает поверхностную проводимость, снижает их электрическую прочность и уменьшает сопротивление за счет шунтирующего действия воды, но это явление обратимо после испарения росы.

При применении РЭА -во влажном тропическом климате необходимо применять резисторы всеклиматического исполнения.

связь теплопроводности и электропроводности металлов

Важным следствием результатов, полученных в предыдущем параграфе, является так называемый закон Видемана — Франца. Этот закон связывает явление электропроводности с явлением теплопровод­ности. Металлы — хорошие проводники тепла, диэлектрики — плохие, поэтому естественно предположить, что теплопроводность металлов обусловлена свободными электронами. Сделав это предположение, можно для коэффициента теплопроводности металлов принять выра­жение, полученное для теплопроводности газов, так как механизм переноса тепла электронами и молекулами в основном один и тот же. Поэтому для коэффициента теплопроводности х металла непосред­ственно воспользуемся формулой (6), выведенной в § 56 т. I, полагая в ней число степеней свободы i— 3:

Здесь k — постоянная Больцмана, я0 — число электронов в единице объема, X—их средняя длина свободного пути в кристаллической решетке металла, и — средняя скорость теплового движения.

Беря отношение коэффициента теплопроводности х к коэффициенту электропроводности а, выражаемому формулой (8) § 161, получаем:

к. 1V.ll1 £

Величина mu?j2 представляет собой среднюю кинетическую энер­гию теплового движения электронов; если эту энергию считать равной средней кинетической энергии молекул (атомов) при той же темпе­ратуре, т. е. равной величине ^kT, то отношение */о принимает вид

* — т

здесь k и е — величины постоянные (постоянная Больцмана и заряд электрона), откуда получаем: отношение коэффициента теплопро­водности х к коэффициенту электропроводности а пропорцио­нально абсолютной температуре металла Г и не зависит от сорта металла.

Эта закономерность была установлена экспериментально Виде- маном и Францем. Если коэффициент теплопроводности х измерять в кал/град • см • сек, а коэффициент электропроводности с—• в ом'' • см1, то множитель при 7 по экспериментальным данным для раз­личных металлов равен 4,6—5,6 • 10""'J. Выведенное здесь теоретическое значение множителя 3kPje1 в тех же единицах равно 5,3 • 10~9. Однако, если уточнить формулы для х и о, пользуясь выражением для макс- веллова распределения скоростей, то численное согласие с опытом ухудшается, что указывает на случайный характер совпадения и необ­ходимость дальнейшего развития теории. Как мы уже отмечали, пред­ставление о свободных электронах в металле хотя в общем виде и объясняет явление электропроводности и ряд других связанных с ним явлений, все же дает во многих случаях существенные расхождения между теорией и опытом. Выражение коэффициента электропровод-

1 ti„e2l, ности а — —содержит две постоянные: «,, — число свободных

2 та

электронов в единице объема металла и А — среднюю длину свобод­ного пробега электрона, которые непосредственно не поддаются опыт­ному измерению. Теория Лоренца предполагает, что па по порядку совпадает с числом атомов в единице объема, а X равно расстоянию между ионами в кристаллической решетке проводника. Эти предпо­ложения естественны и не противоречат опытным значениям коэффи­циента электропроводности. Выражение для о, однако, не дает правильной температурной зависимости, так как единственный член в выражении для а, который, несомненно, зависит от температуры, — это скорость и теплового движения электронов. Последняя же, согласно кинетической теории, пропорциональна квадратному корню из абсо-

лютной температуры Т. Однако опыт (см. § 154) показывает, что удельное сопротивление р прямо пропорционально абсолютной темпе­ратуре, а следовательно, электропроводность а обратно пропорцио­нальна первой степени температуры; отсюда для соответствия с опытом надо допустить, что произведение меняется обратно пропорцио­нально корню квадратному из абсолютной температуры; это допущение трудно обосновать.

Другое несогласие между теоретическими представлениями и опыт­ными данными еще более резко. Предположение о большом числе свободных электронов, движущихся в проводнике и обладающих энер­гией, приводит к заключению, что теплоемкость проводника должна быть значительно больше теплоемкости непроводящих твердых тел. Сделав предположение, что число электронов — порядка числа атомов, мы получим на граммолекулу вещества дополнительную внутреннюю энергию, а именно — энергию беспорядочно движущихся электронов, 3 3

равную -у-kNT= ^ R T, где R — газовая постоянная.

Это приведет к тому, что молярная теплоемкость возрастет на

величину у R=3 кал j град ■ моль. Однако опыт показывает, что

проводники удовлетворяют закону Дюлонга и Пти (см. § 93 т. I) не хуже, чем непроводящие твердые тела, т. е. их молярная теплоемкость равна приблизительно 6 кал/град • моль, а не 9 кал/град • моль, как того требует наше рассуждение.

Следовательно, электроны, участвующие в процессе электропро­водности и теплопроводности, не влияют в силу каких-то причин на теплоемкость проводника. Это обстоятельство необъяснимо с точки зрения теории Лоренца и может быть объяснено лишь с помощью квантовой механики.

Поиск по сайту: