Введение - что такое резистор.
Резистор - один из трёх основных пассивных радиоэлементов. На долю этих деталей, приходится до 60% всех элементов большинства электронных схем устройств. В этой статье мы рассмотрим что это за элемент, как работает, как устроен и какие разновидности бывают.
На схемах резистор отображают в виде условного графического обозначения (УГО) как на рисунке выше - в виде прямоугольника с выводами. Внутри которого может прописываться мощность резистора, а рядом с ним указывается позиционное обозначение (R...) и номинальное сопротивление.
Итак, резистор это пассивный элемент электрических цепей, обладающий определённым или переменным значением электрического активного сопротивления.
Эквивалентная схема резистора
Для идеального резистора в любой момент времени и при любых величинах и видах токов и напряжений в независимости от внешних факторов, должен соблюдаться закон Ома: мгновенное значение напряжения на резисторе пропорционально току, проходящему через него. На практике же резисторы в той или иной степени обладают так же паразитной ёмкостью, индуктивностью, не линейностью ВАХ, и дрейфом характеристик с течением времени и изменением параметров окружающей среды.
Реальный же резистор, помимо активного сопротивления, имеет и реактивные параметры обусловленные индуктивностью выводов, токопроводящего слоя и ёмкостью конструкции выводов, поэтому эквивалентная схема реального резистора имеет вот такой вид:
На высоких частотах резистор начинает проявлять реактивные свойства: в зависимости от конструктивного исполнения — либо преимущественно емкостные, либо индуктивные. В высокочастотной аппаратуре наличие паразитной индуктивности и ёмкости приводит к резонансу на частотах в несколько ГГц, на низких частотах эти параметры зачастую можно игнорировать.
Откуда берутся эти паразитные параметры? Давайте посмотрим на конструкцию типового выводного резистора:
На основание в виде керамического стержня (3), наносится напыление (1)- это может быть толстоплёночное, тонкопленочное металлическое или металлооксидное, углеродистое... в общем не важно. Для увеличения длинны проводника и предания ему требуемой величины сопротивления, в слое проводника прорезают спиральную канавку (4), в результате чего получается как бы катушка ленточного проводящего слоя, намотанная на керамический стержень. Вот и получается паразитная индуктивность XL включенная последовательно с основным сопротивление проводящего слоя.
На торцы цилиндра с токопроводящим слоем, напрессовываются колпачки с выводами (2) с обоих торцов. И вот плоскости этих колпачков и образуют обкладки паразитного конденсатора Xc. Но сами выводы состоят из металла с определённым собственным оммическим сопротивлением - R1 и R2, а так же как и любой провод - с собственной индуктивностью XL1, XL2.
Параметры резисторов
С конструкцией вроде разобрались. Теперь перейдём к основным параметрам резисторов. В этой статье мы будем рассматривать только постоянные резисторы, а соответственно и их параметры.
1. Номинальное сопротивление.
Как было сказано ранее основная функция резистора - это носитель электрического сопротивления. Соответственно первый и основной параметр для резисторов - это величина номинального сопротивления, т.е. то значение сопротивления которое должно быть у резистора при производстве, указывается зачастую на корпусе в явном или закодированном виде. Сопротивление измеряется в Омах [Ом]. Либо в кратных единицах - кило Ом [кОм], мега Ом [МОм], гига Ом [ГОм]
2. Максимальная мощность рассеивания.
При прохождении электрического тока через резистор на нём выделяется электрическая мощность, согласно закону Джоуля-Ленца эта мощность преобразуется в тепло.
Номинируется мощность в Ваттах [Вт], и так же указывается на корпусе или определяется типоразмером корпуса, как у чип резисторов.
И вот максимальная мощность которую может рассеивать резистор, сохраняя свою работоспособность в заданных условиях и на протяжении заданного времени с сохранением параметров надежности, называют максимальной мощностью рассеивания.
И тут важно каждое слово. Так, например, резистор мощностью 1 Вт может работать короткое время при мощности 3 Вт, а вот этот же резистор, при температуры окружающей среды больше расчётной,будет надёжно работать при мощности например 0,75Вт, т.к. затруднён отвод тепла в "горячую" среду.
3. Допустимое отклонение сопротивления.
Допустимое отклонение величины фактического значения резистора от номинального его значения, выраженное в процентах.
Так, например, если у нас есть резисторы с номинальным сопротивлением 1 кОм и допуском в 5%, то величина фактического сопротивления всех резисторов должна находится в интервале от 950 Ом до 1050 Ом, и тогда эти резисторы будут соответствовать заявленным характеристикам.
4. Температурный коэффициент сопротивления - ТКС.
Ещё из школьного курса физики мы помним, что с ростом температуры у металлов растет сопротивление т.е. ухудшается проводимость. И вот то как изменяется фактическое сопротивление резистора с ростом температуры и показывает параметр ТКС. Измеряется в миллионных долях от номинального сопротивления на градус Цельсия [ppm/C]
Для большинства резисторов ТКС положительный, а это значит что с нагревом сопротивление резистора растёт, что необходимо учитывать в некоторых случаях.
В отличии от предыдущих параметров, ТКС зачастую не указывается на корпусе резистора, и регламентируется в технической документации
5. Максимальное рабочее напряжение резистора.
Очень часто мастера по ремонту техники, да и инженеры при её разработке, не дооценивают значение этого параметра. Но на самом деле использование резистора при напряжениях более расчётных, может приводить к поверхностному пробою между контактами резистора и даже к пробою между витками нарезки в проводящем слое.
В большинстве случаев, наблюдается корреляция между максимальным рабочим напряжением и геометрическими размерами резистора,чем больше размер - тем выше максимальное рабочее напряжение и мощность, как вот например для чип резисторов:
6. Максимальная рабочая температура.
Имеется в виду, максимальная рабочая температура окружающей среды - воздуха, при нормальном давлении.
Так, в практике ремонта электроники, не раз доводилось встречаться с типовыми неисправностями, вызванными нарушением теплового режима работы резистора, из-за нахождения его под слоем герметика, что приводило к резкому снижению интенсивности теплового обмена с окружающей средой и как следствие к преждевременному выходу его из строя.
7. Коэффициент шума.
Как и любой электрический компонент, даже просто кусок провода, при подключении в ооочень чувствительному вольтметру, на выводах резистора можно обнаружить случайное напряжение в виде белого шума. Уровень этого шума и определяет параметр коэффициента шумов. Данный параметр принимает заметное значение для устройств которые усиливают и обрабатывают сигналы с очень малым уровнем, такие как антенные усилители. гетеродины, усилители биосигналов...
Этот параметр так же указывается в тех. документации к типу резисторов.
Ниже приведён пример документации с исчерпывающим набором параметров: