Rezystory - Notatki - Materiałoznawstwo, Notatki'z Materiałoznawstwo. Maria Curie-Sklodowska University in Lublin
spartacus_80
spartacus_8015 April 2013

Rezystory - Notatki - Materiałoznawstwo, Notatki'z Materiałoznawstwo. Maria Curie-Sklodowska University in Lublin

DOC (88.5 KB)
12 strona
173Liczba odwiedzin
Opis
Inżynieria: notatki z dziedziny materiałoznawstwa dotyczące rezystorów i materiałów oporowych.
20punkty
Punkty pobierania niezbędne do pobrania
tego dokumentu
Pobierz dokument
Podgląd3 strony / 12
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.

Rezystory

R

Materiały oporowe: Materiały oporowe dzielą się na: a) metalowe - mają dodatni TWR (Temperaturowy współczynnik rezystancji) tzn., że ze wzrostem temperatury ich rezystywność rośnie. b) niemetalowe - mają ujemny TWR.

Własności materiałów oporowych: a) duża rezystywność b) mały TWR c) odporność na utlenianie d )odporność na działanie czynników chemicznych e) wysoka temperatura topnienia f) duża trwałość

Do materiałów oporowych zaliczamy: - manganin - konstantan - kantal - nikielina - nichrom - silit Materiały oporowe stosujemy w rezystorach, elementach grzejnych oraz termoelementach.

Rezystory Obecnie rezystory są produkowane jako: drutowe, warstwowe, objętościowe i cienkowarstwowe. Mogą one być nienastawne i nastawne. W rezystorach drutowych i warstwowych na cylindrze lub płytce z materiału izolacyjnego jest nawinięta spirala z drutu oporowego (nikieliny, konstantanu, manganinu, kantalu) lub naniesiona warstwa oporowa (ze stopów metalowych lub węgla pyrolitycznego). Końce rezystora są dołączone do metalowych pierścieni z przewodami wyprowadzeniowymi (końcówkami). Rezystory objętościowe są zbudowane z masy oporowej, w której są zaprasowane wyprowadzenia metalowe.

Najważniejszymi parametrami rezystorów są: -Rezystancja znamionowa, podawana z największymi dopuszczalnymi odchyłkami (tolerancjami) zawartymi w przedziale 0,1% - 20% -Moc znamionowa, równa największej dopuszczalnej mocy możliwej do wydzielenia w rezystorze. -Napięcie znamionowe, równe największemu napięciu nie powodującemu zmiany właściwości rezystora, a w szczególności jego uszkodzenia. Wartości znamionowe napięć dla większości rezystorów wynoszą od kilkudziesięciu do kilkuset woltów.

Do celów regulacyjnych, np. płynnej nastawy poziomu sygnału, służą rezystory, noszące nazwypotencjometrów (np.: potencjometr to właśnie to, czym podgłaszasz radio czy telewizor). Element taki składa się z części izolacyjnej 1

pokrytej masą oporową (lub z nawiniętym drutem oporowym) oraz szczotki przemieszczającej się po części oporowej. Potencjometr ma trzy końcówki - dwie zewnętrzne (p i k) oraz szczoteczkę (s) Parametry potencjometrów są analogiczne do parametrów rezystorów nienastawnych. Rezystancja między końcówką początkową (p) i szczoteczką (s), w zależności od jej położenia, może zmieniać się liniowo, logarytmicznie lub wykładniczo. Rezystory ograniczają przepływ prądu, zapewniając w ten sposób właściwe napięcie i prąd (natężenie) w innych miejscach obwodu.

Rezystory w obwodach Rezystory w obwodzie możemy montować szeregowo lub równolegle.

a) łączenie szeregowe - jest to takie łączenie w którym miejsca połączeń rezystorów nie są rozgałęzieniami (może to być trochę niejasne, ale spoko zaraz wszystko wyjaśnię)

Łączenie szeregowe wygląda tak:

Mamy tu trzy rezystory połączone szeregowo.

- Układ taki charakteryzuje się tym, że natężenie prądu płynącego przez obwód jest jednakowy dla wszystkich rezystorów (odwrotnie będzie w łączeniu równoległym ) - Napięcie całkowite jest sumą napięć na poszczególnych rezystorach. ( Układ szeregowy rezystorów nazywamy też dzielnikiem napięcia ponieważ napięcie całkowite przyłożone do obwodu dzieli się na poszczególne oporniki i jest zależne od ich rezystancji) - Dowolną ilość szeregowo połączonych rezystorów można zastąpić jednym. Obliczamy go sumując rezystancje poszczególnych rezystorów.

Rz = R1 + R2 + R3...

Przykładowo: mam trzy rezystory połączone szeregowo: pierwszy ma 2Ω (czytaj "om"), drugi 3Ω i trzeci, który ma 4Ω. Tak więc te trzy rezystory możemy zastąpić jednym o rezystancji Rz = 2 + 3 + 4 = 9Ω. Prawda, że proste?

Dzielniki napięcia: Fakt, że w szeregowym połączeniu rezystorów napięcie całkowite rozkłada się na poszczególne rezystory (dzieli się) wykorzystano w dzielnikach napięć. Są to układy służące do regulacji czyli zmiany napięcia. Dzielniki napięć tworzy się: a) z użyciem rezystorów stałych b) z użyciem potencjometrów

b) łączenie równoległe - to takie, w którym odbiorniki (rezystory) są włączone w 2 te same węzły obwodu.

Łączenie równoległe wygląda tak:

2

Mamy tu trzy rezystory połączone równolegle

- Łączenie takie charakteryzuje się tym, że prąd (inaczej natężenie) dopływający do połączenia jest sumą prądów poszczególnych rezystorów. - Napięcia na elementach połączonych równolegle są jednakowe. - Dowolną ilość równolegle połączonych rezystorów można zastąpić jednym. Rezystancję zastępczą rezystora obliczamy ze wzoru:

Rezystory są najczęściej spotykanymi elementami w układach elektronicznych. Składają się zwykle z korpusu izolacyjnego z wyprowadzeniami oraz z części oporowej wyprodukowanej z materiału o znanej oporności właściwej (ρ). Mają postać pręta, rurki, folii, warstwy powierzchniowej, lub drutu o pewnej długości (I) i powierzchni przekroju (A). Opisane to jest wzorem.

R = ρ x I / A

Jednostką miary rezystancji R jest 1 om (Ω). 1 om jest to rezystancja, która przy napięciu o wartości 1 V odpowiada przepływowi ładunku 1 C/sek, czyli prądowi o wartości 1 A.

Opornik, który ma rezystancję niezależną od prądu, napięcia i czynników zewnętrznych takich jak np. temperatura i światło, nazywany jest rezystorem liniowym, lub po prostu rezystorem. Jeśli rezystor zmienia swoją rezystancję w zależności od prądu, napięcia, lub jakiegoś czynnika zewnętrznego, to wówczas nazywamy go rezystorem nieliniowym, albo używamy nazwę wskazującą od czego zależna jest rezystancja.

Żeby uprościć konstrukcję oraz dystrybucję rezystorów, produkuje się je ze standardowymi wartościami rezystancji. Najczęściej spotykany jest w handlu szereg wartości E, R oraz szeregi dekadowe. Szeregi E i R tworzone są wg harmonicznego podziału każdej dekady. Pełniejsze określenie szeregu to np. E192, E24 i R40. Określenie E192 oznacza, że w dekadzie występuje 192 wartości. Obliczając je wychodzi się z liczby 10, którą się dzieli przez pierwiastek 192-stopnia z 10. Wynikiem tego będzie 9,88, które dzieli się ponownie przez pierwiastek 192-stopnia z 10, z czego otrzymuje się 9,76 itd., aż się dojdzie do wartości 1,00 po 192 dzieleniach. W ten sam sposób otrzymuje się 24 wartości dla szeregu E24 poprzez dzielenie przez pierwiastek 24 stopnia z 10. W szeregu E96 co druga wartość jest wartością z szeregu E192, zaś w szeregu E48 - co czwarta. To samo dotyczy szeregu E12: wystąpi tam co druga wartość z szeregu E24 itd. Szereg R (R od Renard) jest skonstruowany w ten sam sposób, z tym że podstawą jest szereg R40 i pierwiastkiem 40 stopnia z 10 jako dzielnikiem. Szereg R stosuje się czasami do rezystorów mocy, lub reostatów, ale najczęściej spotykamy się z nim wśród innych elementów jak np. cewki filtrów i bezpieczniki.

Starszy szereg - dekadowy - o wartościach 1,0; 1,5; 2,0 itd., stosuje się w dalszym ciągu w rezystorach precyzyjnych, wykorzystywany jest też m.in. przez amerykańskie siły zbrojne.

3

Oznaczanie rezystorów Małe rezystory mają najczęściej oznaczenia rezystancji, tolerancji i czasami współczynnika temperaturowego wykonane przy pomocy 4 do 6 znaków barwnych.

Czasami spotykamy tylko trzy paski barwne. Oznacza to, że tolerancja wynosi +/- 20 %, Inne warianty kodów barwnych występują bardzo rzadko, np. w niektórych rezystorach spełniających parametry wojskowe MIL, w których obwódka kolorowa wskazuje na poziom niezawodności (failure rate). Dawniej stosowano ostatni pasek w kolorze różowym do rezystorów o wysokiej stabilności.

Pamiętajmy o tym, że cewki, kondensatory, termistory i bezpieczniki mogą mieć podobny wygląd zewnętrzny, i mogą być oznaczone kolorami w taki sam sposób.

Większe rezystory oznacza się często symbolami literowymi. Wówczas piszemy R, lub E (dla Ω), k (dla kΩ) i M (dla MΩ) w miejscu przecinka.

0R1 =0,1Ω 0E1 = 0,1Ω 4k7 = 4,7 kΩ 22M = 22 MΩ

Czasami stosuje się kody 3- lub 4-cyfrowe, w których dwa lub trzy pierwsze znaki są cyframi o najwyższym znaczeniu, a ostatnia cyfra oznacza liczbę zer.

100 = 10Ω 101 = 100Ω 103 = 10kΩ 4754 = 4,75 MΩ

Zależność od częstotliwości Aby łatwiej zrozumieć zachowanie się rezystora możemy użyć prostego schematu zastępczego:

gdzie: R = rezystancja, CL = pojemność własna (zwana również upływnością), LR = indukcyjność elementu oporowego i Ls = indukcyjność wyprowadzeń.

Widać tu, że rezystor posiada składowe indukcyjne i pojemnościowe. Przy zastosowaniach w obwodach prądu zmiennego (zwłaszcza w.cz.) zaczynają odgrywać rolę reaktancje, które w połączeniu z rezystancją tworzą impedancję, którą w niektórych wypadkach trzeba wziąć pod uwagę.

Przykład : jaką impedancję będzie miał rezystor wykonany w technologii

4

cienkowarstwowej o wartości 10 kΩ przy częstotliwości 400 MHz? Zakładamy CL = 0,1 pF. Wyprowadzenia mają długość 10 mm i średnicę 0,6 mm. Przy pomocy wzoru na indukcyjność prostego drutu otrzymamy indukcyjność (Ls) równą 8,4 nH w każdym wyprowadzeniu. Indukcyjność elementu oporowego (LR) można wyliczyć ze wzoru dla jednowarstwowej cewki powietrznej. Zakładamy średnicę korpusu = 2 mm, długość 4 mm i 3 zwoje. Wzór daje nam 6,9 nH. W przeliczeniu na reaktancje uzyskujemy odpowiednio: 3979 Ω dla CL, 21Ω dla Ls i 17 Ω dla LR.

Możemy przyjąć, że reaktancje indukcyjne są do pominięcia. lmpedancja (Z) przy połączeniu równoległym będzie więc wynosić:

1/Z= √ ( ( 1/R )2 + ( 1/XL )2 )

Wzór ten można również można zapisać jako:

Z = R x XL x 1 / (√(R2 + XL2))

Z = 10 k x 3979 x 1 / (√(10k2 + 39792)) = 3967 Ω

Opornik o wartosci 10 kQ ma więc przy 400 MHz impedancję tylko 3,7 kΩ.

Rezystory warstwowe poniżej 100 Ω można z reguły traktować przy w.cz. jako elementy o charakterze indukcyjnym (impedancja wzrasta z częstotliwością), od 100 do 470Ω jako prawie idealną rezystancję. Rezystory powyżej 470Ω nabierają charakteru pojemnościowego (impedancja zmniejsza się ze wzrostem częstotliwości). Im większa wartość rezystancji, tym większa pojemność.

Rezystory drutowe mają zarówno dużą indukcyjność, jak i pojemność. lch impedancja będzie największa przy częstotliwości rezonansowej. Przy częstotliwościach niższych od rezonansowej mają charakter indukcyjny, przy wyższych - pojemnościowy.

Zależność od temperatury Prąd przepływający przez rezystor powoduje jego nagrzewanie. llość ciepła zależna jest od wydzielanej w nim mocy (P). Równa się ona iloczynowi prądu (I) płynącemu przez rezystor i napięcia (U) , które wywołuje ten przepływ ( P = U x I ).

Różnica temperatur między powierzchnią rezystora i otoczeniem podzielona przez wydzieloną w nim moc nazywana jest rezystancją termiczną (R th). Temperaturę rezystora można wyliczyć z wzoru:

Ths = Tamb + P x Rth

Gdzie: Ths = temperatura w najgorętszym punkcie powierzchni, Tamb = temperatura otoczenia, P = moc w W, Rth = rezystancja termiczna w K/W.

5

Wartość maksymalna Ths zależy od np. materiałów izolacyjnych, obudowy i izolacji termicznej (R th) pomiędzy elementem oporowym i powierzchnią.

Podawana w danych technicznych moc maksymalna jest to moc, przy której wzrost temperatury (P x Rth) i temperatura otoczenia (Tamb) wspólnie spowodowały wystąpienie maksymalnej temperatury , którą rezystor wytrzymuje bez zmiany parametrów, np. stabilności długotrwałej i tolerancji.

Jeśli temperatura otoczenia jest wyższa niż temperatura dla której jest określona moc maksymalna (z rególy 25, 40 lub 70 stopni C) to maksymalna moc użyteczna rezystora zmniejsza się liniowo ze wzrostem temperatury aż do zera; jest to tzw, temperatura mocy zerowej i wynosi dla rezystorów lakierowanych epoksydem ok. 150° C, rezystorów izolowanych silikonem i zamkniętych w aluminium ok. 200° C, a dla rezystorów pokrytych szkliwem ok. 350° C.

Jeśli przekroczy się maksymalną temperaturę (Ths) rezystora, oznaczać to będzie skróconą żywotność. Jeżeli przekroczymy ją w sposób znaczny, to czas życia może wynosić sekundy, lub nawet ich części.

Istnieją różne normy badania wytrzymałości stosowane przez producentów. Normy te różnią się od siebie wymaganiami na sposób montażu, długość wyprowadzeń, cyrkulację powietrza (montaż pionowy, lub poziomy), temperaturę otoczenia, przyrost temperatury , temperaturę powierzchni i oczekiwaną żywotność. Dlatego rezystor, który wg jednego producenta wytrzymuje 1 W, wg innego może wytrzymać tylko 1/10 W mimo, że jest tej samej wielkości.

Doświadczenie uczy że moc maksymalna wykorzystywana jest bardzo rzadko również z tego względu, że temperatura połączenia lutowanego nie powinna przekraczać 100 stopni C, aby nie ulegało szybszemu starzeniu.

Tolerancja rezystancji jest to maksymalna odchyłka od rezystancji nominalnej wyrażona w procentach. Rezystancję mierzy się standardowo, biorąc pod uwagę typ urządzenia pomiarowego, napięcie, temperaturę, długość wyprowadzeń itd. W rezystorach standardowych, tolerancja wynosi +/- (1-10) %, ale istnieją również wykonania specjalne, dla których tolerancja jest bardzo niska i wynosi +/- 0,005 %.

Wszystkie rezystory są w jakiś sposób zależne od temperatury, co opisuje się przy pomocy współczynnika temperaturowego. Jednostką najczęściej stosowaną jest ppm/K (milionowa część na 1 stopień, 10 -6/K). Współczynnik temperaturowy zmienia się w zależności od typu rezystora, Rezystory węglowe mają względnie duży ujemny współczynnik (-200 do -2 000 ppm/K w zależności od wartości rezystancji), podczas gdy istnieją specjalne rezystory metalizowane o współczynniku poniżej +/- 1 ppm/K.

Maksymalne napięcie pracy jest to maksymalne stałe lub zmienne napięcie, które w sposób ciągły może być przyłożone do rezystora. Dotyczy to tylko rezystorów powyżej tzw , rezystancji krytycznej, tzn. takiej, przy której maksymalne napięcie daje maksymalną moc, którą wytrzymuje rezystor. Dla oporności powyżej rezystancji krytycznej maksymalne napięcie wyniesie: 6

U =√(R x P)

Napięcie izolacji (wytrzymałość napięciowa) - jest to napięcie, które wytrzymuje izolacja wokół elementu oporowego.

Szumy We wszystkich rezystorach powstają szumy. Z jednej strony jest to tzw. szum termiczny, który powstaje w każdym elemencie przewodzącym prąd i który wynika z faktu, że nie wszystkie elektrony płyną w kierunku przepływu prądu, a z drugiej strony - szum prądowy, którego wartość zależy od typu rezystora. Szum termiczny, który jest niezależny od rodzaju rezystora, można obliczyć wg następującego wzoru :

U =√(4kTRB)

gdzie: U = napięcie szumów, jego wartość skuteczna w V, k = stała Boltzmana (1,38 x 10-23), T = temperatura bezwzględna w stopniach Kelvina, R = rezystancja w Ω, B = szerokość pasma w Hz.

Szum prądowy, który zależy np. od rodzaju materiału użytego na element oporowy, nierównomierności jego powierzchni i zanieczyszczeń, podawany jest z reguły w danych technicznych producenta. Poziom szumów podaje się w µV/V lub w dB. Poziom 0 dB odpowiada 1 µV/V. Szum całkowity jest sumą szumu termicznego i prądowego.

Szum całkowity = √ (szum prądowy2 + szum termiczny2)

Zależność od napięcia Rezystancja wszystkich rezystorów jest w jakiś sposób zależna od napięcia i zazwyczaj jest to od 10 do 1000 ppm/V. Zależność ta powoduje zniekształcenia harmoniczne - jeśli mamy do czynienia z napięciem zmiennym. Często nazywa się to nieliniowością i podaje się w dB jako relację miedzy przebiegiem podstawowym i jego trzecią harmoniczną.

Budowa Rezystory węglowe kompozytowe, lub masowe są starszym typem rezystora. Zbudowane są w postaci wałka, lub rurki węglowej z przylutowanymi wyprowadzeniami. Skład materiałowy części węglowej decyduje o wartości rezystancji. Zaletą tych rezystorów jest ich niska indukcyjność. Dlatego są one właściwe do zastosowań w układach przełączających, jak np. w układach gasikowych RC i zasilaczach przetwornicowych. Inną ich zaletą jest to, że wytrzymują chwilowe przeciążenia bez uszkodzenia. lch dużą wadą jest wysoka pojemność własna ok, 0,2-1 pF w zależności od typu i wartości rezystancji. Wysoka pojemność własna, która wynika z budowy cząsteczek węglowych ze

7

środkiem wiążącym stanowi, że rezystory węglowe są mniej lub bardziej bezużyteczne przy częstotliwościach powyżej 5-10 MHz. Posiadają one wysoki współczynnik temperaturowy (-200 do - 2000 ppm/K), dużą zależność od napięcia ( 200-500 ppmN), wysoki szum i złą stabilność długotrwałą.

Rezystory warstwowe węglowe, lub rezystory z warstwą węglową. Składają się z rurki ceramicznej, na której jest naparowana warstwa węgla o danej wartości rezystancji. W tej warstwie można wykonać nacięcia spiralne aż do 10 zwojów przy pomocy ostrza diamentowego, lub lasera, aby osiągnąć właściwą wartość rezystancji. Reaktancja tej indukcyjności, która wystąpi z powodu tej spirali jest niewielka w porównaniu z reaktancją, która wynika z pojemności własnej ok. 0,2 pF. Posiadają one wysoki współczynnik temperaturowy (-200 do -1 000 ppm/K). Zależność napięciowa jest poniżej 100 ppmN. Poziom szumu jest dość wysoki, a stabilność długotrwała jest zła. Rezystory węglowe powierzchniowe są jednakże bardzo tanie w produkcji.

Rezystory warstwowe metalowe różnią się od węglowych tym, ze warstwa węgla została zastąpiona warstwą metalu. Proces produkcji jest podobny. Dobre właściwości dla wysokich częstotliwości ze względu na niską pojemność własną (poniżej 0,2 pF). Dla wysokich wartości rezystancji i przy wysokiej częstotliwości reaktancja może jednakże odgrywać pewną rolę. Współczynnik temperaturowy jest niski (5 - 100 ppm/K). Zależność od napięcia jest ok, 1 ppmN, niski poziom szumów i dobra stabilność dtugotrwała. Wytrzymałość na przeciążenia impulsowe jest jednak niska, niższa nawet niż dla rezystorów warstwowych węglowych. Dlatego należy być ostrożnym z wymianą rezystorów węglowych na metalowe w zastosowaniach impulsowych.

Rezystory grubowarstwowe nazywane są czasami rezystorami "metalglaze", lub cermetowymi. Warstwa zewnętrzna składa się z mieszaniny tlenków metali i szkła, lub ceramiki, i jest nakładana metodą sitodrukową na korpus ceramiczny. Tego typu rezystory mają dobre własności przy wysokich częstotliwościach i niskich rezystancjach. Pojemność własna wynosi ok. 0,1-0,3 pF. Zależność rezystancji od napięcia jest poniżej 30 ppmN. Stabilność długotrwała jest bardzo dobra. Rezystory są wytrzymałe na przeciążenia impulsowe, są niezawodne i wytrzymują wysokie temperatury. Poziom szumów jest porównywalny z rezystorami warstwowymi węglowymi. Rezystory do montażu powierzchniowego są najczęściej produkowane jako grubowarstwowe.

Rezystory cienkowarstwowe mają bardzo cienką warstwę metalu, najczęściej niklu i chromu, który jest naparowywany na korpus szklany, lub ceramiczny. Rezystory są trawione i dopasowywane przy pomocy lasera aby uzyskać właściwą rezystancję. Własności dla wysokich częstotliwości na ogół nie są dobre. Współczynnik temperaturowy rezystancji jest bardzo dobry, daje się uzyskać nawet poniżej 1 ppm/K. Współczynnik napięcia leży poniżej 0,05 ppm/V. Stabilność długotrwała jest nadzwyczaj dobra. Szumy są najniższe ze wszystkich typów rezystorów warstwowych powierzchniowych. Moc i odporność na impulsy

8

jest niska. Wysoka stabilność powoduje, że rezystory tego typu często stosuje się w układach precyzyjnych jako np, bardzo dokładne dzielniki napięcia.

Rezystory z tlenków metali maja warstwę zewnętrzną np, z tlenku cyny z którego można tworzyć spirale. Własności dla wysokich częstotliwości są umiarkowane, ze względu na pojemność własną ok, 0,4 pF. Współczynnik temperaturowy wynosi ok. +/- 200 ppm/K, zależność od napięcia jest poniżej 10 ppm/V, a poziom szumów jest niski. Są one odporne na impulsy i znoszą wysokie temperatury, co czyni je bardzo dobrą alternatywą dla rezystorów drutowych dużej mocy, szczególnie przy wysokich rezystancjach.

Matryce rezystorowe (drabinki) są produkowane w wersji grubo- albo cienkowarstwowej. Składają się one z ceramicznego korpusu z nadrukowanymi rezystorami i wyprowadzeniami. Istnieją dwa rodzaje matryc rezystorowych do montażu przewlekanego: obudowa jednorzędowa SIL (Single In Line) z liczbą wyprowadzeń od 4 do 14 i liczbą rezystorów od 2 do 24, oraz obudowa dwurzędowa DIL (Dual In Line) z liczbą wyprowadzeń od 14 do 20 i liczbą rezystorów od 7 do 36. Do montażu powierzchniowego produkuje się dużo rożnych typów obudów. Często produkuje się specjalne matryce rezystorowe do zastosowań specjalnych. Wówczas można uzyskać dowolne wewnętrzne połączenia między rezystorami, różne wartości rezystancji, jak również można wyposażyć matrycę w inne elementy takie jak kondensatory, czy diody.

Jedną z zalet matryc rezystorowych jest to, że zajmują mało miejsca na płycie drukowanej, można kontrolować temperaturę pracy rezystorów, montaż jest prosty i nie czasochłonny, co z kolei oznacza niższa cenę montażu elementów.

Rezystory drutowe nawijane składają się z drutu o wysokiej rezystancji na ogół nikrotalu (CrNi), kantalu (CrAIFe), lub konstantanu (CuNi), nawiniętego na korpus z ceramiki, szkła lub włókna szklanego. Izoluje się je plastikiem, silikonem, glazurą, albo są zamknięte w obudowie aluminiowej, aby łatwiej mogły przenosić ciepło do chłodzącego podłoża. Produkuje się je do zastosowań precyzyjnych, gdzie wymagana jest wysoka jakość i stabilność, oraz do zastosowań o dużej mocy, dla których potrzebny jest gruby i wytrzymały drut. Własności dla wysokich częstotliwości, nie są dobre. Wysoka indukcyjność (0,1-10µH) i wysoka pojemność (0,2-10 pF) zależą od liczby zwojów drutu i wymiarów korpusu. W celu zmniejszenia indukcyjności można nawijać druty w rożny sposób np, bifilarnie, krzyżowo (uzwojenie Ayrtona Perry), albo sekcyjnie w rożnych kierunkach. W typach precyzyjnych współczynnik temperaturowy jest niski (1- 100 ppm/K). Zależność napięciowa wynosi ok, 1 ppm/V. Szum jest bardzo niski, a stabilność długotrwała - dobra. Jednakże wytrzymałość na przeciążenia jest niska. Rezystory mocy mają współczynnik temperaturowy między -50 a +1000 ppm/K w zależności od typu drutu. Zależność napięciowa i szumy - takie jak w typie precyzyjnym. Stabilność długotrwała jest silnie zależna od temperatury powierzchni rezystora (Ths). Przy montowaniu drutowych rezystorów mocy ważne jest aby pamiętać, że temperatura na powierzchni może dochodzić aż do 200 - 9

400° C. Tak wysokie temperatury mogą mieć wpływ na otaczające elementy, materiały i punkty lutownicze.

Termistor NTC jest nieliniowym rezystorem, którego rezys tancja zależna jest silnie od temperatury materiału oporowego. Jak wskazuje angielska nazwa - Negative Temperature Coefficient - termistor posiada ujemny współczynnik temperaturowy, czyli rezystancja maleje ze wzrostem temperatury. Są one zbudowane z polikrystalicznych półprzewodników, które stanowią mieszaniny związków chromu, manganu, żelaza, kobaltu i niklu. Są zmieszane z plastycznym środkiem wiążącym. Rezystancja termistora zmienia się wg wzoru:

R = A x eB/T

gdzie A i B są stałymi zależnymi od materiału, a T jest temperaturą. Jednakże jest to uproszczony wzór. W szerokich zakresach temperatur wartość B zmienia się nieco wraz z temperaturą. W celu obliczenia przybliżonej wartości rezystancji (R1) przy pewnej temperaturze (T1) można wykorzystać powyższy wzór, o ile znana jest rezystancja ( R2) w temperaturze ( T2) i wartość B.

R1 = A x eB/T1 R2 = A x eB/T2

Jeżeli podzielimy te dwa wyrażenia przez siebie to otrzymamy:

R1/R2 = A x eB/T1 / A x eB/T2

Upraszczamy przez A, przenosimy R2 i w ten sposób otrzymamy wzór Beta:

R1 = R2 x e(B/T1 - B/T2)

Wzór Beta określa relacje w zakresie temperatur, dla którego podawana jest wartość B. B 25/85 oznacza, że wartość B jest właściwa dla zakresu temperatur od 25 do 85° C.

Stała mocy (D) jest wielkością mocy w W (lub mW) , potrzebną do podniesienia temperatury rezystora o 1 K powyżej temperatury otoczenia.

Stała czasowa τ jest to czas, który termistor NTC potrzebuje do osiągnięcia 63,2% (1 - e-1) tej nowej wartości rezystancji przy zmianie temperatury, ale wzrost temperatury nie może wynikać z przepływającego prądu. Jest to miara szybkości reakcji i zależy to od np, masy oporowej.

Termistory NTC stosuje się do np, pomiarów i regulacji temperatury, kompensacji temperaturowej, opóźnienia czasowego i ograniczenia prądów rozruchu.

Termistor PTC ma dodatni współczynnik temperaturowy, tzn, rezystancja wzrasta wraz ze wzrostem temperatury. Produkowane są one w podobny sposób jak termistory NTC, ale ich podstawą jest BiTiO3, który domieszkuje się z różnymi związkami chemicznymi. Poprzez obfite dodanie tlenu w czasie procesu

10

chłodzenia, otrzymuje się silnie dodatni współczynnik temperaturowy. Rezystancja nieco maleje przy niskich temperaturach, ale po przekroczeniu punktu Curie materiału (Tc) - silnie wzrasta.

Temperatura przemiany (T sw) jest to temperatura, przy której wartość rezystancji równa jest dwukrotnej wartości rezystancji minimalnej. Termistory PTC produkowane są z temperaturą Tsw pomiędzy 25 i 160o C (aż do 270o C o ile są one produkowane jako elementy grzewcze).

Czas przemiany (tsw) to jest czas, jakiego potrzebuje termistor PTC, aby osiągnąć temperaturę Tsw w wyniku przepływu prądu przy stałym napięciu. W tym momencie prąd zmniejsza się do połowy. Czas przemiany można obliczyć z następującego wzoru:

tsw = h x v x (T sw - T amb) / ( It2 x R25 - D x (Tsw - Tamb))

gdzie h = charakterystyczna stała ceramiki 2,5-10-3, v = objętość ceramiki w mm3, Tsw = temperatura przemiany T amb = temperatura otoczenia l t = prąd w A D = stała mocy w W/K

Współczynnik temperaturowy oznacza maksymalny współczynnik temperaturowy termistora PTC w tej części charakterystyki, w której jest ona najbardziej stroma.

Bardzo ważne jest, aby nie przekraczać maksymalnego napięcia. Może wówczas nastąpić przebicie i termistor zostanie zniszczony. Nie można także szeregowo łączyć wielu termistorów PTC, aby osiągnąć wyższą wytrzymatość napięciową. Znaczny spadek napięcia powstanie i tak na jednym termistorze i on właśnie zostanie wtedy uszkodzony.

Termistory PTC stosuje się jako zabezpieczenia przeciwko nadmiernemu prądowi np. w silnikach elektrycznych, samoregulujących elementach grzewczych, do obwodu rozmagnesowania w telewizorach kolorowych, obwodach opóźniających i do wskazywania temperatury.

Warystor lub VDR (Voltage Dependent Resistor) jest rezystorem, którego wartość rezystancji zmniejsza się silnie wraz ze wzrostem napięcia. Warystory produkuje się obecnie najczęściej z granulowanego tlenku cynku, domieszkowanego różnymi pierwiastkami jak Bi, Mn, Sb, itd., uformowanego w pastylkę. Powierzchnie wielu styków ziaren działają jako pewnego rodzaju złącza półprzewodnikowe o spadku napięcia ok. 3 V przy 1 mA i tworzą długie łańcuchy. Całkowity spadek napięcia zależy od wielkości ziarna i grubości warystora. Aż do napięcia charakterystycznego (napięcia warystora), kiedy prąd jest <;lub= 1 mA, warystor będzie miał wysoką rezystancję. Po przekroczeniu napięcia progowego warystora, przepływający prąd wzrasta w sposób logarytmiczny, tzn. wartość rezystancji zmniejsza się. Warystor może przejść ze swojego stanu wysokoomowego do niskoomowego w czasie krótszym niż 20 ns. Średnica warystora decyduje o mocy i czasie życia. Budowa ziarnista powoduje, że warystor posiada pojemność własną rzędu 50-20 000 pF w zależności do napięcia i wielkości.

11

Nieliniowość można wykorzystać dla zabezpieczenia przed krótkimi przepięciami, które powstają np. podczas burz, lub przełączania obciążeń o charakterze indukcyjnym. Warystory można stosować zarówno do prądu stałego, jak i zmiennego. Bardzo wysokie przepięcie zmniejsza rezystancję warystora do 0,1 - 50 Ω w zależności od wartości szczytowej piku napięciowego, napięcia i średnicy warystora.

Warystory montowane są w instalacjach zasilających 230 V~Sl między fazą i zerem lub ziemią, w celu tłumienia przychodzących pików napięciowych, przy pomiarach w układach zasilających miedzy + i -, między przewodem i ziemią w układach sygnalizacyjnych, na styku przerywającym obwód cewki aby zapobiec iskrzeniu, na triaku aby zmniejszyć zakłócenia radiowe, itd.

Fotorezystor, zwany również LDR ( Light Dependent Resistor), jak nazwa wskazuje ma oporność zmieniającą się w zależności od ilości padającego nań światła. Silniejsze światło wywołuje spadek rezystancji.

Fotorezystor produkowany jest przeważnie z dwóch rożnych materiałów. Siarczek kadmu (CdS) jest wrażliwy w przybliżeniu na to samo widmo światła co ludzkie oko. Czułość selenku kadmu (CdSe) jest przesunięta w stronę podczerwieni, CdS posiada maksymalną czułość przy 515 nm, a CdSe przy 730 nm, ale poprzez zmieszanie tych dwóch materiałów, można otrzymać różne charakterystyki - z maksymalną czułością pomiędzy 515 a 730 nm.

Siarczek kadmu i selenek kadmu w ciemności nie posiadają w ogóle (albo niewiele) wolnych elektronów przez co wartość rezystancji jest bardzo wysoka. Energia napływająca w postaci światła powoduje wyzwolenie elektronów walencyjnych i ich przeniesienie do pasma przewodzenia. Wartość rezystancji będzie wówczas niska.

Wielkość zmian rezystancji zależy, oprócz składu materiałowego, od typu procesu produkcyjnego, powierzchni i odległości miedzy elektrodami, jak również od powierzchni, która jest oświetlana. Fotorezystor ma względnie dużą zależność temperaturową: 0,1 do 2%/K.

Czas odpowiedzi zmienia się od 1 ms do wielu sekund, w zależności od natężenia światła, jak również czasu oświetlenia i czasu pozostawania bez oświetlenia. Typ CdSe jest szybszy niż typ CdS. Oba posiadają pewien "efekt pamięciowy" - po długotrwałym statycznym oświetleniu wartość rezystancji zostaje przesunięta na pewien czas. Typ CdSe ma silniejszy efekt pamięciowy niż typ CdS.

12

komentarze (0)
Brak komentarzy
Bądź autorem pierwszego komentarza!
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
Docsity is not optimized for the browser you're using. In order to have a better experience we suggest you to use Internet Explorer 9+, Chrome, Firefox or Safari! Download Google Chrome