Основные электрические параметры и характеристики

УСЛОВНОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ РЕЗИСТОРОВ

Основными электрическими параметрами резисторов с линейной вольтамперной характеристикой являются:

1. номинальная мощность;

2. номинальное сопротивление;

3. допустимое номинальное отклонение;

4. предельное напряжение;

5. температурный коэффициент сопротивления.

1. Номинальная мощность Р_н - наибольшая мощность, которую резистор может рассеивать в заданных условиях в течение гарантированного срока службы при сохранении параметров в установленных пределах при заданных условиях окружающей среды.

Значение номинальной мощности рассеяния зависит от конструкции и физических свойств примененных материалов. Чем выше теплостойкость конструкционных и резистивных материалов, тем выше допустимая рассеиваемая мощность для данного объема резистора. Ограничивающими факторами при работе резистора являются температура окружающей среды t₀ и дополнительный перегрев t_n, который создается электрической нагрузкой. В сумме эти составляющие определяют допустимую температуру нагрева t_доп. = t_{0 +}t_n

Нагрев резистора происходит за счет мощности, выделяющейся при протекании электрического тока, и тепловой энергии окружающей среды. С повышением температуры окружающей среды происходит нагрев резистора сверх допустимого, в результате чего появляется необходимость снижения электрической нагрузки, т.е. уменьшения рассеиваемой мощности. В справочниках и документах на поставку обычно приводятся зависимости мощности от температуры, по которым выбирается электрическая нагрузка для конкретных условий использования резистора.

При конструировании и в исследовательской практике часто пользуются такой характеристикой, как удельная мощность (нагрузка) резистора — отношение номинальной мощности рассеяния Р_н к теплоотдающей поверхности S или к объему резистора V:

Р _уд = Р_{н /} S; Р'_уд = Р_{н /} V, где Р_уд — удельная мощность, Вт/см² ; Р'_уд — удельная мощность, Вт/см³. Удельная мощность в совокупности с другими удельными характеристиками позволяет сравнивать между собой различные типы резисторов.

Значения номинальных мощностей рассеяния в ваттах устанавливаются согласно ГОСТ 9663-75 и выбираются из ряда: 0,01; 0,025; 0,05; 0,062; 0,125; 0,25; 0,5; 1; 2; 3; 4; 5; 6,3; 8; 10; 16; 25; 40; 63; 75; 80; 100; 160; 250; 400; 500; 630; 800; 1000.

Рассеиваемая мощность зависит также и от номинального сопротивления резистора, которое определяет рабочее напряжение U. Напряжение, при котором резистор может работать, не должно превышать величины, рассчитанной исходя из номинальной мощности Р_н и номинального сопротивления R_н по формуле U= √ Р_н R_н или предельного рабочего напряжения (в зависимости от того, какая из этих величин меньше),

Предельное рабочее напряжение — максимальное напряжение для данного типа резистора, которое устанавливается, исходя из его конструкции, размеров и обеспечения длительной работоспособности. Оно ограничивается в основном тепловыми процессами в токопроводящем | элементе и электрической прочностью резистора.

2. Номинальное сопротивление R_н — значение сопротивления, на которое рассчитан резистор и которое указывается на резисторе или в сопроводительной документации.

Номинальные значения сопротивлений резисторов, выпускаемых отечественной промышленностью и зарубежными фирмами, стандартизованы в соответствии с рекомендациями МЭК и СЭВ. В СССР, СНГ и УКРАИНЕ согласно ГОСТ 2825-67 и ГОСТ 10318-74 установлено шесть рядов: Е6; Е12; Е24; Е48; Е96; Е192. Ряды Е представляют собой десятичные ряды геометрической прогрессии со знаменателем прогрессии, равным q = ^N , для ряда EN. Цифра после буквы Е указывает число номинальных величин в каждом десятичном интервале. Ряд Е6 содержит шесть значений номинальных сопротивлений, ряд Е192 содержит сто девяносто два значений номинальных сопротивлений

Принцип построения рядов номинальных значений сопротивлений. Например, ряд Е6 содержит шесть значений номинальных сопротивлений в каждой декаде, которые должны соответствовать числам 1,0; 1,5; 2,2; 3,3; 4,7 и 6,8 или числам, полученным путем умножения или 1 деления этих чисел на 10ⁿ, где n — целое положительное или отрицательное число.

Табл.1.1. Ряды номинальных значений сопротивлений резисторов с допуском ±5% и более

ЕЗ	Е6	Е12	Е24	Е48	Е96	Е192
Резистори загального призначення	Резистори спеціального призначення
1,0	1,0	1,0	1,0	1,00	1,00 1.01	1,00 1.01 1,02 1,04
1,05	1,05 1,06	1,05 1,06 1,07 1,09
1,1	1,10	1,10 1,11	1,10 1,11 1,13 1,14
1,15	1,15 1,17	1,15 1,17 1,18 1,20
1,2	1,2	1,21	1,21 1,23	1,21 1,23 1,26 1,27
1,29	1,29 1,30	1,29 1,30 1,32 1,33
1,3	1,35	1,35 1,40	1,35 1,40 1,42 1,43
1,45	1,45 1,47	1,45 1,47 1,49 1,50
1,5	1,5	1,5	1,52	1,52 1,54	1,52 1,54 1,58 1,60
1,62	1,62 1,64	1,62 1,64 1,65 1,67
1,6	1,69	1,69 1,72	1,69 1,72 1,74 1,76
1,78	1,78 1,80	1,78 1,80 1,82 1,84
1,8	1,8	1,87	1,87 1,89	1,87 1,89 1,91 1,93
1,96	1,96 1,98	1,96 1,98 2,00 2,03
2,0	2,05	2,05 2,08	2,05 2,08 2,10 2,13
2,15	2,15 2,18	2,15 2,18 2,21 2,23
2,2	2,2	2,2	2,2	2,26	2,26 2,29	2,26 2,29 2,32 2,34
2,37	2,37 2,40	2,37 2,40 2,43 2,46
2,4	2,49	2,49 2,52	2,49 2,52 2,55 2,58
2,61	2,61 2,64	2,61 2,64 2,67 2,71
2,7	2,7	2,74	2,74 2,77	2,74 2,77 2,80 2,84
2,87	2,87 2,91	2,87 2,91 2,94 2,98
3,0	3,01	3,01 3,05	3,01 3,05 3,09 3,12
3,16	3,16 3,20	3,16 3,20 3,24 3,28
3,3	3,3	3,3	3,32	3,32 3,36	3,32 3,36 3,40 3,44
3,48	3,48 3,52	3,48 3,52 3,57 3,61
3,6	3,65	3,65 3,70	3,65 3,70 3,74 3,79
3,83	3,83 3,88	3,83 3,88 3,92 3,97
3,9	3,9	4,02	4,02 4,07	4,02 4,07 4,12 4,17
4,22	4,22 4,27	4,22 4,27 4,32 4,37
4,3	4,42	4,42 4,48	4,42 4,48 4,53 4,59
4,64	4,64 4,70	4,64 4,70 4,75 4,81
4,7	4,7	4,7	4,7	4,87	4,87 4,93	4,87 4,93 4,99 5,05
5,11	5,11 5,17	5,11 5,17 5,23 5,30
5,1	5,36	5,36 5,42	5,36 5,42 5,49 5,56
5,62	5,62 5,69	5,62 5,69 5,76 5,83
5,6	5,6	5,90	5,90 5,97	5,90 5,97 6,04 6,12
6,19	6,19 6,26	6,19 6,26 6,34 6,42
6,2	6,49	6,49 6,57	6,49 6,57 6,65 6,73
6,81	6,81 6,90	6,81 6,90 6,98 7,07
6,8	6,8	6,8	7,15	7,15 7,23	7,15 7,23 7,32 7,41
7,50	7,50 7,59	7,50 7,59 7,68 7,77
7,5	7,87	7,87 7,96	7,87 7,96 8,06 8,16
8,25	8,25 8,35	8,25 8,35 8,45 8,56
8,2	8,2	8,66	8,66 8,76	8,66 8,76 8,87 8,98
9,09	9,09 9,20	9,09 9,20 9,31 9,42
9,1	9,53	9,53 9,65	9,53 9,65 9,76 9,88

Кроме номинального переменные резисторы характеризуются следующими величинами сопротивления:

§ полное сопротивление — сопротивление между крайними выводами резистивного элемента;

§ установленное сопротивление — сопротивление между одним из крайних выводов резистивного элемента и выводом подвижного контакта;

§ минимальное сопротивление — сопротивление, измеренное между выводом подвижного контакта и любым выводом резистивного элемента при таком положении вала, когда получается наименьшее значение сопротивления;

§ сопротивление дополнительного отвода — сопротивление между крайним выводом резистивного элемента и выводом дополнительного отвода;

§ переходное сопротивление (контактное сопротивление) — сопротивление между резистивным элементом и подвижным контактом;

§ для резисторов с выключателем введено понятие «сопротивление контактов выключателя» — электрическое сопротивление замкнутой контактной пары, состоящее из сопротивления контакт — деталей и переходного сопротивления контакта;

§ начальный скачок—резкое изменение сопротивления при перемещении подвижной системы от упора (а для резисторов с выключателем от положения «включено») до начала плавного изменения сопротивления;

§ сопротивление изоляции — сопротивление между токоведущими частями и корпусом. Этот параметр эксплуатационный. В нормальных условиях сопротивление изоляции для разных типов резисторов может лежать в пределах от десятков до тысяч мегаом.

3. Допустимое номинальное отклонение или Допуск – разница между действительным и номинальным значением резистора, выраженная в процентах от номинального значения резистора. Ряд допускаемых отклонений от номинальных значений также нормализован. Допуски указываются в процентах в соответствии с рядом ±0,001; ±0,002; ±0,005; ±0,01; ±0,02; ±0,05; ±0,1; ±0,25; ±0,5; +1,0; ±2,0; ±5,0; ±10; ±20; ±30. Данные по составу и обозначению допускаемых отклонений сопротивлений сведены в сравнительную таблицу (табл.1.2.).

Таблица 1.2.

ГОСТ 9664-74	ГОСТ 11076-69	PC 3542-72	Публикация 62 МЭК	Стандарт СЭВ
± 0,001				+ 0,001 Е (Е)
±0,002				+ 0,002 Л (L)
± 0,005				+0,005 Я (R)
± 0,01				+0,01 П (Р)
±0,02				±0,02 У (U)
±0,05				±0,05 Х(Х)
±0,1	±0,1 Ж	±0,1 Ж (В	±0,1 (В	+0,1 В (В)
±0,25	±0,2 У	) ±0,25У (С)	) ±0,25 (С)	±0,25 С (С)
±0,5	±0,5 Д	±0,5 Д(D)	±0,5 (D)	±0,5 Д (D)
±1	± 1 Р	±1P (F)	±1(F)	±1 Ф(Р)
± 2 ±5	±2 Л ±5 И	±2 Л (G) ±5 И (I)	±2(G) ±5(1)	±2Ж(С) ±5И(1)
± 10 ±20 ±30	±10 С +20 В +30 Ф	±10 С (К) ±20 В (М) ±30 Ф (N)	±10 (К) ±20 (М) ±30 (N)	±10 К (К) ±20М(М) ±30 Н (N)

4. Температурный коэффициент сопротивления (ТКС) -называется величина, характеризующая относительное изменение сопротивления резистора при изменении температуры на 1 °С. Температурный коэффициент сопротивления характеризует обратимые изменения сопротивления резистивного элемента вследствие изменения температуры окружающей среды или изменения электрической нагрузки. На практике пользуются средним значением температурного коэффициента сопротивления, который определяется в интервале рабочих температур либо с помощью специального измерителя ТКС, либо путем измерения трех значений сопротивлений (при температуре 20 °С, крайней положительной и крайней отрицательной температурах) и последующим вычислением ТКС по формуле ТКС = ΔR / R₁ Δt.

где ТКС — температурный коэффициент сопротивления 1/°С; ΔR — алгебраическая разность между сопротивлением, измеренным при заданных положительной или отрицательной температурах, и сопротивлением, измеренным при нормальной температуре; R₁ — сопротивление резистора, измеренное при нормальной температуре; Δt — алгебраическая разность между заданной положительной или заданной отрицательной температурой и нормальной температурой.

5. Собственные шумы

Собственные шумы резисторов складываются из тепловых и токовых шумов. Уровень шумов измеряется электродвижущей силой (ЭДС) шумов.

Возникновение тепловых шумов связано с флюктуационными изменениями объемной концентрации электронов в резистивном элементе, обусловленными их тепловым движением. Вследствие хаотического движения электронов частотный спектр тепловых шумов оказывается непрерывным, а его энергия равномерно распределена вплоть до очень больших частот.

Помимо тепловых шумов, уровень которых определяется в основном температурой и сопротивлением резистивного элемента и не зависит от протекающего тока, в резистивном элементе при включении его под электрическую нагрузку возникают специфические токовые шумы, обусловленные флюктуациями контактных сопротивлений между проводящими частицами, а также трещинами и неоднородностями резистивного элемента. Эти флюктуации являются следствием изменения площади контактирования отдельных токопроводящих частей структуры элемента, перераспределения напряжения на отдельных зазорах между этими частицами, возникновения новых проводящих цепочек в относительно больших зазорах под действием высокой напряженности электрического поля и т. п.

В полупроводниковых материалах причиной токовых шумов могут быть колебания проводимости, связанные с процессами возбуждения и рекомбинации носителей тока и другими процессами.

Токовые шумы при заданном значении сопротивления и определенном напряжении в значительной степени зависят от материала и конструкции резистивного элемента и наиболее характерны для непроволочных резисторов. Обычно они значительно больше тепловых шумов. Частотный спектр энергии токового шума также непрерывный, но в отличие от теплового характеризуется уменьшением интенсивности высокочастотных составляющих.

Уровень шумов Д определяют отношением действующего значения переменной составляющей напряжения шумов Е к приложенному постоянному напряжению U и выражают в микровольтах на вольт. Уровень собственных шумов резисторов тем выше, чем больше температура и напряжение. Шумы накладывают ограничения на чувствительность схем и создают помехи при воспроизведении полезного сигнала.

Значение ЭДС шумов для непроволочных резисторов лежит в пределах от долей единиц мкВ/В, а для отдельных типов и до десятков мкВ/В.

6. Коэффициент напряжения

Значение сопротивления некоторых типов резисторов, особенно высоковольтных и высокомегаомных, может изменяться в зависимости от приложенного напряжения. Причиной нелинейности вольтамперной характеристики резистора является зависимость концентрации носителей тока и их подвижности от напряженности поля. Нелинейным сопротивлением обладают также контакты через тонкие диэлектрические прослойки и контакты в композициях, особенно с крупнозернистой структурой, где возможны локальные перегревы.

Основными электрическими характеристиками резисторов с линейной вольтамперной характеристикой являются:

Дата добавления: 2015-05-09