Резисторы

1.1. Классификация резисторов

Общая классификация (рис. 1.1) составлена по ряду признаков присущих многим изделиям электронной техники: назначению; спо­собу монтажа; способу защиты и т.п. В зависимости от назначения резисторы делятся на общего на­значения и специальные (прецизионные и сверхпрецизионные, высо­кочастотные, высоковольтные, высокомегаомные).

Резисторы общего назначенияиспользуются в качестве различных нагрузок, делителей в цепях питания, шунтов и т.п. Диапазон номинальных сопротивлений этих резисторов
1 Ом–10 МОм, номинальные мощности рассеяния 0,062–100 Вт. Допускаемые от­клонения сопротивления от номинального значения ±1; ±2; ±5; ±10; ±20 %.

Прецизионные и сверхпрецизионные резисторыотличаются вы­сокой стабильностью параметров при эксплуатации и большой точ­ностью изготовления (допуск от ±0,0005 до 0,5 %). Применяются они в основном в измерительных приборах, вычислительной технике и системах автоматики. Диапа­зон их номинальных сопротивлений в ряде случаев шире, чем резис­торов общего назначении. Мощности рассея­ния этих резисторов сравнительно небольшие и, как правило, не превышают 2 Вт. Объясняется это высокими требованиями к стабильности, которые трудно выполнить при больших мощностях рассеяния.

Высокочастотные резисторыотличаются малыми собственными индуктивностью и емкостью, предназначены для работы в высокочастотных цепях, кабелях и волноводах радиоэлектронной аппаратуры в качестве согласующих нагрузок, аттенюаторов, эквива­лентов антенн и т.п. Непроволочные высокочастотные резисторы спо­собны работать на частотах до сотен мегагерц и более, а высокочастотные проволочные – до сотен килогерц.

Высоковольтные резисторырассчитаны на большие рабочие напряжения (от единиц до десятков киловольт). Применяются они в качестве делителей напряжения, искрогасителей в зарядных и разрядных высоковольтных цепях и т. п.

Рис. 1.1. Классификация резисторов

Высокомегаомные резисторыимеют диапазон номинальных со­противлений от десятков мегаом до единиц тераом и рассчитывают­ся на небольшие рабочие напряжения (100-400 В). Поэтому они работают в ненагруженном режиме и мощности рассеяния их малы (менее 0,5 Вт). Высокомегаомные резисторы применяют в электри­ческих цепях с малыми токами, в приборах и в измерительной аппаратуре.

В зависимости от способа монтажа в аппаратуре как постоян­ные, так и переменные резисторы могут выполняться для печатного и навесного монтажа, а также для микромодулей и микросхем или для сопряжения с ними.

Резисторы для навесного монтажамогут иметь жесткие или мяг­кие выводы, аксиальные или радиальные из проволоки круглого се­чения или ленты, в виде лепестков и т.п.

У резисторов, применяемых в составе микросхем и микромоду­лей, а также СВЧ резисторов в качестве выводов могут использо­ваться части их поверхности.

В зависимости от способа защиты от внешних воздействующих факторов резисторы конструктивно выполняются изолированными, неизолированными, герметизированными и вакуумными.

Неизолированные резисторы(с покрытием или без покрытия) не допускают касания своим корпусом шасси аппаратуры. Напротив, изолированные резисторы имеют достаточно хорошее изоляционное покрытие (лаки, компаунды, пластмассы и т.п.)
и допускают каса­ния корпусом шасси или токоведущих частей аппаратуры.

Герметизированные резисторыимеют герметичную конструкцию корпуса, которая исключает возможность сообщения окружающей среды с его внутренним пространством. Герметизация осуществляет­ся с помощью керамических или металлических корпусов, а также с помощью опрессовки специальным компаундом.

Вакуумные резисторы– резисторы, у которых резистивный эле­мент с основанием помещается в стеклянную вакуумную колбу. По существу, это разновидность герметизированного резистора.

Иногда резисторы разделяют на защищенные и незащищенные. Защищенные допускают эксплуатацию в условиях повышенной влаж­ности в аппаратуре любого конструктивного исполнения, незащищен­ные – только в составе герметизированной аппаратуры или в кор­пусах микросхем.

По характеру изменения сопротивления все резисторы подраз­деляются на постоянные и переменные. Последние, в свою очередь, делятся на подстроечные и регулировочные.

Постоянные резисторы имеют фиксированное сопротивление, ко­торое в процессе эксплуатации не регулируется.

Переменные ре­зисторы допускают изменение сопротивления в процессе их функционирования в аппаратуре. Сопротивление подстроечных резисторов изменяется при разовой или периодической регулировке и не изменяется в процессе функционирования аппаратуры.

Переменные резисторы по конструкции могут, быть выполнены:

- одноэлементными и многоэлементными (сдвоенные, строенные и счетверенные);

- 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 разделяют на следующие группы:

- проволочные с резистивным элементом из волоченой или литой проволоки с высоким удельным сопротивлением;

- непроволочные;

- металлофольговые с резистивным элементом из фольги опреде­ленной конфигурации, нанесенной на изолированное основание.

Непроволочные резисторы можно разделить на:

- тонкопленочные (толщина слоя – нанометры);

- толстопленочные (толщина – доли миллиметра);

- объемные (толщина – единицы миллиметра).

Тонкопленочные резисторыподразделяются на металлодиэлектрические, металлоокисные и металлизированные с резистивным эле­ментом в виде микрокомпозиционного слоя из диэлектрика и метал­ла, или тонкой пленки окиси металла, или сплава металла (углеродис­тые и бороуглеродистые).

К толстопленочным резисторамотносят лакосажевые, керметные и резисторы на основе проводящих пластмасс. Объемные резисторымогут быть с органическим и неорганическим связующим диэлектри­ком. Проводящие резистивные слои толстопленочных и объемных ре­зисторов представляют собой гетерогенную систему (композицию) из нескольких фаз, получаемую механическим смешением проводя­щего компонента, например графита или сажи, металла или окисла металла, с органическими или неорганическими связующими (смолы, стеклоэмали), наполнителем, пластификатором и отвердителем.

В резистивных керметных слоях основным проводящим компо­нентом являются металлические порошки и их смеси, представляю­щие собой керамическую, стеклянную или полимерную основу с рав­номерно распределенными частицами металла.

В резисторах на основе проводящих пластмасс резистивный эле­мент формируется горячим прессованием из проводящей композиции в виде пресспорошков, изготовленных на основе связующих полиме­ров (фенольных и других смол) и сажи. Воз­можны металлопластмассовые композиции, проводящим компонентом которых являются металлы.

1.2. Система условных обозначений
и маркировка резисторов

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 или металлофольговые);

- третий элемент– регистрационный номер конкретного типа ре­зистора.

Полное условное обозначение состоит из сокращенного обозна­чения, варианта конструктивного исполнения (при необходимости), значений основных параметров и характеристик резисторов, клима­тического исполнения.

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

- 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).

Полное обозначение номинальных сопротивлений состоит из значения номинального сопротивления (цифра) и обозначения единицы измерения (Ом – омы, кОм – килоомы, Мом – мегаомы, ГОм – гигаомы, Том – тераомы). Например, 200 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. 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, 10³, 10⁶, 10⁹ для со­противлений, выраженных в омах. Для приведенного выше примера следует писать: 200R, 150К, 2М2, 6G8, 1Т0.

Для постоянных резисторов введена маркировка цвет­ным кодом. Ее наносят знаками в виде кругов или полос. Маркировочные знаки сдвигают к одному из торцов резистора и располагают слева направо. Количество полос может быть четыре или пять.

Цвета знаков маркировки номинального сопротивления и допус­ков приведены в таблице.

Таблица

Цвета знаков маркировки номинального сопротивления

и допусков

Цвет знака	Номинальное сопротивление. Ом	Допуск, %
Первая цифра	Вторая цифра	Третья цифра	Множитель
Серебристый	-	-	-	10^-2	±10
Золотистый	-	-	-	10^-1
Черный	-		-		-
Коричневый					±1
Красный				10^2	±2
Оранжевый				10^3	-
Желтый				10^4	-
Зеленый				10^5	±0,5
Голубой				10^6	±0,25
Фиолетовый				10^7	±0,1
Серый				10^8	±0,05
Белый				10^9	-

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

2. КОНДЕНСАТОРЫ

2.1. КЛАССИФИКАЦИЯ КОНДЕНСАТОРОВ

На рис. 2.1 приведена классификация конденсаторов, в которой они подразделяются по назначению, по способу защиты, по способу монтажа и т.п.

В зависимости от назначенияконденсаторы разделяются на две большие группы: общего и специального назначения. Группа общего назначения включает в себя широко применяе­мые конденсаторы, используемые практически в большинстве видов и классов аппаратуры. Традиционно к ней относят наиболее распро­страненные низковольтные конденсаторы, к которым не предъявля­ются особые требования. Все остальные конденсаторы являются специальными. К ним от­носятся высоковольтные, импульсные, помехоподавляющие, дозимет­рические, пусковые и др.

По характеру изменения емкостиразличают конденсаторы по­стоянной емкости, переменной емкости и подстроечные. Из названия конденсаторов постоянной емкости вытекает, что их емкость является фиксированной и в процессе эксплуатации не регулируется. Конденсаторы переменной емкости допускают изменение емко­сти в процессе функционирования аппаратуры. Управление емко­стью может осуществляться механически, электрическим напряже­нием (вариконды) и температурой (термоконденсаторы). Их приме­няют для плавной настройки колебательных контуров, в цепях авто­матики и т.п. Емкость подстроечных конденсаторов изменяется при разовой или периодической регулировке и не изменяется в процессе функцио­нирования аппаратуры. В зависимости от способа монтажа конденсаторы могут выпол­няться для печатного и для навесного монтажа, а также для исполь­зования в составе микромодулей и микросхем или для сопряжения с ними.

По виду диэлектрикавсе конденсаторы можно разделить на группы: с органическим, неорганическим, газообразным и оксидным диэлектриком.

Рис. 2.2. Классификация конденсаторов

Конденсаторы с органическим диэлектриком изготавливают обычно намоткой тонких длинных лент конденсаторной бумаги, пленок или их комбинации с металлизированными или фольговыми электродами. Деление конденсаторов с органической изоляцией на низковольт­ные (до 1600 В) и высоковольтные (свыше
1600 В) носит чисто условный характер и не для всех типов строго соблюдается. Напри­мер, для бумажных конденсаторов границей деления является на­пряжение 1000 В.

По назначению и используемым диэлектрическим материалам низковольтные конденсаторы разделяют на низкочастотные и высокочастотные.

К низкочастотным пленочнымотносятся конденсаторы на осно­ве полярных и слабополярных органических пленок (бумажные, металлобумажные, полиэтилентерефталатные, комбинированные, лакопленочные, поликарбонатные и полипропиленовые), тангенс угла диэлектрических потерь которых имеет резко выраженную зависимость от частоты. Они способны работать на частотах до 10⁴–10⁵ Гц при существенном снижении амплитуды переменной составляющей на­пряжений с увеличением частоты.

К высокочастотным пленочнымотносятся конденсаторы на основе неполярных органических пленок (полистирольные и фторопластовые), имеющих малое значение тангенса угла диэлектрических потерь. Они допускают работу на частотах до 10⁵–10⁷ Гц.

Высоковольтные конденсаторыможно разделить на высоко­вольтные постоянного напряжения и высоковольтные импульсные. В качестве диэлектрика высоковольтных конденсаторов постоянного напряжения используют бумагу, полистирол, фторопласт, лавсан и сочетание бумаги и синтетических пленок (комбинированные). Высоковольтные импульсные конденсаторы в большинстве слу­чаев делают на основе бумажного и комбинированного диэлектриков.

Конденсаторы с неорганическим диэлектриком можно разделить на три группы: низковольтные, высоковольтные и помехоподавляющие. В качестве диэлектрика в них используется керамика, стекло, стеклоэмаль, стек­локерамика и слюда. Обкладки выполняются в виде тонкого слоя металла, нанесенного на диэлектрик путем непосредственной его металлизации, или в виде тонкой фольги.

Помехоподавляющие конденсаторыс неорганическим керамиче­ским диэлектриком разделяются на опорные и проходные. Их ос­новное назначение – подавление индустриальных и высокочастот­ных помех, создаваемых промышленными и бытовыми приборами, выпрямительными устройствами и др.

Конденсаторы с ок­сидным диэлектриком (старое название – электролитические) разделяются на конден­саторы общего назначе­ния, неполярные, высокочастотные, импульсные, пусковые и помехоподавляющие. В качестве диэлектрика в них, используется оксидный слой, образуемый электрохимическим путем на аноде – металличе­ской обкладке из некоторых металлов. В зависимости от материала анода оксидные конденсаторы подразделяют на алюминиевые, танталовые и ниобиевые. Второй обкладкой конденсатора – катодом служит электролит, пропитывающий бумажную или тканевую прокладку в оксидно-электролитических (жидкостных) алюминиевых и танталовых кон­денсаторах, жидкий или гелеобразный электролит в танталовых объемно-пористых конденсаторах.

Конденсаторы группы общего назначения имеют униполярную (одностороннюю) проводимость, вследствие чего их эксплуатация возможна только при положительном потенциале на аноде.

Конденсаторы с газообразным диэлектриком разделя­ются на постоянные и переменные. В качестве диэлектрика в них используется воздух, сжатый газ (азот, фреон, элегаз), вакуум. Осо­бенностью газообразных диэлектриков являются малое значение тангенса угла диэлектрических потерь (до 10^-5) и высокая стабиль­ность электрических параметров. Поэтому основной областью их применения является высоковольтная и высокочастотная аппара­тура.

2.2. СИСТЕМА УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
И МАРКИРОВКА КОНДЕНСАТОРОВ

Условное обозначение конденсаторов может быть сокращенным и полным.

Сокращенное условное обозначение состоит из букв и цифр.

Первый элемент – буква или сочетание букв, обозначающие подкласс конденсатора:

К – постоянной емкости;

КТ – подстроенные;

КП – переменной емкости.

Второй элемент – обозначение группы конденсатора в зависи­мости от материала диэлектрика.

Третий элемент – пишется через дефис и обозначает регистра­ционный номер конкретного типа конденсатора. В состав третьего элемента может входить также буквенное обозначение.

Приведенная система не распространяется на условные обозна­чения старых типов конденсаторов, в основу которых брались раз­личные признаки: конструктивные разновидности, технологические особенности, эксплуатационные характеристики, области применения и т.п. Например:

КД – конденсаторы дисковые;

КМ – керамические монолитные;

КЛС – керамические литые секционные;

КСО – конденсаторы слюдяные опрессованные;

СГМ – слюдяные герметизированные малогабаритные;

КБГИ – конденсаторы бумажные герметизированные изолиро­ванные;

МБГЧ – металлобумажные герметизированные частотные;

КЭГ – конденсаторы электролитические герметизированные;

ЭТО – электролитические танталовые объемно-пористые;

КПК – конденсаторы подстроечные керамические.

Полное условное обозначение конденсатора состоит из сокра­щенного обозначения, обозначения и величины основных парамет­ров и характеристик, обозначения климатического исполнения.

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

– обозначение конструктивного исполнения,

– номинальное напряжение,

– номинальная емкость;

– допускаемое отклонение емкости (допуск);

– группа и класс по температурной стабильности емкости;

– номинальная реактивная мощность;

– другие, необходимые дополнительные характеристики.

Маркировка на конденсаторах буквенно-цифровая и содержит: сокращенное обозначе­ние конденсатора, номинальное напряжение, номинальное значение емкости, допуск, обозначение климатического исполнения и дату изго­товления.

Полное обозначение номинальных емкостей состоит из значения номинальной емкости (цифра) и обозначения единицы измерения (пф – пикофарады, мкФ – микрофарады, Ф – фарады), например: 1,5 пФ; 0,1 мкФ; 10 мкФ; 1 Ф.

Фактические значения емкостей могут отличаться от номиналь­ных в пределах допускаемых отклонений. Последние указываются в процентах в соответствии с рядом: ±0,1; ±0,25; ±0,5; ±1; ±2; ±10;.±20; ±30.

Номинальное напряжение – значение напряжения, обозначен­ное на конденсаторе, при котором он может работать в заданных условиях в течение срока службы, с сохране­нием параметров в допустимых пределах.

Значение номинального напряжения зависит от конструкции конденсатора и физических свойств материалов, примененных при его конструировании.

Номинальное напряжение устанавливается с необходимым запа­сом по отношению к электрической прочности диэлектрика, исклю­чающим возникновение в течение гарантированного срока службы интенсивного старения диэлектрика, которое приводит к существен­ному ухудшению электрических характеристик конденсатора.

Электрическая прочность диэлектрика зависит от вида электри­ческого напряжения (постоянное, переменное, импульсное), от тем­пературы и влажности окружающей среды, от площади обкладок конденсатора, с увеличением которой растет число «слабых мест» диэлектрика, и от времени его эксплуатации. Соответственно от этих факторов зависит и значение номинального напряжения.

Номинальное напряжение конденсаторов многих типов умень­шается с ростом температуры окружающей среды, так как с увели­чением температуры, как правило, ускоряются процессы старения диэлектрика.

Потери энергии в конден­саторах определяются отношением активной мощности к реактив­ной при синусоидальном напряжении определенной частоты. Эти потери обычно характеризуются тангенсом угла потерь δ.

Конкретное значение тангенса угла потерь зависит от типа ди­электрика и его качества, а также от температуры окружающей среды и от частоты переменного тока, на которой он определяется (измеряется). Как правило, tgδ имеет минимум в области комнат­ных температур, с ростом частоты значение tgδ увеличивается.

С течением времени (длительное хранение и наработка), а так­же эксплуатации во влажной среде значение tgδ растет и может увеличиться внесколько раз.

ЗАДАНИЕ

1. Определить тип резисторов и конденсаторов, предложенных преподавателем.

2. По маркировке резисторов и конденсаторов определить их номинальные значения и допуски.

3. Провести измерения сопротивлений и емкостей для исследуемых резисторов и конденсаторов.

4. Вычислить допуски величин сопротивлений и емкостей.

5. Сравнить измеренные и вычисленные номинальные значения и допуски для резисторов и конденсаторов.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Краткая классификация резисторов и конденсаторов.

2. Система условных обозначений и маркировка резисторов и конденсаторов.

3. Описание характеристик исследуемых резисторов и конденсаторов.

4. Результаты измерений характеристик резисторов и конденсаторов.

5. Выводы по работе.

Составитель

ДЕМЬЯНОВ ВЛАДИМИР ВАСИЛЬЕВИЧ

РЕЗИСТОРЫ И КОНДЕНСАТОРЫ

Методические указания к лабораторным работам

по дисциплинам

«Информационно-измерительная техника и электроника»,

«Физические основы промэлектроники»

для специальностей 140211, 190702

всех форм обучения

Печатается в авторской редакции. Рецензент Филимонов С.Г.

Подписано в печать Формат 60´84/16.

Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе. Уч.-изд.л..

Тираж 75 экз. Заказ

ГУ КузГТУ. 650000, Кемерово, ул. Весенняя, 28.

Типография ГУ КузГТУ. 650000, Кемерово, ул. Д. Бедного, 4А.

Дата добавления: 2015-05-10