Из чего делают резисторы: Что необходимо знать о резисторах? / Хабр

Что необходимо знать о резисторах? / Хабр

Резистор: кусочек материала, сопротивляющийся прохождению электрического тока. К обоим концам присоединены клеммы. И всё. Что может быть проще?

Оказывается, что это совсем не просто. Температура, ёмкость, индуктивность и другие параметры играют роль в превращении резистора в довольно сложный компонент. И использовать его в схемах можно по-разному, но мы сконцентрируемся на разных видах резисторов фиксированного номинала, на том, как их делают и как они могут пригодиться в разных случаях.

Начнём с самого простого и старого.

Углеродный композит в проигрывателе

Их часто называют «старыми» резисторами. Они широко применялись в 1960-х, но с появлением других типов резисторов и благодаря достаточно большой себестоимости, их использование сейчас ограничено. Они состоят из смеси керамического порошка с углеродом, связанных при помощи смолы. Углерод хорошо проводит ток, и чем больше его в смеси, тем меньше сопротивление.

Провода присоединяются с концов. Они покрываются краской или пластиком, служащими изоляцией, а сопротивление и допуск обозначаются цветными полосками.

Сопротивление таких резисторов можно перманентно изменить, подвергнув их высокой влажности, высокому напряжению или перегреву. Допуск составляет 5% или более. Это просто твёрдый цилиндр с хорошими высокочастотными характеристиками. Также они хорошо переносят перегрев, несмотря на свой малый размер, и всё ещё используются в блоках питания и сварочных контроллерах.

Однако их возраст не остановил меня от использования мешка таких резисторов, купленных мною в комиссионке с целью изготовления различных сопротивлений, которые были нужны мне для моего проекта муз. проигрывателя 555. На фото как раз моя поделка.

Производятся нанесением слоя чистого углерода на керамический цилиндр и последующего удаления углерода с целью формирования спирали. Итог покрывается кремнием. Толщина слоя и ширина оставшегося углерода управляют сопротивлением, а допуск таких резисторов бывает от 2%, лучше, чем у предыдущих.

Благодаря чистому углероду сопротивление меньше меняется с температурой.

Температурный коэффициент сопротивления углеродно-плёночных резисторов составляет от 200 до 500 ppm/C – миллионных долей на градус Цельсия. 200 ppm/C значит, что с каждым градусом сопротивление не изменится больше, чем на 200 Ом на каждый МОм общего сопротивления. В процентах это можно выразить как 0,02%/C. Если температура изменится на 80 С, при показателе 200 ppm/C сопротивление резистора поменяется на 1,6%, или на 16 кОм.

Такие резисторы выпускаются номиналом от 1 Ом до 10 кОм, мощностью от 1/16 Вт до 5 Вт и выдерживают напряжения в несколько киловольт. Обычно используются в высоковольтных блоках питания, рентгеновских аппаратах, лазерах и радарах.

Металлическая плёнка делается схожим с углеродной образом, путём размещения металлического слоя (часто это никель хром) на керамике, с последующим вырезанием спирали. Согласно документации от производителя Vishay, после присоединения клемм спираль раньше обрабатывали шлифовкой, но сейчас для этого используют лазеры. Результат покрывается лаком и помечается цветовой кодировкой или текстом.

Сопротивление резисторов из металлической плёнки меняется меньше, чем у углеродно-плёночных. ТКС находится в районе 50-100 ppm/C. 50 ppm/C аналогичны 0,005%/C. Использовав аналогичный приведённому выше пример с резистором в 1 МОм, изменение температуры на 80 С приведёт в случае резистора 50 ppm/C к изменению сопротивления на 0,4%, или на 4 кОм.

Допуск у них меньше, порядка 0,1%. Также обладают хорошими шумовыми характеристиками, низкой нелинейностью и хорошей стабильностью по времени, и используются для множества целей.

Случай схож с металлической плёнкой, только обычно используется оксид олова с примесью оксида сурьмы. Ведут себя такие резисторы лучше, чем углеродные или металлические плёнки, если говорить о напряжении, перегрузках, скачках и высоких температурах. Резисторы на углеродной плёнке работают до 200 С, на металлической – до 250-300 С, а резисторы на плёнке из оксида – до 450 С. При этом их стабильность весьма хромает.

Производятся намоткой провода на пластиковый, керамический или стекловолоконный цилиндр. Поскольку провод можно отрезать довольно точно, номинал их сопротивления можно выбрать с большой точностью с допуском не хуже 0,1%. Чтобы получить резистор с высоким сопротивлением, нужно использовать очень тонкий и длинный провод. Провод можно сделать тоньше для меньшей мощности или толще для большей мощности. Его можно изготавливать из большого числа металлов и сплавов, включая никель хром, медь, серебро, хромистой стали и вольфрама.

Разрабатываются с прицелом на возможность работы при высоких температурах: вольфрамовые выдерживают температуры до 1700 С, серебряные – от 0 до 150 С. ТКС у высокоточных проволочных резисторов составляет порядка 5 ppm/C. У резисторов, предназначенных для высоких мощностей, ТКС выше.

Работают на мощностях от 0,5 Вт до 1000 Вт. Резисторы на несколько сотен Вт могут быть покрыты высокотемпературным кремнием или стекловидной эмалью. Для увеличения теплоотвода могут быть оборудованы алюминиевым кожухом с пластинами, работающими как радиатор.

Виды намотки

Поскольку это практически катушки, у них присутствует индуктивность и ёмкость, из-за чего на высоких частотах они ведут себя плохо. Для уменьшения этих эффектов применяются различные хитрые схемы намотки, например, бифилярная, намотка на плоском носителе, и намотка Аэртона-Перри.

У бифилярной намотки отсутствует индукция, но высокая ёмкость. Намотка на плоском и тонком носителе сближает провода и уменьшает индукцию. Намотка Аэртона-Перри, благодаря тому, что провода идут в разных направлениях и находятся близко друг от друга, уменьшает самоиндукцию и ёмкость, поскольку в местах пересечения напряжение одинаково.

Потенциометры делают на основе проволочных резисторов благодаря их надёжности. Также они используются в прерывателях и предохранителях. Их индукцию можно увеличить и использовать их как датчики тока, измеряя индуктивное сопротивление.

Используют фольгу толщиной в несколько микрон, обычно из никель хрома с добавлениями, расположенную на керамической подложке. Они наиболее стабильные и точные из всех, даром что существуют с 1960-х. Необходимое сопротивление достигается фототравлением фольги. Не имеют индуктивности, обладают низкой ёмкостью, хорошей стабильностью и быстрой тепловой стабилизацией. Допуск может быть в пределах 0,001%.

ТКС составляет 1 ppm/C. При изменении температуры на 80 С мегаомный резистор поменяет сопротивление всего на 0.008% или 80 Ом. Интересен способ, которым достигается подобная точность. При увеличении температуры увеличивается и сопротивление. Но резистор делается так, что увеличение температуры приводит к сжатию фольги, из-за чего сопротивление падает. Суммарный эффект приводит к тому, что сопротивление почти не меняется.

Хорошо подходят для аудиопроектов с токами высоких частот. Также подходят для проектов, требующих высокую точность, например, электронных весов. Естественно, используются в областях, где ожидаются большие колебания температуры.

В основном применяются для поверхностного монтажа.

Плёнка в толстоплёночных резисторах в 1000 раз толще, чем в тонкоплёночных. Это самые дешёвые резисторы, так как толстая плёнка дешевле.

Тонкооплёночные резисторы изготавливаются ионным напылением никель хрома на изолирующую подложку. Затем применяется фототравление, абразивная или лазерная чистка. Толстоплёночные изготавливаются печатью по трафарету. Плёнка представляет собой смесь связующего вещества, носителя и оксида металла. В конце процесса применяется абразивная или лазерная чистка.

Допуск тонкоплёночных резисторов находится на уровне 0,1%, а ТКС – от 5 до 50 ppm/C. У толстоплёночных допуск бывает 1%, а ТКС — 50 до 200 ppm/C. Тонкоплёночные резисторы меньше шумят.

Тонкоплёночные резисторы применяются там, где требуется высокая точность. Толстоплёночные можно использовать практически везде – в некоторых ПК можно насчитать до 1000 толстоплёночных резисторов поверхностного монтажа.

Существуют и другие виды резисторов постоянного номинала, но в ящичках для резисторов вы, скорее всего, встретите один перечисленных.

Из чего состоит и как выглядит резистор, предназначение в электрической цепи, принцип работы и маркировка

Чайники, лампы накаливания, электрооборудование машины и многие другие электроприборы содержат резисторы. Они настолько видоизменились, что без знания отличительных признаков их порой трудно определить. В справочниках дается определение: резистор — это элемент с заданным постоянным или переменным сопротивлением. На практике — это множество элементов, которые используются в самых неожиданных конструкциях. Чтобы понять из чего состоит резистор, необходимо узнать, из какого материала он изготавливается.

• Устройство резистора изнутри
• Разделение по видам
• Использование в электрической схеме
• Области применения
• Обозначение на схеме
• Виды маркировок

Устройство резистора изнутри

Самый простой резистор — это реостат. На каркас наматывается проволока с большим сопротивлением и подключается к источнику питания. Исходя из этого можно сделать вывод: первое требование для этого элемента — высокоомный проводник. Для производства этого элемента используют:

• проволоку;
• металлическую пленку, металлическую фольгу;
• композитный материал;
• полупроводник.

Проволочные сопротивления просты в изготовлении, способны рассеивать максимальную мощность, но имеют существенный недостаток: у них самая большая индуктивность. Диаметр проволоки колеблется от нескольких микрон до нескольких миллиметров.

Металлическую фольгу из высокоомного материала наматывают на каркас. При необходимости увеличить сопротивление ее разрезают на дорожку, тем самым увеличивая длину, и соответственно, сопротивление. Металлопленочный резистор получают напылением металла на основу.

В качестве композитного материала используют графит с органическими или неорганическими добавками. Резистор может полностью состоять из такого материала или из дорожки, на которую нанесен этот материал.

С началом производства микросхем появились новые резисторы, которые называются интегральные. Производство выполняется на молекулярном уровне. На высоколегированный полупроводник напыляют тонкий слой высокоомного металла, что и выполняет функцию резистора.

Разделение по видам

Поскольку сопротивление — одна из самых используемых форм деталей, то и применение его очень разнообразно. В зависимости от назначения резистора его можно разделить на три категории:

• постоянные;
• подстроечные;
• регулирующие.

Первая категория — постоянные резисторы — имеют заданное сопротивление и больше остальных используются в электрических схемах. Тем не менее сопротивление все равно зависит от внешних факторов. По этому признаку их квалифицируют на следующие виды:

• линейные;
• нелинейные.

Линейные названы так, потому что их сопротивление меняется плавно, то есть линейно, в зависимости от внешнего влияния. У нелинейных такой плавности нет. Например, если измерить сопротивление лампы накаливания в холодном состоянии, то оно будет одно, а в горячем — совсем другое, причем в 10—15 раз больше.

Если существует такое многообразие, то возникает закономерный вопрос — как понять где резистор? На самом деле резистор может выглядеть как круг, трубка или квадрат. Они выпускаются различных форм, размеров, окрасок. Порой чтобы определить, что это резистор, необходимо посмотреть электрическую принципиальную схему.

Вторая категория — подстроечные. Имеют регулирующий механизм, который плавно меняет сопротивление. Используется для точной настройки аппаратуры.

Следующая категория — регулировочные. Название здесь говорит само за себя. Они предназначены для регулировок, а значит, должны менять свое сопротивление. В отличие от постоянных, у которых два вывода, у этих имеется три вывода. Два из них подключаются к самому резистору, а третий — к подвижному контакту, который соединен с вращающимся элементом. Если подключить питание к двум выводам, то на подвижном контакте будет другое напряжение, которое будет отличаться от напряжения на выводах этого элемента.

Если подключить регулировочный (переменный) резистор последовательно с батарейкой, соединить лампочку одним выводом с минусовой клеммой батарейки, а другой с выводом подвижного контакта, то при вращении рукоятки переменного резистора будет заметно, как меняется яркость лампочки. Почему такое происходит можно понять, если разобраться что делает резистор.

Использование в электрической схеме

Яркость лампочки зависит от тока, протекающего по нити накаливания — чем больше ток, тем ярче горит лампочка. По закону Ома ток можно высчитать разделив напряжение на сопротивление, значит, чем меньше сопротивление, тем больше ток. На практике работать это будет следующим образом.

Допустим, лампочка рассчитана на напряжение в 9 В, имеет сопротивление 70 Ом (в рабочем, горячем состоянии), батарея на 9 в и переменное сопротивление 100 Ом. Для нормальной работы ток, проходящий через лампочку, должен быть примерно 0,13 А (напряжение батареи 9 В делится на сопротивление лампочки 70 Ом). В эту цепь последовательно подсоединяется переменный резистор в 100 Ом, ток цепи составит примерно 0,05 А (напряжение батареи 9 В делится на общее сопротивление 170 Ом), — это примерно треть от требуемого тока и лампочка, следовательно, не будет гореть.

В этом случае резистор помогает плавно гасить свет. Подобный принцип используется, например, в кинотеатрах. Если батарея на 9 В, а лампочка рассчитана на 2,5 В, то для ее нормальной работы необходим делитель или гаситель напряжения. В чем суть? В цепи необходимо создать нормальный для лампочки ток.

Если используется гаситель, то к источнику тока последовательно подключаются 2 или более резистора и лампочка. Общее сопротивление выбирается с таким расчетом, чтобы ток, протекающий по цепи, соответствовал номинальному току лампочки. Допустим, имеются: источник постоянного тока 9 В, лампочка напряжением 2,5 В и номинальным током 0,12 А.

Рассчитывается сопротивление лампочки, для этого напряжение делится на ток и получается примерно 20,8 Ом. Чтобы по цепи шел ток в 0,12 А, рассчитывается общее сопротивление: 9 В делённое на 0,12 А дает 75 Ом. Вычитается сопротивление лампочки и получится 54,2 Ом — такое сопротивление необходимо добавить к лампочке.

Если используется делитель, то тогда берутся два и более резистора и подключаются последовательно источнику питания. Параллельно какой-то части делителя подключается нагрузка, получается схема со смешанным подключением: источник — часть делителя — параллельно подключенные часть делителя и нагрузка — источник тока. Это только один вариант, на самом деле схем подключения множество, но всегда идет смешанное подключение.

Далее делается расчет нужного сопротивления. При параллельном подключении ток идет по двум цепям, значит, на нагрузке его будет меньше (подключенный последовательно резистор ограничивает ток). Для нормальной работы нагрузки высчитываются все токи, проходящие по делителю, а затем подбирается ограничивающий.

При последовательном подключении, чтобы отключить лампочку — нужно отключить питание, а при использовании делителя достаточно отключить цепь лампочки. Если необходимо к источнику подключить несколько нагрузок с разным напряжением, то без делителя (его еще называют делитель напряжения) не обойтись.

Области применения

Кроме своего обычного назначения — оказывать влияние на ток и напряжение, резисторы при использовании различных материалов приобретают совершенно другие свойства и название. Зачем они нужны, видно из следующего списка:

• зависит от напряжения, — это варистор;
• от температуры — терморезистор, термистор;
• от освещенности — фоторезистор;
• от деформации — тензорезистор;
• от действия магнитного поля — магниторезистор;
• разрабатывается новый, называется мемристор, сопротивление зависит от количества, проходящего через него заряда.

Варисторы чаще всего используют в качестве защиты от перенапряжения. В виде датчиков температуры используют терморезисторы. Если необходимо автоматизировать включение уличного освещения, то без фоторезистора это будет сделать сложно. Остальные указанные приборы используются в узкой специализации.

Обозначение на схеме

На электрической принципиальной схеме все резисторы обозначаются прямоугольником. Рядом ставится буква R и число, указывающее сопротивление. Если это постоянный, то внутри прямоугольника могут стоять римские цифры, соответствующие мощности этого элемента в ваттах. При мощности менее 1 Вт применяются следующие условные обозначения:

• одна продольная линия внутри прямоугольника указывает на мощность в 0,5 Вт;
• одна косая линия говорит о мощности в 0,25 Вт;
• две косых — 0,125 Вт;
• три косых — 0,05 Вт.

Для того чтобы можно было отличать один прибор от другого, например, варистор от термистора также используются условные обозначения:

• постоянный резистор обозначается только прямоугольником;
• регулировочный — стрелка перечеркивает прямоугольник, центральный вывод подключается к одному из выводов резистора;
• переменный — к прямоугольнику сверху под прямым углом подходит стрелка, к ней подключаются другие приборы;
• подстроечный — на прямоугольник сверху ложится буква «т», к этому выводу подключаются другие приборы;
• подстроечный, как реостат, центральный вывод соединен с одним из выводов прибора — прямоугольник перечеркивает косая буква «т»;
• термистор (терморезистор) — на прямоугольник под наклоном ложится хоккейная клюшка;
• варистор — обозначается как термистор, но над рабочей поверхностью клюшки ставится буква U;
• фоторезистор — сверху к прямоугольнику подходят две наклонные стрелки.

Виды маркировок

На больших постоянных резисторах в сокращенной форме пишутся мощность, сопротивление и допуск (на сколько процентов может отклоняться указанная величина). Детали малого размера имеют цветовую, буквенную или цифровую маркировку, причем буквы и цифры могут дополнять друг друга. Каждый производитель сам выбирает способ маркировки.

Электронные компоненты — Резисторы | FDA

[Предыдущая глава] [Содержание] [Следующая глава]

 

ОТДЕЛ. ЗДРАВООХРАНЕНИЯ, ОБРАЗОВАНИЯ И
ОБЩЕСТВЕННОЕ ЗДРАВООХРАНЕНИЕ
УПРАВЛЕНИЕ ПИЩЕВЫМИ ПРОДУКТАМИ И ЛЕКАРСТВАМИ
*ORA/ORO/DEIO/IB*

Дата: 16.01.78 Номер: 31
Родственный Области программы:
Радиологическое здоровье

---

ТЕМА ITG: ЭЛЕКТРОННЫЕ КОМПОНЕНТЫ — РЕЗИСТОРЫ

Это ITG было написано для ознакомления исследователя с одним из электронных компонентов, обычно используемых в медицинских устройствах. В этом ITG рассматриваются теория, применение и тестирование резистора, а также некоторые конструктивные соображения, которые следует учитывать при использовании резисторов. Если к этому подходу будет проявлен достаточный интерес, в будущих выпусках ITG будут рассмотрены дополнительные компоненты.

Теория

Резисторы — это устройства, изготовленные специально для обеспечения постоянного или переменного сопротивления в соответствии с конкретным приложением электрической цепи. Функцию резистора или сопротивления можно просто объяснить, используя аналогию между переменным резистором в последовательной цепи с дополнительными постоянными резисторами и клапаном в водопроводе. Предположим, что у нас есть один регулируемый клапан в водопроводе, подключенном к источнику воды под некоторым давлением. Как известно, мы можем уменьшить или увеличить расход воды по магистрали, частично закрыв или открыв вентиль. Точно так же, если у нас есть регулируемое сопротивление в электрической цепи, мы можем эффективно уменьшить или увеличить ток в цепи, увеличив или уменьшив сопротивление цепи. Давление воды в водопроводе аналогично напряжению в электрической цепи. По мере того, как мы постепенно открываем водяной клапан, поток воды увеличивается, а перепад давления на клапане уменьшается до тех пор, пока не будет значительной разницы давлений между каждой стороной клапана, когда водяной клапан полностью открыт. Точно так же, когда мы уменьшаем сопротивление переменного резистора (открываем вентиль), перепад напряжения на резисторе уменьшается до тех пор, пока мы не достигнем конца сопротивления (где у нас, по сути, короткое замыкание), не будет заметного перепада напряжения на резисторе. резистор. Перепад напряжения на резисторе в любой момент времени называется «падением напряжения». По мере того, как клапан постепенно закрывается, перепад давления на клапане увеличивается до тех пор, пока при полностью закрытом клапане и отсутствии потока воды перепад давления на клапане не станет таким же, как давление в источнике. Точно так же предположим, что у нас есть резистор, который мы можем настроить на очень большое значение. По мере того, как мы увеличиваем сопротивление, перепад напряжения на сопротивлении увеличивается до тех пор, пока при максимальном значении сопротивления резистора (представляющем разомкнутую цепь) через резистор практически не протекает ток, а напряжение на резисторе не становится таким же, как на источнике напряжения. . На абсолютную достоверность аналогии, как указано, влияют другие факторы схемы, но аналогия достаточно близка для нашего использования.

Вероятно, самая простая формула, которую нужно выучить при работе с электричеством, это Закон Ома -.

Напряжение (В) = Ток (I) X Сопротивление (R)

Другой способ записи закона Ом:

Напряжение (В) Ток (I) = ————- — Сопротивление (R)

Используя эту формулу, легко увидеть, что по мере уменьшения общего сопротивления (R) (при условии, что напряжение постоянно) ток (I) будет увеличиваться. И наоборот, при увеличении сопротивления ток будет уменьшаться. Соответственно, единицей измерения сопротивления является ом. Напряжение представляет собой электродвижущую силу и иногда может обозначаться буквой «Е» в приведенных формулах.

Приложение

Резисторы используются для обеспечения совместимости выхода одной цепи с входом другой (согласование импеданса), для введения сопротивления в электрическую или электронную цепь для установки количества используемого тока (нагрузка), установить рабочие уровни напряжения и тока для активных компонентов, таких как транзисторы (смещение), а также для ограничения протекания тока и снижения напряжения во многих других приложениях. Регулятор громкости на автомобильном радиоприемнике, телевизоре или стереосистеме представляет собой регулируемый резистор.

Типы резисторов

Существует два основных типа резисторов в зависимости от режима работы; фиксированные и переменные. Как следует из названий, постоянный резистор имеет фиксированное значение, а переменный резистор можно изменять или настраивать на разные значения сопротивления. Схематические обозначения постоянных и переменных резисторов следующие:

(Символы)

(размер изображения 5 КБ)

Имеющиеся в продаже резисторы, обычно используемые в медицинских устройствах, можно разделить на три основных типа в зависимости от технологии изготовления; состав, проволока и пленка. Эти основные резисторные технологии различаются по размеру, стоимости и электрическим характеристикам. Тип, который выбирается для конкретной конструкции, зависит от ограничений по размеру и необходимых электрических параметров, а также от среды, в которой резистор должен работать. Одни лучше других подходят для определенных целей, ни один отдельный тип не обладает всеми лучшими характеристиками.

Состав. Композиционные резисторы, вероятно, являются наиболее распространенными резисторами и изготавливаются путем объединения резистивного материала, такого как углерод, со связующим. Связующее используется для скрепления углерода, чтобы его можно было формовать или формировать в различные желаемые формы.

Из-за несоответствия материалов и методов, используемых при производстве резисторов, все резисторы имеют установленное допустимое отклонение (указанное в процентах) производственного значения от указанного «номинального» значения при указанных условиях окружающей среды (обычно при 25°С). Это указанное отклонение называется «допуском». Каждый резистор имеет определенный диапазон допустимых отклонений, в пределах которого значение сопротивления может изменяться; примерно от 0,1% до 20% от номинальной стоимости. В большинстве применений резисторов допускается изменение допусков, но для тех резисторов, которые используются в критических положениях, где необходим строгий или ограниченный допуск сопротивления, любое изменение параметров, вынуждающее их отклоняться от выбранных значений, может привести к дефектному изделию (±1% или меньше будет считаться жестким допуском).

Составной резистор считается резистором общего назначения. Как правило, композиционные резисторы доступны с допуском от ± 5% до ± 20%. Композитные резисторы не следует использовать в критических приложениях, где можно ожидать изменения окружающей среды. Воздействие влажности, температуры и давления, а также нормальное старение могут привести к тому, что состав резистора будет отличаться на ±15 % или более за пределами указанного диапазона допустимых значений.

Проволочный резистор — проволочный резистор считается одним из самых стабильных резисторов, допуски которого составляют всего ±0,1%. Проволочные резисторы изготавливаются путем намотки резистивного провода вокруг изолированной формы и покрытия конечного продукта изоляционным материалом.

Пленка. Пленочные резисторы изготавливаются путем формирования тонкого слоя резистивного материала на изолированной форме. Наиболее часто используемые пленочные резисторы можно разделить на типы в зависимости от используемых материалов: углеродно-пленочные, металлосплавные и металлооксидные. Один популярный металлопленочный резистор изготавливается путем нанесения металлической пленки на керамический цилиндр. Одним из обычно используемых материалов для этих резисторов является «кермет». Кермет представляет собой комбинацию керамических и металлических материалов, отсюда и название «кермет».

Одной из новейших технологий пленочных резисторов является производство толстопленочных и тонкопленочных резисторов, которые используются в микроэлектронных и гибридных схемах. Толстопленочные резисторы изготавливаются путем трафаретного нанесения резистивной металлической пасты или чернил на основу почти так же, как при трафаретной печати. Обычно резистивные материалы считаются запатентованными. Тонкопленочные резисторы формируются путем осаждения из паровой фазы тонкого слоя резистивного материала на основу. Толстопленочные и тонкопленочные резисторы обычно обрезаются до определенного значения путем вытравливания резистивного материала с помощью лазера, пескоструйной обработки и т. д.

Большинство композиционных и проволочных постоянных резисторов упакованы в цилиндрическую форму с осевыми выводами. Толстопленочные и тонкопленочные резисторы изготавливаются различных форм и размеров. Сети пленочных резисторов упаковывают в пластиковые двухрядные корпуса (DIP), однорядные корпуса (SIP), плоские корпуса и круглые металлические корпуса, идентичные тем, в которые упаковывают интегральные схемы. Отдельные резисторы могут быть упакованы в виде чипов и таблеток. Чип, используемый в микроэлектронике, представляет собой любой небольшой (обычно квадратный или продолговатый) кусок материала, который содержит схему или компонент. Толстопленочные резисторы обычно используются в гибридных схемах, где они наносятся непосредственно на подложку схемы. Подложка — это крошечная платформа, на которую наносятся схемы. Толстопленочные и тонкопленочные резисторы нашли широкое применение в разработке микроэлектроники, поскольку их можно сделать меньше, чем резисторы других типов сопоставимого номинала. Пленочные резисторы часто используются в критических местах схемы. Они могут быть приобретены в готовом виде с минимальным допуском ± 0,1%, мало изменяются в значении при изменении температуры и обычно стабильны при изменении влажности и давления.

Мощные резисторы. Мощные резисторы необходимы для передачи большого количества тока и, следовательно, рассеивания большого количества тепла. Следовательно, они обычно больше, чем те, которые предназначены для передачи меньших величин тока. Мощные резисторы обычно инкапсулированы в материалы, которые способствуют рассеиванию тепла, и обычно проектируются таким образом, чтобы их можно было установить на радиатор или шасси оборудования, чтобы облегчить отвод тепла за счет проводимости. Обычные силовые резисторы могут быть составными, проволочными или пленочными резисторами.

Переменные резисторы. Переменный резистор обычно называют «потенциометром»; значит потенциометр. Потенциометр содержит элемент из непрерывного резистивного материала со скользящим контактом, который пересекает элемент по круговой или прямой линии, в зависимости от типа потенциометра. Обычно он регулируется с помощью вала, соединенного с циферблатом или винтом с накатанной головкой, либо с помощью отвертки или регулировочного инструмента. Переменные резисторы могут быть проволочными, композиционными или пленочными. Небольшие прецизионные регулируемые резисторы называются «подстроечными потенциометрами» и используются для точной регулировки в слаботочных приложениях. Переменные резисторы, которые сконструированы так, чтобы выдерживать большие значения тока или мощности, называются «реостатами» и обычно используются для регулировки скорости двигателя и температуры печи и нагревателя.

Резисторы обычно имеют маркировку, указывающую значение, допуск, а иногда состав и класс надежности. Рейтинг надежности дается как частота отказов в процентах отказов на 1000 часов работы. Эти значения могут быть написаны на резисторах или могут быть предоставлены в виде цветового кода, как показано на резисторе из углеродного состава на Рисунке 1. (Рисунок ) Цветовой код обычно представлен четырьмя или пятью цветными полосами (представленными изменением цветовых оттенков в черно-белое фото) вокруг корпуса резистора. Интерпретация этого цветового кода приведена в таблице 1. Данный цветовой код является общим кодом военного стандарта для цветных полос или точек, используемых на электронных компонентах и ​​используемых большинством производителей.

На рис. 2 (рис. ) показаны некоторые типы резисторов, обычно используемые в схемах медицинских устройств. Как видите, металлическая пленка, проволочные и композиционные резисторы слева выглядят практически одинаково. Это чрезвычайно затрудняет определение конструкции резистора простым наблюдением, если только наблюдатель не знаком с продуктом производителя. Различия в размерах в каждой показанной группе резисторов обусловлены различиями в номинальной мощности и значении. Обычно в пределах типа резистора, чем выше номинальная мощность (ватты), тем больше резистор. Например, номинальная мощность показанных резисторов из углеродного состава варьируется от 1/4 Вт (показан наименьший) до 2 Вт (показан самый большой). Но конкретная мощность резистора одного типа может быть больше или меньше той же мощности резистора другого типа. Например, самый большой показанный резистор из углеродного материала составляет 2 Вт, а мощность резистора с проволочной обмоткой непосредственно над ним составляет 3 Вт, хотя углеродный резистор немного больше, чем резистор с проволочной обмоткой.

Таблица I. Код цветовой маркировки (MIL-STD-1285A)

1-й цвет 2-й цвет 3-й цвет 4-й цвет 5-й цвет, неисправность

Цвет 1-й номер 2-й номер Множитель Коэффициент допуска Уровень Уровень Символ

Черный 0 0 1 ±20% L (Как указано)

Коричневый 1 1 10 ± 1 % M (1 %/1000)

Красный 2 2 100 ± 2 % P (0,1 %/1000)

Оранжевый 3 3 1000 R (0,01 %/1000)

Желтый 4 4 10 000 S (0,001%/1000)

Зеленый 5 5 100 000

Синий 6 6 1 000 000

Фиолетовый 7 7 10 000 000

Серый 8 8 —

Белый 9 9 —

Золото — — ± 5%

Серебро — — ±10%

Определить значение, начиная с цвет, ближайший к концу резистора. Если цвета равноудалены от обоих концов, начните с самого дальнего конца от золотой или серебряной (допуск) полосы.

(размер изображения 1 КБ)

Тестирование

Предлагаемые GMP для медицинских устройств требуют, чтобы электронные компоненты, при необходимости, проверялись, отбирались образцы и тестировались на соответствие спецификациям. Если готовое устройство является критическим устройством, а резистор используется в критической позиции, предлагаемые GMP потребуют индивидуального тестирования партий критических резисторов либо на 100%, либо на выборочной основе. Следующие испытания резисторов могут регулярно проводиться производителями критически важных медицинских устройств.

Значение сопротивления — значение сопротивления измеряется с помощью омметра или моста сопротивлений, чтобы убедиться, что значение сопротивления находится в пределах допуска, указанного в характеристиках резистора. Значения резисторов обычно указываются в Омах (X1), килоомах (X1000) или мегаомах (X1 000 000). Стандартные допуски варьируются от ±0,1% до ±20%.

Устойчивость к растворителям. Некоторые фирмы проводят испытания на устойчивость к растворителям, чтобы убедиться, что маркировка компонентов не обесцвечивается и не удаляется при очистке растворителями. Испытание также проводится для проверки того, что растворители не повредят материал компонента или отделку.

Паяемость. Цель испытания паяемости состоит в том, чтобы определить, восприимчивы ли выводы компонента к процессу пайки. По сути, этот тест определяет, будет ли припой полностью прилипать к выводам компонента.

Прожиг — это испытание иногда проводят для толстопленочных и тонкопленочных резисторов и резисторных цепей (см. ITG#19).

Предлагаемые GMP требуют, чтобы все инструменты, используемые для измерения приемлемости компонентов, были откалиброваны в соответствии с письменными процедурами.

Виды отказов

Отказы резистора считаются электрическими обрывами, короткими замыканиями или радикальным отклонением от технических характеристик резистора. Испытываемые виды отказов различаются в зависимости от типа конструкции. Резистор с фиксированным составом обычно выходит из строя в открытой конфигурации при перегреве или чрезмерной нагрузке из-за удара или вибрации.

Чрезмерная влажность может вызвать увеличение сопротивления. Резистор переменного состава может изнашиваться после интенсивного использования, а изношенные частицы могут вызвать короткое замыкание с высоким сопротивлением. У резисторов с проволочной обмоткой обмотки могут быть разомкнуты из-за перегрева или нагрузки, или короткозамкнуты обмотки из-за скопления грязи, пыли, пробоя изоляционного покрытия или высокой влажности. Пленочные резисторы выходят из строя по тем же причинам, что и проволочные и составные, но также выходят из строя из-за изменений характеристик резистивного материала, что приводит к уменьшению и увеличению значения сопротивления.

Рекомендации по проектированию

Следующая информация предназначена для помощи исследователю в оценке отказов резисторов и надлежащем использовании и включении резисторов в медицинское устройство. Это только рекомендации, поскольку официальных стандартов или правил, регулирующих эти области, не существует. Это некоторые из факторов, которые производитель должен учитывать на этапе проектирования, и если их не учитывать, это может легко привести к дефекту устройства.

При оценке правильного использования резисторов в конструкции температура является одним из наиболее важных соображений, поскольку перегрев является основной причиной отказа резистора. Эффект слишком большого количества тепла обычно проявляется не сразу, но, если он сохраняется, обычно приводит к ухудшению состояния в течение определенного периода времени, пока в какой-то момент резистор не выйдет из строя, что обычно приводит к разомкнутой цепи. Если резистор является важным компонентом, это может привести к катастрофическому отказу устройства, в которое он встроен.

В дополнение к воздействию окружающей среды, резисторы выделяют собственное внутреннее тепло, так как они оказывают сопротивление протеканию тока. Это внутреннее тепло представляет собой потерю энергии или мощности, которую резистор поглощает и рассеивает. Потери энергии измеряются в ваттах, и каждый резистор оценивается в ваттах в зависимости от того, какую мощность он может безопасно рассеять. Эта «номинальная мощность» обычно устанавливается при температуре окружающей среды (обычно 25 ° C) и учитывает, насколько повысится внутренняя температура резистора при подаче номинальной мощности.

Хотя большинство производителей электронных компонентов указывают электрические параметры своих продуктов при температуре 25°C, очень немногие компоненты фактически работают при таких низких температурах после включения в работающее устройство. Это особенно верно для силовых цепей, например, используемых в источниках питания. Обычно электронные схемы медицинских устройств находятся в каком-либо корпусе. Совокупный эффект нагрева всех компонентов схемы внутри корпуса вскоре поднимает внутреннюю температуру воздуха намного выше 25 C. Часто резистор является основным источником этого тепла, особенно когда резисторы большой мощности используются, когда блоки питания являются частью устройства. . Когда требуется, чтобы резисторы пропускали значительные токи, их следует размещать с учетом воздействия их собственного тепла на соседние компоненты. Тепло от горячего резистора может привести к преждевременному выходу из строя соседнего пограничного компонента. Мощные резисторы, которые должны рассеивать много тепла, должны быть должным образом «отведены теплом» и расположены так, чтобы охлаждающий воздух свободно циркулировал вокруг резисторов. Радиаторы обычно представляют собой металлические приспособления с лопастями или лопастями, на которые устанавливаются компоненты, помогающие отводить тепло от устройства за счет теплопроводности. Иногда компоненты монтируются непосредственно на металлическом корпусе устройства, и корпус выступает в роли радиатора. Иногда в дополнение к радиаторам необходим охлаждающий вентилятор. Желательно, чтобы резисторы устанавливались так, чтобы рассеянное тепло можно было сразу отводить, а не переносить на другие компоненты. Электронный компонент, работающий в прохладной среде, прослужит намного дольше, чем горячий компонент, и надежность устройства будет выше.

Когда источники питания встроены в устройство или генерируются высокие напряжения, необходимо провести исследования «распределения тепла» внутри корпуса устройства на этапе проектирования прототипа. Если измеряются горячие точки или чрезмерные температуры, следует установить охлаждающие вентиляторы, вентиляционные отверстия, источники питания и т. д., чтобы устранить неблагоприятные условия.

Если медицинское изделие будет использоваться в операционной, где используются взрывоопасные газы, важным фактором может быть воспламеняемость резисторов. Если они достаточно нагреются, некоторые резисторы фактически загорятся. Примером могут служить резисторы из углеродного состава, которые используются во всех электронных устройствах. Если воспламеняемость является фактором, разработчик должен указать требование к огнестойкости при заказе компонентов.

Все электронные компоненты, включая резисторы, должны быть установлены таким образом, чтобы они не двигались относительно выбранного монтажного основания. Большинство медицинских устройств подвержены вибрации и ударам, и, если компоненты не установлены надежно, может произойти короткое замыкание на соседние компоненты или провода, а соединения могут быть ослаблены или разорваны. Если компоненты, предназначенные для установки горизонтально по отношению к монтажной поверхности, должны стоять дыбом, провода должны быть изолированы для предотвращения короткого замыкания. Компоненты также должны быть установлены таким образом, чтобы предотвратить скопление грязи и влаги между проводниками, что может привести к короткому замыканию.

При проектировании электронного устройства необходимо учитывать изменения электрических параметров, вызванные другими изменениями окружающей среды и старением. Колебания могут привести к выходу ограниченных допусков критического компонента за установленные пределы, что приведет к тому, что медицинское изделие будет колебаться за пределами своих рабочих пределов.

Резистор — это простой компонент, поскольку он не выполняет активной функции, и исторически он был самым надежным компонентом, используемым в электрических схемах. Но в последние несколько лет из-за экономической ситуации и увеличения стоимости материалов для использования в резисторах было представлено множество резистивных материалов, особенно толстопленочных и тонкопленочных. Часто пользователь не знает, какие материалы используются, поскольку некоторые из них являются собственностью. Нельзя ожидать надежной работы всех резисторов, если их надежность не подтверждена длительным использованием в выбранном приложении или обширной квалификацией и испытаниями.

Каталожные номера:

1. MIL-STD-199B Выбор и использование резисторов
2. MIL-STD-202E Методы испытаний электронных и электрических компонентов
3. MIL-STD-1285A Маркировка электрических и электронных компонентов

Распространенные типы резисторов

(размер изображения 11 КБ)

[Предыдущая глава] [Содержание] [Следующая глава]

Основные сведения о металлопленочных резисторах

Металлопленочные резисторы представляют собой разновидность пленочных резисторов. Металлопленочные резисторы представляют собой резисторы, в которых в качестве материалов для резисторов используются специальные металлы или сплавы, а пленочный слой резистора в основном формируется на керамике или стекле путем вакуумного испарения или напыления.

Каталог

 

Ⅰ Основное введение

Металл Пленочные резисторы  – это разновидность пленочных резисторов. Металлопленочные резисторы — это резисторы, в которых в качестве материалов для резисторов используются специальные металлы или сплавы, а пленочный слой резистора в основном формируется на керамике или стекле путем вакуумного испарения или напыления. Поскольку это резистор свинцового типа, он удобен для ручной установки и обслуживания и используется в большинстве бытовых приборов, средств связи и приборов. Металлопленочные резисторы до сих пор являются широко используемыми резисторами с высокой точностью, стабильной производительностью, простой и легкой конструкцией. Он играет важную роль в электронной промышленности и военной аэрокосмической промышленности в условиях высокой точности.

Ⅱ Тонкопленочный резистор

В основном существует четыре типа тонкопленочных резисторов

1. Резистор из углеродной пленки

Металлопленочные резисторы изготавливаются путем осаждения кристаллического углерода на каркас керамического стержня. Углеродные пленочные резисторы имеют низкую стоимость. Он имеет стабильную работу, широкий диапазон сопротивлений, низкотемпературный коэффициент и коэффициент напряжения. В настоящее время это наиболее широко используемый резистор.

2. Металлопленочный резистор  

Металлопленочные резисторы

Металлопленочные резисторы являются основным типом, представленным сегодня. Материал сплава напыляется на поверхность каркаса керамического стержня вакуумным напылением. Металлопленочные резисторы имеют более высокую точность, лучшую стабильность, калибровку шумового и температурного коэффициентов, чем резисторы из углеродной пленки, и широко используются в контрольно-измерительных приборах и оборудовании связи.

3. Металлооксидно-пленочный резистор

Особенность металлооксидно-пленочного резистора заключается в том, что на изолирующий стержень наносится слой оксида металла. Поскольку он сам является оксидом, он стабилен при высоких температурах, устойчив к тепловому удару и имеет высокую нагрузочную способность.

4. Синтетический пленочный резистор

Синтетические пленочные резисторы изготавливаются путем нанесения на подложку проводящей композитной суспензии, поэтому ее также называют сопротивлением пленки краски. Поскольку его проводящий слой имеет зернистую структуру, он имеет высокий уровень шума и низкую точность. Он в основном используется для изготовления высоковольтных, высокоомных и небольших резисторов.

Ⅲ Структура металлопленочного резистора

Производство металлопленочных резисторов заключается в нанесении никель-хромового сплава на стержень с круглым основанием для получения превосходных характеристик. Обычный допуск составляет ±1%, также могут быть получены допуски ±0,1%, ±0,2z5% и ±0,5%. Температурный коэффициент может составлять всего ±15ppm/℃. После циклирования и старения изменение не превысит 0,25%. Типичная структура показана на рисунке.

Структура металлопленочного резистора

Металлопленочные резисторы представляют собой резисторы, в которых в качестве резистивных материалов используются специальные металлы или сплавы, а слой резистивной пленки в основном формируется на керамике или стекле путем вакуумного испарения или напыления. Этот тип резистора обычно изготавливается методом вакуумного испарения, то есть сплав нагревается в вакууме, сплав испаряется, и на поверхности фарфорового стержня образуется проводящая металлическая пленка. Нарезание канавок и изменение толщины металлической пленки может контролировать сопротивление. Его термостойкость, шумовой потенциал, температурный коэффициент, коэффициент напряжения и другие электрические свойства лучше, чем у углеродных пленочных резисторов. Процесс изготовления металлопленочных резисторов относительно гибкий. Можно не только регулировать состав материала и толщину пленки, но и значение сопротивления можно регулировать с помощью канавок, чтобы можно было изготовить резистор с хорошими характеристиками и широким диапазоном сопротивлений.

Металлопленочные резисторы обычно имеют структуру крышки, цилиндрическую структуру, структуру чипа и безвыводную структуру, как показано на рисунке

Ⅳ Особенности металлопленочного резистора

① Хорошая термостойкость, номинальная рабочая температура 70 ℃, максимальная рабочая температура может достигать 155 ℃.

②Хорошая стабильность напряжения и малый температурный коэффициент.

③Широкий диапазон рабочих частот, низкий уровень шума электродвижущей силы, возможность использования в высокочастотных цепях.

④При одинаковых условиях питания он намного меньше, чем резистор с углеродной пленкой, примерно вдвое меньше резистора с углеродной пленкой.

⑤ Он может регулировать значение сопротивления точности путем резки бабочки и методом шаблона, а точность может достигать ± 0,5%, ± 0,05%.

⑤Диапазон сопротивлений очень широк и может быть выполнен в виде резисторов от 1 Ом до 1000 МОм.

⑦Номинальная мощность составляет 0,125 Вт, 0,25 Вт, 0,5 Вт, 1 Вт, 2 Вт, низкая и 25 Вт и т. д.

③Стабильность импульсной нагрузки плохая, не такая хорошая, как у резисторов из углеродной пленки.

⑨Применение очень широкое, подходит для цепей переменного, постоянного и импульсного тока.

Ⅴ Разница между резисторами из углеродной пленки и резисторами из металлической пленки

Для резисторов из углеродной пленки используется углерод, который наносится на магнитный стержень или керамическую трубку, и в то же время слой кристаллической углеродной пленки формируется на поверхность. Толщина углеродной пленки и метод надреза углеродной пленки используются для изменения степени сопротивления углеродной пленки и, наконец, для получения требуемого значения сопротивления. Поверхность покрыта эпоксидной смолой для усиления уплотнения. Цвет внешнего вида в основном хаки, конечно, есть и другие цвета, например розовый.

Цветовая полоса состоит из четырех полос, диапазон сопротивления составляет 1 Ом ~ 10 МОм, номинальная мощность составляет 0,125 Вт, 0,25 Вт, 0,5 Вт, 1 Вт и т. д., диапазон точности: ±10%, ±5%, ±2% . Этот тип резистора универсальный большего размера, часто используется в дешевых продуктах, таких как блоки питания, зарядные устройства. Это не рекомендуется для пускового сопротивления, потому что ударопрочность относительно неполноценна.

Для металлического пленочного резистора используется вакуумное испарение или прожигание, чтобы сформировать металлическую пленку на каркасе керамической трубки. Эта пленка прикрепляется к поверхности белой керамики. Резистор обрезается и регулируется для получения более точного сопротивления. Этот тип резистора отличается высокой точностью, малыми размерами, хорошей стабильностью и высокой стоимостью. Обычно он используется в беспроводном электронном оборудовании, особенно в случаях с более высокими требованиями к точности.

Ⅵ Различают резисторы с углеродной пленкой и резисторы с металлической пленкой

1. По температурному коэффициенту резистора

Мы можем различать два типа резисторов: углеродные пленочные резисторы с характеристиками отрицательного температурного коэффициента и металлопленочные резисторы с малые положительные температурные коэффициенты, по которым можно хорошо различать эти два резистора.

2. В зависимости от точности сопротивления

Процесс производства каждого типа резистора отличается, и точность резистора также различна. Мы знаем, что резисторы из углеродной пленки являются очень распространенными резисторами, и их точность, как правило, невысока. Требования к производству металлопленочных резисторов выше, а точность сопротивления выше, чем у углеродных пленочных резисторов. Это также метод идентификации для оценки точности сопротивления.