Матеріали резисторів

Вугільні композитні резистори. Вугільні композитні резистори є найстаршим типом резистора. Збудовані у вигляді валика або трубки з вугільних частинок у в’язкій речовині та прилютованими виводами. Матеріальний склад вугільної частини визначає його значення опору. Перевагою цих резисторів є їх низька індуктивність. Їх недоліком є висока власна ємність, приблизно (0,2-1) пФ, в залежності від типу і значення опору. Висока власна ємність, яка виникає з розташування вугільних частинок у в’язкій речовині, призводить до обмеження частотного діапазону вугільних резисторів, зазвичай не більше, від (5-10) МГц. Вони мають високий температурний коефіцієнт опору (від -200 до -2000 ppm/К), велику залежність опору від прикладеної напруги (200-500 ppm/В), високий шум і погану довготривалу стабільність.

Плівкові вугільні резистори. Плівкові вугільні резистори або резистори з вугільним шаром. Складаються з керамічної трубки, на якій осаджений шар вугілля з певним значенням опору. В цьому шарі можна виконати спіральний надріз аж до 10 навоїв за допомогою діамантового леза або лазера, щоб досягнути номінального значення опору. Реактанс індуктивності, яка виникає з появою цієї спіралі є невеликою порівняно з реактансом, який виникає завдяки власній ємності приблизно 0,2 пФ. Вони мають високий температурний коефіцієнт (-200 до -1000 ppm/К). Напругова залежність є нижчою від 100 ppm/В. Рівень шуму є досить високим, а довготривала стабільність - поганою. Плівкові вугільні резистори є однак дуже дешевими у виробництві.

Металеві плівкові резистори. Металеві плівкові резистори відрізняються від вугільних тим, що шар вугілля замінений шаром металу. Процес виробництва подібний. Добрі властивості на високих частотах з огляду на низьку власну ємність (нижче 0,2 пФ). Температурний коефіцієнт опору є малим (5-100 ppm/К). Залежність від напруги є приблизно 1 ppm/В, низький рівень шуму і добра довготривала стабільність. Міцність щодо імпульсної перенапруги є низькою, нижчою навіть, ніж для плівкових вугільних резисторів. Тому потрібно бути обережним із заміною вугільних резисторів на металеві в імпульсних застосуваннях.

Товстоплівкові резистори. Товстоплівкові резистори часто називаються керметовими “metalglace”. Зовнішній шар складається з суміші окису металів і скла або кераміки і накладається через сито друкованим методом на керамічну основу. Резистори мають добрі властивості на високих частотах і низькому опорі. Власна ємність становить приблизно (0,1-0,3) пФ. Залежність опору від напруги є нижчою від інших типів резисторів 30 ppm/В. Довготривала стабільність є дуже доброю. Резистори є стійкими до імпульсних перевантажень, є надійними і витримують високі температури. Рівень шумів можна порівняти з плівковими вугільними резисторами. Резистори до поверхневого монтажу найчастіше виготовляються як товстоплівкові.

Тонкоплівкові резистори. Тонкоплівкові резистори мають дуже тонкий шар металу, найчастіше нікелю і хрому, який напилюється на скляну або керамічну основу. Резистори травляться і підганяються з допомогою лазера, щоб отримати потрібний опір. Властивості на високих частотах на загал не є добрими. Температурний коефіцієнт опору є дуже добрим, вдається отримати значення навіть нижчі від 1 ppm/К. Значення коефіцієнта напруги є нижчим від 0,05 ppm/В. Довготривала стабільність є надзвичайно доброю. Шуми є найнижчими від усіх типів поверхневих плівкових резисторів. Потужність розсіювання і стійкість до імпульсів є низькими. Висока стабільність спричиняє те, що резистори цього типу часто застосовуються в прецизійних пристроях, як, наприклад, дуже прецизійних подільниках напруги.

Резистори з окислів металів. Резистори з окислів металів мають зовнішній шар, наприклад, з окислу цинку, з якого можна створювати спіралі. Властивості на високих частотах є помірними з огляду на власну ємність приблизно 0,4 пФ. Температурний коефіцієнт опору становить приблизно ±200 ppm/К, залежність від напруги є нижчою від 10 ppm/В, а рівень шумів є низьким. Вони є стійкими до імпульсів напруги і переносять високі температури, що робить їх дуже доброю альтернативою для дротових резисторів великої потужності, особливо для великих значень опорів.

Резисторні матриці (драбинки). Резисторні матриці (драбинки) виготовляються у версії товсто- або тонкоплівковій. Складаються вони з керамічного корпусу з надрукованими резисторами і виводами. Існує два види резисторних матриць: однорядний (SIL – single in line) корпус з кількістю виводів від 4 до 14 і кількістю резисторів від 2 до 24, а також дворядковий корпус (DIL – dual in line) з кількістю виводів від 14 до 20 і кількістю резисторів від 7 до 36. Для поверхневого монтажу виготовляється багато різних типів корпусів. Часто виготовляють спеціальні резистивні матриці для спеціальних застосувань. Водночас можна отримати довільні внутрішні з’єднання між резисторами, різні значення опору, як також можна вбудувати в матрицю й інші елементи, такі як конденсатори чи діоди.

Одним з плюсів резисторних матриць є те, що вони займають мало місця на друкованій плиті, можна контролювати робочу температуру резисторів, монтаж є простим і не потребує багато часу, що означає нижчу ціну монтажу елементів.

Дротові намотані резистори. Дротові намотані резистори складаються з дроту з великим опором назагал ніхрому (CrNi), канталу (CrAlFe), або константану (CuNi), намотаного на корпус із кераміки, скла або скляного волокна. Ізолюється пластиком, силіконом, глазур’ю, або є розташованими в алюмінієвому корпусі, щоб легше передавати тепло до охолоджувальної основи. Їх виготовляють для застосувань, де вимагається висока якість і стабільність, а також для застосувань з високою потужністю, для яких потрібний грубий і витривалий дріт. Властивості для високих частот не є добрими. Висока індуктивність (0,1-10 мГн) і висока ємність (0,2-10 пФ) залежить від кількості навоїв дроту і розмірів корпусу. З метою зменшення індуктивності можна навити дроти в різний спосіб, наприклад, біфілярно, або хрестоподібно, або секційно в різних напрямках. В прецизійних типах температурний коефіцієнт опору є низьким (1-100 ppm/К). Залежність від напруги становить приблизно 1 ppm/В. Шум є дуже низьким, а довготривала стабільність – добра. Однак, витривалість до перенапруги є низькою. Потужні резистори мають температурний коефіцієнт опору від -50 до +1000 ppm/К в залежності від типу дроту. Залежність напруги і шуму – така як в прецизійних типах резисторів. Довготривала стабільність сильно залежить від температури поверхні резистора T_hs. При монтуванні дротових потужних резисторів важливим є пам’ятати, що температура на поверхні може доходити до (200-400) °С. Такі високі значення температури можуть мати вплив на довколишні елементи, матеріали і лютувальні вузли.

Термістори. ТермісторNTС є нелінійним резистором, опір якого сильно залежить від температури резистивного матеріалу. Як вказує англійська назва – Negative Temperature Coefficient - термістор має від’ємний температурний коефіцієнт опору, тобто опір зменшується зі зростанням температури (рис. 2.11). Вони виготовляються з полікристалічних напівпровідників, які становлять суміш сполук хрому, магнію, заліза, кобальту та нікелю, які сполучені пластиковим в’язким компаундом.

Опір термістора змінюється за формулою

, (2.41)

де А, В – сталі, залежні від матеріалу; Т - температура.

Стала за потужністю D є значенням потужності у Вт, яку потрібно прикласти для підвищення температури резистора на 1 К вище від температури середовища.

Часова стала τ - це час, через який термістор досягне 63,2 % (1-е^-1) того нового значення опору при зміні температури, але підвищення температури не може виникнути через вплив протікаючого струму. Це міра швидкості реакції і залежить вона від, наприклад, маси термістора.

Термістори NTC застосовуються, наприклад, для вимірювання і регулювання температури, температурної компенсації, часового запізнення і обмеження струмів навантаження.

Позистори. Позистор PTC має додатний температурний коефіцієнт опору, тобто його опір зростає зі зростанням температури (рис. 2.11). Опір дещо зменшується за низьких температур, але після перетину температури Кюрі матеріалу Т_с сильно зростає.

Температура переміни T_SW - це температура, при якій значення опору дорівнює двократному значенню мінімального опору. Термістори PTC

виготовляються з температурою Т_SW між 25 і 160 °С (аж до 270 °С, оскільки вони виготовляються як нагрівальні пристрої).

Час переміни t_SW - це час, що потрібний термістору PTC, щоб досягти температури T_SW в результаті проходження струму при сталій напрузі. В цей момент струм зменшується на половину.

Температурний коефіцієнт опору означає максимальний температурний коефіцієнт термістора PTC в тій частині характеристики, в котрій вона найбільш стрімка.

Дуже важливо не перевищувати максимальної напруги. Може наступити пробиття і термістор буде знищений. Не можна також послідовно з’єднувати багато термісторів PTC, щоб досягти вищої робочої напруги. Значний спад напруги може бути і на одному термісторі і він може бути тоді ушкодженим.

Термістори PTC застосовуються як захист від надмірного струму, наприклад, в електричних двигунах, саморегулювальних нагрівальних елементах, в колах розмагнічення кольорових телевізорів, в колах затримки і до вимірювання температури.

Варистори. Варистор є резистором, значення опору якого сильно зменшується зі зростанням напруги. Варистори найчастіше виготовляються із гранульованого окису цинку, з домішками різних елементів таких як Bi, Mn, Sb і т.д., конструктивно сформованого у вигляді таблетки. Поверхні багатьох стиків зерен діють як певного роду напівпровідникові з’єднання зі спадом напруги приблизно 3 В при значенні струму 1 мА і створюють довгі ланцюги. Цілковитий спад напруги залежить від величини зерна і товщини варистора. Аж до характерної напруги (напруги варистора), коли струм є не більшим від 1 мА, варистор буде мати високий опір. Після перетину прикладеною напругою значення граничної напруги варистора, значення струму зростає логарифмічно, тобто значення опору зменшується. Варистор може перейти зі свого високоомного стану до низькоомного за час, коротший, ніж 20 нс. Діаметр варистора визначає потужність і час його служби. Зерниста будова спричиняє те, що варистор має власну ємність порядку 50-20000 пФ в залежності від напруги і розмірів.

Нелінійність варистора можна використати для захисту від короткотривалих перенапруг, які виникають наприклад під час бурі або перемикання навантажень з індуктивним характером. Варистори можна застосовувати як на сталому, так і на змінному струмах. Дуже високі перенапруги зменшують опір варистора до (0,1–50) Ом в залежності від максимальної значення напруги і діаметра варистора.

Варистори монтуються в пристроях з трифазною напругою 230 В між фазою та нулем або землею з метою послаблення піків напруги, що можуть виникати на них, при вимірюваннях, в пристроях живлення між плюсовим і мінусовим виводами, між дротом і землею в сигналізаційних пристроях, на переривальному контакті кола котушки індуктивності, щоб запобігти іскрінню.

Фоторезистори. Фоторезистор також називається така назва вказує на змінний опір в залежності від падаючого на нього світла. Сильніше світло спричиняє спад значення опору.

Фоторезистори переважно виготовляються з двох різних матеріалів. Сірчаний кадмій CdS є чутливим приблизно до тієї ж смуги частот світла, що й людське око. Максимум чутливості селену кадмію CdSe зміщений в сторону інфрачервоного світла. Матеріал CdS має максимальну чутливість при 515 нм, а CdSe - при 720 нм, але при змішуванні цих двох матеріалів, можна отримати різні характеристики – з максимальною чутливістю в діапазоні довжин хвиль між 515 і 730 нм.

Матеріали CdS і CdSe в темноті взагалі не мають або мало мають вільних електронів, через що значення опору є дуже високим. Енергія, що переноситься світлом, спричиняє вивільнення валентних електронів і їх перенесення до пасма перенесення. При цьому значення опору буде низьким.

Діапазон зміни опору залежить, крім елементного складу, від типу виробничого процесу, поверхні і відстані між електродами, а також від поверхні, яка освітлюється. Фоторезистор має відносно велику температурну залежність: від 0,1 до 2 %/ К. Стала часу коливається від 1 мс до багатьох секунд, в залежності від сили світла, часу освічування а також і часу залишення без освітлення. Матеріал типу CdSe є швидкодійнішим за CdS. Обидва матеріали мають певний ефект пам’яті – після довготривалого статичного освітлення значення опору залишається незмінним певний час. Матеріал типу CdSe має сильніший ефект пам’яті, ніж матеріал CdS.

Потенціометри

Потенціометр є змінним резистором, значення якого можна змінювати механічним способом. Він має три виводи – по одному з кожної сторони резистивного елементу і третій для підключення до повзунка, який можна пересовувати резистивною доріжкою. Назва потенціометр виникла від його функції регулювання потенціалу або простіше – подільника напруги (рис. 2.13.а). Використовуючи тільки вивід з однієї сторони і повзунок можна використати потенціометр як регульований резистор (реостат) (рис. 2.13.б).

Рис. 2.13 – Схема потенціометра як подільника напруги (а) та реостата (б)

Потенціометри можна виготовляти в різних виконаннях, залежно від майбутнього застосування.

Поиск по сайту: