Резисторы: назначение, классификация и параметры (стр. 2 из 2)
Предельное рабочее напряжение Uпред определяет величину допустимого напряжения, которое может быть приложено к резистору. Для резисторов с небольшой величиной сопротивления (сотни Ом) эта величина определяется мощностью резистора и рассчитывается по формуле
(2.11)Для остальных резисторов предельное рабочее напряжение определяется конструкцией резистора и ограничивается возможностью электрического пробоя, который, как правило, происходит по поверхности между выводами резистора или между витками спиральной нарезки. Напряжение пробоя зависит от длины резистора и давления воздуха. При длине резистора не превышающей 5 см оно определяется по формуле
(2.12)где Р — давление, мм рт. ст.;
l — длина резистора, см.
ЗначениеUпред указывается в ТУ, оно всегда меньше Uпроб. При испытании резисторов на них подают испытательное напряжение Uисп которое больше Uпред и меньше Uпроб.
Температурный коэффициент сопротивления (ТКС) характеризует относительное изменение сопротивления при изменении температуры:
(2.13)Этот коэффициент может быть как положительным, так и отрицательным. Если резистивная пленка толстая, то она ведет себя как объемное тело, сопротивление которого с ростом температуры возрастает. Если же резистивная пленка тонкая, то она состоит из отдельных «островков», сопротивление такой пленки с ростом температуры уменьшается, так как улучшается контакт между от дельными «островками». У различных резисторов эта величина лежит в пределах ±(7‑12)·10-4.
Коэффициент старения βR характеризует изменение сопротивления, которое вызывается структурными изменениями резистивного элемента за счет процессов окисления, кристаллизации и т. д:
(2.14)В ТУ обычно указывают относительное изменение сопротивления в процентах за определенное время (1000 или 10 000 ч).
ЭДС шумов резистора. Электроны в резистивном элементе находятся в состоянии хаотического теплового движения, в результате которого между любыми точками резистивного элемента возникает случайно изменяющееся электрическое напряжение и между выводами резистора появляется ЭДС тепловых шумов. Тепловой шум характеризуется непрерывным, широким и практически равномерным спектром. Величина ЭДС тепловых шумов определяется соотношением
(2.16)где К= 1,38-10-23Дж/ К— постоянная Больцмана;
Т — абсолютная температура, К;
R — сопротивление, Ом;
∆f— полоса частот, в которой измеряются шумы.
При комнатной температуре (T= 300 К)
(2.17)Если резистор включен на входе высокочувствительного усилителя, то на его выходе будут слышны характерные шумы. Снизить уровень этих шумов можно, лишь уменьшив сопротивление К или температуру Т.
Помимо тепловых шумов существует токовый шум, возникающий при прохождении через резистор тока. Этот шум обусловлен дискретной структурой резистивного элемента. При прохождении тока возникают местные перегревы, в результате которых изменяется сопротивление контактов между отдельными частицами токопроводящего слоя и, следовательно, флюктуирует (изменяется) значение сопротивления, что ведет к появлению между выводами резистора ЭДС токовых шумов Ei. Токовый шум, так же как и тепловой, имеет непрерывный спектр, но интенсивность его увеличивается в области низких частот.
Поскольку значения тока, протекающего через резистор, зависит от значения приложенного напряжения U, то в первом приближении можно считать
(2.18)где Ki — коэффициент, зависящий от конструкции резистора, свойств резистивного слоя и полосы частот. Величина Ki указывается в ТУ и лежит в пределах от 0,2 до 20 мкВ/В. Чем однороднее структура, тем меньше токовый шум. У металлопленочных и углеродистых резисторов величина Ki ≤ 1,5 мкВ/В, у композиционных поверхностных резисторов Кi ≤ 40 мкВ/В, у композиционных объемных резисторов Кi ≤ 45 мкВ/В. У проволочных резисторов токовый шум отсутствует. Токовый шум измеряется в полосе частот от 60 до 6000 Гц. Его величина значительно превышает величину теплового шума.
Получить у преподавателя исследуемый элемент и произвести расчет его конструктивных параметров по вариантам и данным в табл 1.
Определить следующие параметры резистора:
· требуемое удельное сопротивление материалов для резистивного слоя ρ,
· удельное поверхностное сопротивление ρs,
· предельное(пробивное) рабочее напряжение Uпред(проб),
· ТКС,
· βR
· ЭДС шума Ет
· ЭДС токового шума Ei
Таблица 1.
| Вариант | Тип резистора\типоразмер | δ толщина пленки | t шаг спирали \ ширина канавки α=1/2t | Изменение сопротивления при увеличении температуры на +10 С | Изменение сопротивления при наработке 10000 часов | Полоса частот ∆ F,кГц | Ki мкВ\В На Uпроб |
| 1 | Пленочный рис 2.1 | 0,12 мм | - | -12 Ом | 31,4 Ом | 30 | 3,8 |
| 2 | Пленочный рис 2.2 | 0,14 мм | 1,2мм | - 5 Ом | 56,3 Ом | 29 | 0,8 |
| 3 | Пленочный рис 2.2 | 0,16 мм | 1,6мм | -1,2 Ом | 56,4 Ом | 10 | 17,3 |
| 4 | Пленочный рис 2.2 | 0,18 мм | 2,2 мм | - 19 Ом | -10 Ом | 11 | 0,7 |
| 5 | Обьемный рис 2.3 | - | - | -4,2 Ом | -12 Ом | 27 | 3,8 |
| 6 | Обьемный рис 2.3 | - | - | -8,6 Ом | 37,4 Ом | 3 | 19,4 |
| 7 | Пленочный рис 2.1 | 0,19 мм | - | -29 Ом | 50 Ом | 14 | 5,5 |