Как рассчитывается номинальное сопротивление резисторов различного типа

Типы резисторов

Слово «резистор» произошло от латинского « resisto », что значит сопротивляюсь. Резисторы относятся к наиболее распространенным деталям радиоэлектронной аппаратуры.

Основным параметром резисторов является их номинальное сопротивление, измеряемое в Омах ( Ом ), килоомах ( кОм ) или мегаомах ( МОм ). Номинальные значения сопротивлений указываются на корпусе резисторов, однако действительная величина сопротивления может отличаться от номинального значения. Эти, отклонения устанавливаются стандартом в соответствии с классом точности, определяющим величину погрешности.

Широко используются три класса точности допускающие отклонение сопротивления от номинального значения:

• I класс – на ± 5 %
• II класс – на ± 10 %
• III класс – на ± 20 %

Существует так же так называемые прецизионные резисторы, они выпускаются с допусками:

• ± 2 %
• ± 1 %
• + 0,2 %
• ± 0,1 %
• ± 0,5 %
• ± 0,02 %
• ± 0,01 %

Помимо сопротивления резисторы характеризуются предельным рабочим напряжением, температурным коэффициентом сопротивления и номинальной мощностью рассеяния.

Предельным рабочим напряжением называют максимально допустимое напряжение, приложенное к выводам резистора, при котором он надежно работает. Температурный коэффициент сопротивления ( ТКС ) отражает относительное изменение величины сопротивления резистора при колебании температуры окружающей среды на 1 °С . В зависимости от материала, из которого изготовлен резистор, его сопротивление с увеличением температуры может возрастать либо уменьшаться. В первом случае ТКС оказывается положительным, а во втором – отрицательным.

Если на резисторе выделяется большая мощность, чем предусмотрено, его температура будет повышаться, и он даже может перегореть. В большинстве устройств РЭА применяются резисторы с номинальной мощностью рассеяния от 0,125 до 2 Вт .

• Постоянный резистор без указания номинальной мощности рассеивания
• 0,05 Вт
• 0,125 Вт
• 0,25 Вт
• 0,5 Вт
• 1 Вт
• 2 Вт
• 5 Вт
• 10 Вт

Номинальное значение сопротивления и допускаемое отклонение указываются на резисторе с помощью специальных буквенных обозначений:

• Е (К) – от 1 до 99 Ом
• К – от 0,1 до 99 кОм
• М – от 0,1 до 99 МОм

Пример обозначений номинальных сопротивлений резисторов:

• 27Е – 27 Ом
• 4Е7 – 4,7 Ом
• К680 – 680 Ом
• 1К5 – 1,5 кОм
• 43К – 43 кОм
• 2М4 – 2,4 МОм
• 3М – 3 МОм

Различают два основных вида резисторов: нерегулируемые ( постоянные ) и регулируемые ( переменные и подстроечные ). Особую группу составляют полупроводниковые резисторы.

Постоянные резисторы

Постоянные резисторы могут быть проволочными и непроволочными. Проволочные резисторы представляют собой цилиндрическое тело, на которое наматывается проволока из металла, обладающего большим удельным сопротивлением. Первыми элементами обозначения таких резисторов являются буквы:

Из наиболее широко применяемых непроволочных резисторов можно назвать углеродистые, типа:

Металлизированные резисторы, лакированные эмалью, теплостойкие:

Композиционные резисторы, с стеклянным основанием, на которое наносится токопроводящий материал-смесь нескольких веществ:

На электрических схемах постоянные резисторы, независимо от их типа, изображаются в виде прямоугольников, выводы от концов резисторов – линиями, проведенными от середин меньших сторон. Допустимая рассеиваемая мощность резистора указывается внутри прямоугольника. Рядом с условным графическим обозначением наносят латинскую букву R , после которой следует порядковый номер резистора, согласно принципиальной схеме, а также номинальное его сопротивление.

Обозначение постоянного резистора

Для сопротивления от 0 до 999 Ом единицу измерения не указывают, для сопротивления от 1 кОм до 999 и от 1 МОм и выше к числовому его значению добавляют обозначения единиц измерения.

Сопротивление резистора ориентировочное

Если величина сопротивления резистора на схеме указана ориентировочно и в процессе настройки может быть изменена, к условному обозначению резистора добавляется звездочка * .

При необходимости подчеркнуть, что данный резистор должен обязательно быть проволочным, рядом с символом R делается надпись « пров ».

Переменные резисторы

Регулируемые, или переменные резисторы являются радиоэлементами, сопротивления которых можно изменять от нуля до номинальной величины. Как и постоянные, регулируемые резисторы могут быть проволочными и непроволочными.

Регулируемый резистор без отводов

Регулируемый непроволочный резистор представляет собой токопроводящее покрытие, нанесенное на диэлектрическую пластинку в виде дуги, по которому перемещается пружинящий контакт (движок), скрепленный с осью. От этого контакта и от краев токопроводящего покрытия сделаны выводы.

Функциональная характеристика переменного резистора

По виду зависимости сопротивления между начальным выводом от токопроводящей части и движком от угла поворота оси различают резисторы типов:

• А – линейная зависимость
• Б – логарифмическая
• В – показательная зависимость

Регулируемый резистор с двумя дополнительными отводами

Сдвоенный переменный резистор

Двойной переменный резистор

Регулируемый резистор с выключателем

Подстроечные резисторы

Разновидностью регулируемых резисторов являются подстроечные резисторы, которые не имеют выступающей оси, скрепленной с движком. Изменять положение движка и, следовательно, сопротивление между ним и одним из концов токопроводящего слоя в подстроечном резисторе можно только с помощью отвертки.

Терморезисторы

Терморезистор – полупроводниковый резистор, включаемый в электрическую цепь, сопротивление которого возрастает при уменьшении температуры и понижается при ее увеличении. Температурный коэффициент сопротивления ( ТКС ) таких резисторов отрицательный.

Позистор – полупроводниковый резистор, включаемый в электрическую цепь, сопротивление которого увеличивается при увеличении температуры и уменьшается при ее уменьшении. Температурный коэффициент сопротивления ( ТКС ) таких резисторов положительный.

Условное графическое обозначение варисторов

Варисторами – называют полупроводниковые резисторы, в которых используется свойство уменьшения сопротивления полупроводникового материала при увеличении приложенного напряжения.

Система обозначений варисторов включает буквы СН (сопротивление нелинейное) и цифры.

Первая из цифр обозначает материал

• 1 – карбид кремния
• 2 – селен

Вторая цифра – конструкцию

• 1,8 – стержневая
• 2, 10 – дисковая
• 3 – микромодульная

Третья цифра – порядковый номер разработки. Последним элементом обозначения также является число. Оно указывает на классификационное напряжение в вольтах, например – СН-1-2-1-100.

Варисторы применяют для защиты от перенапряжений контактов, приборов и элементов радиоэлектронных устройств, высоковольтных линий и линий связи, для стабилизации и регулирования электрических величин и т. д.

Фоторезисторы

Фоторезисторами – называют полупроводниковые резисторы, сопротивление которых изменяется от светового или проникающего электромагнитного излучения. Более широко используются фоторезисторы с положительным фотоэффектом. Их сопротивление уменьшается при освещении или облучении электромагнитными волнами.

Условное графическое обозначение фоторезисторов

Благодаря высокой чувствительности, простоте конструкции, малым габаритам фоторезисторы применяются в фотореле различного назначения, счетчиках изделий в промышленности, системах контроля размеров и формы деталей, устройствах регулирования различных величин, телеуправлении и телеконтроле, датчиках различных величин и др.

Система обозначений фоторезисторов ранних выпусков содержит три буквы и цифру. Первые две буквы – ФС (фотосопротивление), за ними следует буква, обозначающая материал светочувствительного элемента:

• А – сернистый свинец
• К – сернистый кадмий
• Д – селенистый кадмий

Затем идет цифра, указывающая на вид конструкции, например: ФСК-1 .

В новой системе обозначений первые две буквы СФ (сопротивление фоточувствительное). Следующая за ними цифра указывает на материал чувствительного элемента, а последняя цифра означает порядковый номер разработки, например: СФ2-1 .

Как определить и подобрать мощность резистора (сопротивления)

Резисторы есть в любой электрической схеме. Но в разных схемах протекают различной величины ток. Не могут же одни и те же элементы работать при 0,1 А и при 100 А. Ведь при прохождении тока сопротивление греется. Чем выше ток, тем более интенсивный нагрев. Значит, и резисторы должны быть на разную величину тока. Так и есть. Отображает их способность работать при различных токах такой параметр, как мощность резистора. На деталях покрупнее она указывается прямо на корпусе. Для мелких корпусов есть другой метод определения (см. ниже).

Что такое мощность резистора

Мощность определяется как произведение силы тока на напряжение: P = I * U и измеряется в ваттах (закон Ома). Рассеиваемая мощность резистора — это максимальный ток, который сопротивление может выдерживать длительное время без ущерба для работоспособности. То есть, этот параметр надо выбирать для каждой схемы отдельно — по максимальному рабочему току.

Как определить мощность резистора по внешнему виду: надо знать соответствие размеров и мощностей

Физически рассеиваемая мощность резистора — это то количество тепла, которое его корпус может «отдать» в окружающую среду и не перегреться при этом до фатальных последствий. При этом, нагрев не должен слишком сильно влиять на сопротивление резистора.

Стандартный ряд мощностей резисторов и их обозначение на схемах

Обратите внимание, что резисторы одного номинала могут быть с разной мощностью рассеивания. Этот параметр зависит от технологии изготовления, материала корпуса. Есть определенный ряд мощностей и их графическое обозначение по ГОСТу.

Как обозначается на схеме мощность рассеивания резистора 0,05 Вт

Мощность резистора 0,125 Вт на схеме

Как на схеме выглядит резистор мощностью 0,25 Вт

Так на схеме обозначается резистор мощностью 0,5 Вт

Мощность резистора 1 Вт схематически обозначается так

Рассеиваемая на резисторе мощность 2 Вт

Обозначение на схеме мощности резистора 5 Вт

Графическое обозначение мощности резисторов на схеме — черточки и римские цифры, нанесенные на поверхность сопротивления. Самое малое стандартное значение 0,05 Вт, самое большое — 25 Вт, но есть и более мощные. Но это уже специальная элементная база и в бытовой аппаратуре не встречается.

Как обозначаются мощность маломощных резисторов надо просто запомнить. Это косые линии на прямоугольниках, которыми обозначают сопротивления на схемах. Количество косых черточек обозначает количество четвертей дюйма. При номиналах сопротивлений от 1 Вт на изображении ставятся римские цифры: I, II, III, V, VI и т.д. Цифра эта и обозначает мощность резистора в ваттах. Тут немного проще, так как соответствие прямое.

Как определить по внешнему виду

На принципиальной схеме указана нужная мощность резистора — тут все понятно. Но как определить мощность сопротивления по внешнему виду на печатной плате? Вообще, чем больше размер корпуса, тем больше тепла он рассеивает. На достаточно крупных по размеру сопротивлениях указывается номинальное сопротивление и его мощность в ваттах.

Тут есть некоторая путаница, но не все так страшно. На отечественных сопротивлениях рядом с цифрой ставят букву В. В зарубежных ставят W. Но эти буквы есть не всегда. В импортных может стоять V или SW перед цифрой. Еще в импортных может тоже стоять буква B, а в отечественных МЛТ может не стоять ничего или буква W. Запутанная история, конечно. Но с опытом появляется хоть какая-то ясность.

Как определить мощность резистора: стоит в маркировке

А ведь есть маленькие резисторы, на которых и номинал-то с трудом помещается. В импортных он нанесен цветными полосками. Как у них узнать мощность рассеивания?

В старом ГОСТе была таблица соответствий размеров и мощностей. Резисторы отечественного производства по прежнему делают в соответствии с этой таблицей. Импортные, кстати, тоже, но они по размерам чуть меньше отечественных. Тем не менее их также можно идентифицировать. Если сомневаетесь, к какой группе отнести конкретный экземпляр, лучше считать что он имеет более низкую способность рассеивать тепло. Меньше шансов, что деталь скоро перегорит.

Тип резистора	Диаметр, мм	Длинна, мм	Рассеиваемая мощность, Вт
ВС	2,5	7,0	0,125
УЛМ, ВС	5,5	16,5	0,25
ВС	5,5	26,5	0,5
7,6	30,5	1
9,8	48,5	2
25	75	5
30	120	10
КИМ	1,8	3,8	0,05
2,5	8	0,125
МЛТ	2	6	0,125
3	7	0,125
4,2	10,8	0,5
6,6	13	1
8,6	18,5	2

С размерами сопротивлений и их мощностью вроде понятно. Не все так однозначно. Есть резисторы большого размера с малой рассеивающей способностью и наоборот. Но в таких случаях, проставляют этот параметр в маркировке.

Мощность SMD-резисторов

SMD-компоненты предназначены для поверхностного монтажа и имеют миниатюрные размеры. Мощность резисторов SMD определяется по размерам. Также она есть в характеристиках, но необходимо знать серию и производителя. Таблица мощности СМД резисторов содержит наиболее часто встречающиеся номиналы.

Размеры SMD-резисторов — вот по какому признаку можно определить мощность этих элементов

Код imperial	Код metrik	Длинна inch/mm	Ширина inch/mm	Высота inch/mm	Мощность, Вт
0201	0603	0,024/0,6	0,012/0,3	0,01/0,25	1/20 (0,05)
0402	1005	0,04/1,0	0,02/0,5	0,014/0,35	1/16 (0,062)
0603	1608	0,06/1,55	0,03/0,85	0,018/0,45	1/10 (0,10)
0805	2112	0,08/2,0	0,05/1,2	0,018/0,45	1/8 (0,125)
1206	3216	0,12/3,2	0,06/1,6	0,022/0,55	1/4 (0,25)
1210	3225	0,12/3,2	0,10/2,5	0,022/0,55	1/2 (0,50)
1218	3246	0,12/3,2	0,18/4,6	0,022/0,55	1,0
2010	5025	0,20/2,0	0,10/2,5	0,024/0,6	3/4 (0,75)
2512	6332	0,25/6,3	0,12/3,2	0,024/0,6	1,0

В общем-то, у этого типа радиоэлементов нет другого оперативного способа определения тока, при котором они могут работать, кроме как по размерам. Можно узнать по характеристикам, но их найти не всегда просто.

Как рассчитать мощность резистора в схеме

Чтобы рассчитать мощность резисторов в схеме, кроме сопротивления (R) необходимо знать силу тока (I). На основании этих данных можно рассчитать мощность. Формула обычная: P = I² * R. Квадрат силы тока умножить на сопротивление. Силу тока подставляем в Амперах, сопротивление — в Омах.

Если номинал написан в килоомах (кОм) или мегаомах (мОм), его переводим в Омы. Это важно, иначе будет неправильная цифра.

Схема последовательного соединения резисторов

Для примера рассмотрим схему на рисунке выше. Последовательное соединение сопротивлений характерно тем, что через каждый отдельный резистор цепи протекает одинаковый ток. Значит мощность сопротивлений будет одинаковой. Последовательно соединенные сопротивления просто суммируется: 200 Ом + 100 Ом + 51 Ом + 39 Ом = 390 Ом. Ток рассчитаем по формуле: I = U/R. Подставляем данные: I = 100 В / 390 Ом = 0,256 А.

По расчетным данным определяем суммарную мощность сопротивлений: P = 0,256² * 390 Ом = 25,549 Вт. Аналогично рассчитывается мощность каждого из резисторов. Например, рассчитаем мощность резистора R2 на схеме. Ток мы знаем, его номинал тоже. Получаем: 0,256А² * 100 Ом = 6,55 Вт. То есть, мощность этого резистора должна быть не ниже 7 Вт. Брать с более низкой мощностью точно не стоит — быстро перегорит. Если позволяет конструктив прибора, то можно поставить резистор большей мощности, например, на 10 Вт.

Есть резисторы серии МЛТ, в которых мощность рассеивания тепла указана сразу после названия серии без каких-либо букв. В данном случае — МЛТ-2 означает, что мощность этого экземпляра 2 Вт, а номинал 6,8 кОм.

При параллельном подключении расчет аналогичен. Нужно только правильно рассчитать ток, но это тема другой статьи. А формула расчета мощности резистора от типа соединения не зависит.

Как подобрать резистор на замену

Если вам необходимо поменять резистор, брать надо либо той же мощности, либо выше. Ни в коем случае не ниже — ведь резистор и без того вышел из строя. Происходит это обычно из-за перегрева. Так что установка резистора меньшей мощности исключена. Вернее, вы его поставить можете. Но будьте готовы к тому, что скоро его снова придется менять.

Примерно определить мощность резистора можно по размерам

Если место на плате позволяет, лучше поставить деталь с большей мощностью рассеивания, чем была у заменяемой детали. Или поднять резистор той же мощности повыше (можно вообще не подрезать выводы) — чтобы охлаждение было лучше. В общем, при замене резистора, мощность берем либо ту же, либо выше на шаг.

Как рассчитывается номинальное сопротивление резисторов различного типа

Происхождение названия Резистор от латинского resisto – сопротивляюсь. На схемах обозначается латинской буквой R. При прохождении электрического тока через резистор он нагревается – рассеивает электрическую энергию в виде тепла. Можно считать это его основным обобщённым назначением в электрических схемах – диссипация электрической энергии.

Резисторам мы посвятим больше места по двум причинам: резисторы часто и много используются в электрических схемах (показано на рисунке 1.1, компоненты в красных прямоугольниках) и они имеют большое конструктивное разнообразие.

Исторический образ резистора – кусок металлического провода (показан на рисунке 1.2), от характеристик которого зависит основной параметр его – электрическое сопротивление (далее – сопротивление): чем длиннее и тоньше провод, тем сопротивление выше.

Примечание – Более правильное, но длинное название термина – электрическое сопротивление постоянному току. Мы будем использовать короткое – сопротивление.

При этом важно, из какого металла провод изготовлен. Обычно это медь и его сплавы, но возможны и другие варианты (представлены в таблице 1.1).

Сопротивление куска провода можно рассчитать:

где ρ («ро») – электрическая плотность, Ом мм 2 /м;

Ɩ – длина провода, м;

S – площадь сечения, мм 2

Примечание – В справочниках для серийно изготавливаемых проводов — имеющих известное значение S, для удобства расчёта приводится другая характеристика, выраженная в единицах Ом/м. Имея её, легко рассчитать необходимую длину провода, если известно требуемое R.

Таблица 1.1 – Сравнительные примеры электрической плотности для проводов, изготовленных из разных металлов

Металл

Электрическая плотность, мкОм*м

Таким образом, резистор можно изготовить своими руками из провода, который есть под рукой. При этом следует иметь в виду, что провод должен быть покрыт эмалью так, чтобы при намотке не возникало межвитковых замыканий.

Пример расчёта. Требуется рассчитать длину эмалированного медного провода диаметром 0,01 мм для создания резистора с электрическим сопротивлением 10 кОм.

Из справочника находим значение сопротивления метра такого провода – (192…275) Ом/м. Выбираем среднее значение: (275+192)/2 = 467 Ом/м.

Окончательно имеем: 10 кОм/467 Ом/м = 21,4 м.

Т.к. из справочника мы выбрали среднее значение сопротивления погонного метра провода, то ожидаем возможного отклонения от требуемого значения сопротивления. При изготовлении штучных резисторов точность номинала можно подогнать, добавив или убавив длину провода.

На принципиальных электрических схемах резисторы обозначаются графемой (представлена на рисунке 1.3 слева):

Примечание – Графема – это графический символ. В некоторых случаях общепринятую в принципиальных схемах графему заменяют более сложной моделью (представлена на рисунке 1.3 справа). Такая замена обоснована для проволочных резисторов и также может быть справедливой для резисторов других конструктивных решений.

В настоящее время постоянные резисторы имеют, как правило, другие конструктивно-технологические решения. Их называют толстоплёночными, тонкоплёночными, металлоплёночными; для поверхностного монтажа (чип-резисторы) и для монтажа в отверстия; низкоомными, высокоомными, прецизионными, высокотемпературными, высоковольтными и т.п. (представлены на рисунке 1.4).

Электротехническое определение резистора выглядит как отношение R = U/I (закона Ома), где U – падение напряжения на резисторе, I – ток, протекающий через резистор.

На практике применяют постоянные, переменные и подстроечные резисторы (представлены на рисунке 1.5).

Переменные и подстроечные резисторы имеют конструктивные особенности, позволяющие изменять вручную сопротивление резистора.

Постоянные резисторы

Основной параметр постоянного резистора – номинальное сопротивление, может меняться во время эксплуатации под воздействием различных факторов.

Это изменение должно происходить в контролируемых пределах. Другими словами, такое изменение должно быть просчитано ещё на стадии проектирования.

Возможных причин такого штатного изменения несколько: погрешность округления и изготовления, температурное воздействие окружающей среды, саморазогрев резистора, старение, изменение параметра после перегрузок. Дадим некоторые пояснения.

Резистор это серийное изделие и производится он ограниченным числом номинальных значений сопротивления. Выбор номинала осуществляется в соответствии с таблицами (приведены далее). При выборе мы вынужденно округляем нужное нам значение до ближайшего серийного, тем самым вносим на этой стадии некоторую погрешность. Вторая составляющая погрешности – неточность изготовления резистора, о которой заявляет производитель в технических документах.

Но этого мало: сопротивление резистора меняется под воздействием окружающей среды. Наиболее сильным дестабилизирующим фактором при этом является температура. Прописанные в технических документах характеристики резистора позволяют рассчитать и учесть такое изменение. Следует иметь также в виду, что резистор сам нагревается при протекании через него тока.

При использовании прецизионных (особо точных) резисторов такой саморазогрев может приводить к существенным метрологическим ошибкам. Другой случай, менее контролируемый: сопротивление изменяется после перегрузкирезистора. Перегрузка это такое явление, когда электрическая (электронная) схема кратковременно работает в нештатном режиме при повышенных рабочих напряжениях и/или токах.

Такие режимы не приводят ещё к разрушению схемы, но параметры компонентов при этом несколько меняются. Частичная деградация прецизионных резисторов может приводить к существенным метрологическим искажениям. Её можно уменьшить на стадии производства.

Для этого производитель для некоторых партий или на заказ проводит термотренировку резисторов.

Итак, рассмотрим детальнее основные характеристики постоянных резисторов.

Точность изготовления номинальных значений резисторов

Точность изготовления описывается относительной погрешностью изготовления (допуском), выражаемой в процентах: δ=100ΔRном/Rном.

Серийные резисторы изготавливаются в широком диапазоне точностей: от самых грубых ±20% (редко используются; обычно для переменных резисторов) до прецизионных ±0,01% (используются в средствах измерений). Наиболее широко используются резисторы с допуском ±5%. Они выпускаются с номинальными значениями, которые соответствуют ряду Е24 (представлены в таблице 1.2).

Число 24 в названии ряда это число различимых производственных номиналов среди соответственно единиц, десятков и сотен Ом, а также кОм, МОм … .

Например, с различимым значением 2,4 выпускаются резисторы следующих номиналов: … 2,4 Ом; 24 Ом; 240 Ом; 2,4 кОм; 24 кОм, 240 кОм; 2,4 МОм и т.д.

Таблица 1. 2 – Ряд Е24 номинальных значений резисторов

Резисторы с допуском ±1% и менее принято относить к точным и прецизионным. Они выпускаются в соответствии с другими рядами: Е48, Е96 и/или Е192 (представлены в таблице 1.3).

Таблица 1.3 – Ряды Е48, Е96, Е192 номинальных значений точных резисторов

Маркировка резисторов

Современные резисторы имеют относительно малые габаритные размеры. На их поверхности затруднительно проставлять идентификационные метки (номинальное сопротивление, допуск, ТКС, тип).

Для широко используемых цилиндрических резисторов был введен и широко используется международный способ обозначений. Так для маркировки резисторов малой точности применяют четыре цветных полоски, кольца или точки (показано на рисунке 1.6): первые две полоски задают двухзначное номинальное значение из ряда Е24.

Третья полоска – десятичный множитель, а пятая – допуск в процентах. В маркировку точных и прецизионных резисторов добавляют пятую цветную полоску (не показано). Существуют маркировки с семью полосками.

Для чипрезисторов, размеры которых ещё меньше цилиндрических, применяют трёх- или четырёхзначную цифровую маркировку, которая может отличаться у разных производителей. Типовая маркировка чипрезисторов малой точности (2%, 5%, 10%) осуществляется посредством трёх цифр, где номинал рассчитывается умножением первых двух цифр, взятых из ряда Е24, на 10 в степени, равной третьей цифре.

Например, число 273 означает номинал 27 кОм, число 270 означает 27 Ом, а код 2R7 означает 2,7 Ом.

Номинальная мощность рассеивания

Это такая мощность, которую допустимо рассеивать на резисторе бесконечно долго. Резистор при этом не выйдет из строя под воздействием выделяемой тепловой энергии. Производители выпускаю резисторы в широких диапазонах мощностей. Для наших задач интересны резисторы с диапазоном мощностей от 2 Вт до 0,062 Вт.

Мощность, рассеиваемая в резисторе, рассчитывается по формулам P=U 2 /R = I 2 R. С рассеиваемой мощностью связаны и габаритные размеры резисторов: при прочих равных условиях размеры более мощных резисторов больше. В таблице 1.4 для сравнения представлены размеры отечественных цилиндрических резисторов С2-29В.

Таблица 1.4 – Габаритные размеры резисторов С2-29В

Параметр

Номинальная мощность рассеивания, Вт

При выборе мощности резистора следует иметь в виду следующие замечания и рекомендации:

• при использовании резисторов в цепях переменного тока мощность рассеивания и номинальная мощность считаются по среднеквадратическому значению приложенного напряжения;
• выбирать номинальную мощность резистора необходимо с 20%-м запасом, чтобы не снижать функциональную надёжность резистора. Если резистор во время работы рассеивает номинальную мощность, то срок службы резистора снижается;
• в ряде случаев номинальная мощность прецизионных резисторов выбирается с 10-кратным запасом. Только в этом случае саморазогрев резистора не приведёт к недопустимым погрешностям номинала;
• при возрастании температуры окружающей среды допустимая мощность рассеивания резистором снижается. В технической документации даётся график зависимости допустимой мощности от температуры среды;
• при рассеивании мощности, близкой к номинальной, резистор на ощупь может быть достаточно горячим – это ещё не является признаком аварийной его работы;
• при прочих равных условиях следует выбирать более высокоомные резисторы, имея в виду, что они будут рассеивать меньшую мощность, повышая экономичность схемы.

С целью повышения информативности принципиальных схем часто используют графемы резисторов, в теле которых обозначены их номинальные мощности в соответствии с ГОСТ 2.728-74 (показано на рисунке 1.7).

Предельное рабочее напряжение

Этот параметр, который следует учитывать обычно в случае использования высокоомных резисторов. Дело в том, что в выражении P=U 2 /R при выбранном допустимом Pном и возрастании Rном значение напряжения U=√(Pном/Rном) резко растёт. Например, при Pном=1 Вт и Rном=1 МОм имеем из расчёта U=1000 В.

Если выбранный резистор относится к группе резисторов широкого применения (не специальных), то ошибочно считать, что такое напряжение может к нему прикладываться без последствий – резистор обязательно выйдет из строя в результате диэлектрического пробоя. Это важно, что в нашем случае при номинальной мощности рассеивания теплового пробоя не возникнет, но возникнет пробой именно диэлектрический (межвитковый).

Предельное рабочее напряжение также как и номинальная мощность зависит от габаритов резистора (представлено в таблице 1.5).

Таблица 1.5 – Предельное рабочее напряжение резисторов С2-29В

Параметр

Номинальная мощность рассеивания, Вт

напряжение, СКЗ, В

Температурный коэффициент сопротивления

Этот параметр позволяет рассчитать предельное изменение номинального сопротивления под воздействием температуры. ТКС (KT) измеряется, обычно, в единицах [ppm/ºC], где ppm – читается как «миллионная часть».

Пусть ТКС некоторого резистора равно ±100 ppm/ºC. Это значит, что при изменении температуры на 1ºС его номинальное сопротивление меняется (увеличивается или уменьшается) на сто миллионных частей. Для прецизионных резисторов полезно такое изменение представить также в %: умножим на 100 и получим ±0,01%/ºС.

Формула для расчёта предельного изменения номинального значения резистора под воздействием температуры ΔRT.п= KT ×Rном×ΔT, где ΔT=|20ºС — Tсреды|. 20ºС – нормальная температура (температура, при которой задаётся номинальное значение).

Пример: пусть Rном= 10 кОм, ΔT=20-5 = 15ºС, KT=±100 ppm/ºC.

Имеем: ΔRT.п= (100/10 6 )× 10 000 × 15 = ±15 Ом.

Типовые расчётные соотношения

1. Закон Ома: R=U/I (1.1)
2. Обобщённый закон Ома (закон Ома для участка цепи): I=(Uba+E1 — E2)/(R1+R3+R2) (1.2)

3. Последовательное соединение резисторов Rэ = R1+R2+R3

4. Параллельное соединение резисторов Rэ = R1*R2/(R1+R2)

5 Полезные выражения для упрощения вычисления Rэ для ряда практических случаев:

Rab= Ra+Rb+Ra*Rb/Rc ; Ra= Rca*Rab/(Rca+Rab+Rbc)

Переменные регулировочные резисторы

Переменные (регулирующие) резисторы предназначены для интенсивной регулировки так, как это делается при изменении громкости в аудиоусилителях.

Основная характеристика таких резисторов – тип зависимости сопротивления от регулирующего воздействия (угла поворота вала или перемещения движка). Реализуются три типа зависимости (показано на рисунке 1.8): А – линейная, Б – логарифмическая и В – обратно-логарифмическая.

Переменные резисторы имеют разные конструктивные решения. Но все они должны обеспечивать вывод регулирующего стержня (вала) сквозь корпус прибора. Принцип устройства переменных резисторов и функциональный прототип (реостат) представлены на рисунках 1.9а, 1.9б.

а) – принцип устройства переменных резисторов;

б) – функциональный прототип (реостат);

в) – и) – отличия переменных резисторов по способу крепления в приборе с помощью гайки и резьбы на корпусе прибора;

к) – н) – отличия переменных резисторов по способу впаивания в печатную плату и дополнительному закреплению также с помощью накидной гайки;

п) – переменный резистор как конструктивная имитация реостата при впаивании в плату.

Рисунок 1.9 – Конструктивные виды переменных резисторов

Конструктивные отличия связаны со способом крепления переменных резисторов в приборе:

• одни крепятся с помощью гайки и резьбы на корпусе прибора, связь с электрической схемой реализуется с помощью навесных проводников (представлены на рисунках 1.9в … 1.9и);
• другие впаиваются в печатную плату и дополнительно закрепляются также с помощью накидной гайки (представлены на рисунках 1.9к … 1.9н);
• третьи впаиваются в плату и конструктивно имитируют реостат (представлены на рисунке 1.9п), в котором изменение сопротивления осуществляется не вращением вала, а поступательным движением движка, выводимым наружу.

Другие возможные отличия – тип резистивного материала: провод или слой износоустойчивого проводника.

Примечание – Обычно регулировка сопротивления осуществляется по линейному закону: равномерное перемещение якоря (движка) приводит к равномерному изменению сопротивления.

Для регулировки громкости в аудиоусилителях осуществляется регулировка по логарифмическому закону. В наших устройствах второй способ не применяется.

Характеристики переменных резисторов.

Характеристики аналогичны характеристикам постоянных резисторов:

• номинальное сопротивление, номинальная мощность, предельное рабочее напряжение, ТКС, конструктивные особенности и габаритные размеры. Но есть и специфические параметры:
• диапазон изменения (регулирования) и минимальное устанавливаемое значение;
• точность установки сопротивления;
• гарантированное число полных оборотов без изменения характеристик и др.

В качестве примера рассмотрим общий вид и основные характеристики регулировочного резистора типа PTD901-2015K-B103, которые приведены на рисунке 1.10.

Схемы подключения переменных резисторов

Различают два способа подключения переменных резисторов: реостатное и потенциометрическое (показано на рисунке 1.11).

Подстроечные резисторы

Подстроечный резистор (потенциометр) это переменный резистор, который обычно используется в контрольно-измерительных приборах для точной настройки режима работы или коррекции метрологических характеристик из-мерительных каналов. Обычно, подстроечный резистор используется однократно – в ходе процедуры настройки, или изредка – время от времени.

После манипуляций настройки регулировочный винт контрится (например, закрашивается), чтобы во время дальнейшей эксплуатации изделия его положение не сдвинулось от случайных механических воздействий (вибраций, ударов). Количество подстроек у таких резисторов лимитировано несколькими десятками полных оборотов.

Подстроечные резисторы (потенциометры), как правило, устанавливаются внутри корпуса прибора. Они имеют разные конструктивные решения.

Также как переменные, подстроечные резисторы бывают проволочными или на основе износоустойчивого напылённого проводника. Различают однооборотные (показаны на рисунках 1.12а – 1.12г) и многооборотные (показаны на рисунках 1.12д – 1.12к) потенциометры. Потенциометры могут быть относительно мощными с регулировочным элементом, который допустимо выводить на внешнюю сторону прибора (показаны на рисунках 1.12л, 1.12м, 1.12н).

В качестве примера рассмотрим характеристики типового многооборотного потенциометра типа Bourns 3296W-1-472LF (показаны на рисунке 1.13)

В качестве примера рассмотрим характеристики типового многооборотного потенциометра типа Bourns 3296W-1-472LF (показаны на рисунке 1.13)

Сравнительные характеристики альтернативных типов подстроечных резисторов представлены в таблице 1.6, обозначения подстроечных резисторов – на рисунке 1.15.

Таблица 1.6 – Сравнительные характеристики подстроечных многооборотных резисторов с номиналом 330 Ом

Схемные примеры использования подстроечных резисторов

Схемные варианты для подстройки коэффициента деления измерительного преобразователя напряжения (делителя) в типовом канале измерителя переменного напряжения представлены на рисунке 1.16.

Измерение электрического сопротивления постоянному току

Наиболее удобно измерять сопротивления резисторов с помощью цифровых многофункциональных измерительных приборов – мультиметров (показанна рисунке 1.17).

До или после подключения резистора секторный переключатель режимов мультиметра перевести в такое положение для измерения сопротивление (в нашем примере их пять), при котором результат измерения будет иметь наибольшее число значащих разрядов (в нашем примере – три).

Биполярный резистор с изолированным затвором IGBT.

Биполярный транзистор с изолированным затвором (от англ.Insulated-gate bipolar transistor) – трёхэлектродный силовой электронный прибор, используемый, в основном, как мощный электронный ключ в импульсных источниках питания, инверторах, в системах управления электрическими приводами.

По своей внутренней структуре БТИЗ представляет собой каскадное включение двух электронных ключей: входной ключ на полевом транзисторе управляет мощным оконечным ключом на биполярном транзисторе.

Управляющий электрод называется затвором, как у полевого транзистора, два других электрода – эмиттером и коллектором, как у биполярного. Такое составное включение полевого и биполярного транзисторов позволяет сочетать в одном устройстве достоинства обоих типов полупроводниковых приборов.

Выпускаются как отдельные БТИЗ, так и силовые сборки (модули) на их основе, например, для управления цепями трёхфазного тока.

БТИЗ сочетает достоинства двух основных видов транзисторов:

• высокое входное сопротивление, низкий уровень управляющей мощности – от полевых транзисторов с изолированным затвором;
• низкое значение остаточного напряжения во включенном состоянии – от биполярных транзисторов;
• малые потери в открытом состоянии при больших токах и высоких напряжениях;
• характеристики переключения и проводимость биполярного транзистора;
• управление как у МОП – напряжением.

Диапазон использования – от десятков до 1200 ампер по току, от сотен вольт до 10 кВ по напряжению. В диапазоне токов до десятков ампер и напряжений до 500 В целесообразно применение обычных МОП- (МДП-) транзисторов, а не БТИЗ, так как при низких напряжениях полевые транзисторы обладают меньшим сопротивлением.

Основное применение БТИЗ – это инверторы, импульсные регуляторы тока, частотно-регулируемые приводы.

Широкое применение БТИЗ нашли в источниках сварочного тока, в управлении мощным электроприводом, в том числе на городском электрическом транспорте.

Применение БТИЗ-модулей в системах управления тяговыми двигателями позволяет (по сравнению с тиристорными устройствами) обеспечить высокий КПД, высокую плавность хода машины и возможность применения рекуперативного торможения практически на любой скорости.

БТИЗ применяют при работе с высокими напряжениями (более 1000 В), высокой температурой (более 100 °C) и высокой выходной мощностью (более 5 кВт). БТИЗ используются в схемах управления двигателями (при рабочей частоте менее 20 кГц), источниках бесперебойного питания (с постоянной нагрузкой и низкой частотой) и сварочных аппаратах (где требуется большой ток и низкая частота – до 50 кГц).

БТИЗ и МОП занимают диапазон средних мощностей и частот, частично «перекрывая» друг друга. В общем случае, для высокочастотных низковольтных каскадов наиболее подходят МОП, а для высоковольтных мощных – БТИЗ.

В некоторых случаях БТИЗ и МОП полностью взаимозаменяемы, цоколёвка приборов и характеристики управляющих сигналов обоих устройств обычно одинаковы. БТИЗ и МОП требуют 12–15В для полного включения и не нуждаются в отрицательном напряжении для выключения.

Но «управляемый напряжением» не значит, что схеме управления не нужен источник тока. Затвор БТИЗ или МОП для управляющей схемы представляет собой конденсатор с величиной ёмкости, достигающей тысяч пикофарад (для мощных устройств). Драйвер затвора должен быть способным быстро заряжать и разряжать эту ёмкость, чтобы гарантировать быстрое переключение транзистора.

• Вы здесь:
• Главная
• Обучение
• Техническая учеба АиМ
• Выпрямительные диоды. Назначение, характеристики, виды

© 2024 Info KS — техническое обучение персонала на компрессорных станциях газотранспортных предприятий

Закрытый канал телеграм

Канал обучения по профессии Машинист ТК и Сменный инженер (инженер по ЭОГО) от А до Я

✅Всё о конструкции и работе оборудования КС с ГПА-Ц-16

✅Правильная эксплуатация и особенности

✅Внештатные ситуации и способы выхода из них

✅Опросы в виде тестов

✅Возможность задавать вопросы

Специфические характеристики различных типов резисторов

Номенклатура резисторов, выпускаемых предприятиями различных стран, черезвычайно велика. Разобраться в море их наименований сложно.

Дополнительную путаницу вносит тот факт, что технические характеристики многих резисторов, выпускаемых предприятиями различных стран и/или фирм могут быть совершенно идентичными.

В большинстве практических случаев применяются так называемые «резисторы общего назначения».

Все технические характеристики этих резисторов обычно являются средними или близкими к самым низким. Важнейшим критерием выбора типа применяемого резистора в этом случае является его стоимость.

Однако, в практике разработки электронных устройств бывают случаи, когда одна из технических характеристик применяемых резисторов, а иногда и одного резистора, определяет важнейшие технические характеристики всего устройства в целом.

Естественно, что выбор резистора при этом определяется именно этой характеристикой.

Рассмотрим некоторые технические характеристики резисторов, которые могут быть критичными при выборе их типа.

Первой такой характеристикой может быть диапазон номинальных значений сопротивления. Для резисторов общего назначения этот диапазон обычно простирается от единиц ом до единиц мегаом. Однако, в некоторых случаях требуются резисторы значительно меньших или значительно больших номинальных значений.

В качестве примера резисторов с очень малым значением номинального значения сопротивления можно привести резисторы LR series фирмы EVER OHMS (Тайвань http:www.ever.ohms.com).

Эти резисторы выпускаются с номинальными значениями сопротивления от 1 до 10 миллиом. Допуск на номинальное значение сопротивления составляет 1% или 5% , температурный коэффициент изменения сопротивления ±100 ppm/°С.

Конструктивное исполнение резисторов – SMD корпус типоразмера 2512. Основная область применения таких резисторов – цепи для измерения токов.

Другим крайним случаем являются резисторы с очень большим значением номинального сопротивления.

В качестве примера можно привести отечественные резисторы для навесного монтажа, диапазон номинальных значений которых представлен в таблице 1.

Диапазон номинальных значений сопротивления

15 МОм. 1000 ГОм

10 МОм. 1000 ГОм

Приведенные в таблице 1 резисторы выпускаются с допуском на номинальное значение от ±5% до ±20% и обладают довольно высоким значением ТКС — ±(1000. 2000) ppm/°С.

Основным недостатком этих резисторов являются большие габаритные размеры.

Однако, устранить этот недостаток вряд ли будет возможно, так как это связано с чисто физическими ограничениями на сопротивление утечки по поверхности резистивного слоя. В связи с этими ограничениями SMD резисторы выпускаются большинством фирм с номинальным значением сопротивления не более 100 Мом.

Второй важнейшей группой связанных между собой характеристик резисторов, которая может радикальным образом влиять на основные параметры некоторых видов радиоэлектронных устройств, являются допуск на номинальное значение сопротивления, ТКС и временная стабильность сопротивления.

По этим характеристикам абсолютными чемпионами являются микропроволочные и металлофольговые резисторы для объемного монтажа.

Примеры важнейших характеристик таких резисторов приведены в таблице 2.

Мин. Значение допуска на номинал %

Диапазон номинальных значений сопротивлений

Для типов резисторов, помеченных *, гарантируется временное изменение сопротивления на весь срок службы, не превышающее допуска на номинальное значение.

Основными недостатками типов резисторов, приведенных в таблице 2, являются большие габаритные размеры и плохие частотные зарактеристики (значительная величина реактивной составляющей полного сопротивления).

Среди сравнительно малогабаритных отечественных резисторов для объемного монтажа наилучшими точностными характеристиками обладают резисторы типа С2-29В.

Они выпускаются с номинальными значениями в диапазоне от 1 Ом до 10 МОм, с допуском на номинальное значение сопротивления ±0.05% и ТКС ±25 ppm/°С.

Важной отличительной особенностью этих резисторов является то, что для них гарантируется временное изменение сопротивления на весь срок службы, не превышающее допуска на номинальное значение.

Среди прецизионных резисторов для объемного монтажа следует особо отметить резисторы типа MPR24 и MPR34, выпускаемые фирмой PHILIPS. Эти резисторы имеют допуск на номинальное значение сопротивления равный 0.01% при ТКС не более 5 ppm/°С. Диапазон номинальных значений сопротивлений таких резисторов составляет от 4.99 Ом до 1 МОм

Микропроволочные прецизионные резисторы некоторыми фирмами изготавливаются и в конструктиве SMD. В качестве примера можно привести резисторы типа WSC, выпускаемые фирмой VISHAY (Хельсинки).

Эти резисторы выпускаются с номинальным значением сопротивления в диапазоне от 0.5 Ом до 2.74 КОм с допуском ±0.05% и ТКС ±20 ppm/°С. Основным недостатком этих резисторов является небольшой диапазон номинальных значений сопротивлений, что связано с ограничением на длину резистивного элемента (микропроволоки толщиной 5. 20 мкм), наматываемого на малогабаритный каркас.

Для малогабаритных пленочных SMD резисторов наименьшим значением допуска на номинальное значение является величина ±0.1% при ТКС не более ±25 ppm/°С. Резисторы типа MPC01с такими параметрами выпускает, например, фиhма PHILIPS .

Следующей важной характеристикой резисторов, влияющей на возможность их применения в специальных случаях, является допустимое рабочее напряжение. Эта характеристика может быть решающей при создании высоковольтных устройств или их отдельных узлов.

Для решения подобных задач существует особая группа высоковольтных резисторов, примеры характеристик которых приведены в таблице 3.

Предельное рабочее напряжение, В (номинальное значение сопротивления)

Мин. допуск на номинальное значение сопротивления, %