Rezystory

Rezystory

Prawo Ohma głosi, że prąd w obwodzie jest wprost proporcjonalny do przyłożonego napięcia, a odwrotnie proporcjonalny do rezystancji (oporu) (wzory 1a, 1b, 1c).

Wzór 1a: I = U / R Wzór 1b: R = U / I Wzór 1c: U = I • R

Na cześć Ohma jego imieniem nazwano jednostkę rezystancji om. A więc dany element ma opór jednego oma, jeśli napięcie jednego wolta wywołuje w nim przepływ prądu o wartości jednego ampera.

Najważniejsze parametry rezystorów:

· Rezystancja: znamionowa - jest to rezystancja określona przez producenta i podana na oznaczeniu rezystora; rzeczywista – dokładna rezystancja, jaką posiada rezystor.
Wartości rezystancji znamionowej są znormalizowane i tworzą ciągi liczb nazywane szeregami: E6, E12, E24 itd. Liczby 6, 12, 24 określają ilość wartości rezystancji zawartych w dekadzie np. od 10 do 100 W. Z każdym szeregiem jest związana tolerancja, która umożliwia pełne pokrycie zakresu możliwych rezystancji tzn. można wybrać dowolną wartość rezystancji korzystając z większej ilości różnych rezystorów z jednego szeregu. Tolerancji 20% odpowiada szereg E6, 10% szereg E12, a 5% szereg E24. Każdy wyższy szereg zawiera wartość z szeregu niższego.
E6 (20%) 10, 15, 22, 33, 47, 68
E12 (10%) 10, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82
E24 (5%) 10, 11, 12, 13, 15, 16, 18, 20, 22, 24, 27, 30, 33, 36, 39, 43, 47, 51, 56, 62, 68, 75, 82, 91
Szeregi wyższe to 2%, 1%, 0.5% służące do oznaczenia rezystorów precyzyjnych. Należy wspomnieć, że ograniczony jest zakres możliwych rezystancji, zależny od typu rezystora i mocy znamionowej, określany przez producenta. Np. popularne rezystory węglowe o mocy 0.25 W posiadają możliwe wielkości rezystancji od 9.1 W do 1.5 MW, a o mocy 0.5 W od 10 W do 4.7 MW.

· Tolerancja (klasa dokładności) - ponieważ ze względu na rozrzuty produkcyjne rezystory nie mają rezystancji dokładnie zgodnej z rezystancją znamionową, podaje się maksymalne dopuszczalne odchyłki. Tolerancje wyraża się w procentach wartości znamionowej.

· Moc znamionowa - jest to największa dopuszczalna moc wydzielana na rezystorze przy pracy ciągłej przy temperaturze otoczenia mniejszej niż +70C (dla niektórych typów +40C).Wartości mocy znamionowej są także znormalizowane. Odpowiedni szereg posiada następujące wartości 0.125, 0.25, 0.5, 1, 2 W itd. Moc wydzielaną na rezystorze, można obliczyć po zmierzeniu napięcia na jego zaciskach lub przepływającego prądu, korzystając ze wzoru 2.
Wzór 2a: P = U2/R Wzór 2b: P = I2 • R

· Napięcie graniczne - maksymalne napięcie stałe lub amplituda napięcia zmiennego, jakie może być dołączone do rezystora w sposób ciągły.

· Rezystancja krytyczna – jest to rezystancja, przy której dla napięcia granicznego otrzymuje się moc znamionową. Rezystory o rezystancji znamionowej większej niż krytyczna wolno obciążać mocą tym mniejszą, im większa jest ich rezystancja znamionowa.

· Napięcie szumów – w czasie pracy rezystora występują w nim szybkie, przypadkowe zmiany rezystancji, które powodują powstawanie na jego końcówkach napięcia szumów, proporcjonalne do napięcia doprowadzonego do rezystora. Napięcie szumów wywołane jednym woltem napięcia doprowadzonego jest parametrem rezystora charakteryzującym jego właściwości szumowe.

· Temperaturowy współczynnik rezystancji - oznaczony w krajowych źródłach TWR, lub z angielskiego TCR, określa zmiany rezystancji pod wpływem temperatury. Czym mniejsza wartość TCR, tym bardziej stabilny rezystor. Wartość TCR podaje się w %/K lub ppm/K (1% = 104 ppm).

Budowa i wykonanie rezystorów.
Obecnie produkowane są rezystory o wartości od 0,01 W do 1012 W (1 TW), mocy znamionowej od 1/8 wata do 250 W i dokładności od ±0,005% do ±20%. Powszechność i bardzo duże ilości stosowanych rezystorów były czynnikiem wymuszającym zmniejszenie ich kosztów produkcji. W ten sposób powstały technologie wykonania rezystorów warstwowych i objętościowych. Kolejnym krokiem są technologie grubo i cienko warstwowych stosowanych w układach scalonych.

Rezystory ze względu na ich działanie dzielimy na: stałe, potencjometry, fotorezystory, termistory i warystory.
Rezystory stałe. W grupie tej ze względu na sposób wykonania możemy wyodrębnić rezystory warstwowe, objętościowe i drutowe. Umowny międzynarodowy symbol używany w schematach opornika stałego wygląda jak na rysunku 4.
Rysunek 5a przedstawia budowę rezystora drutowego. Składa się on z kształtki ceramicznej (najczęściej w formie walca), na której nawinięty jest drut oporowy. Na obu końcach kształtki znajdują się zaciski utrzymujące nawinięty drut i służące jako wyprowadzenia rezystora. Rezystory drutowe przewidziane do pracy w wysokiej temperaturze, pokrywane są odpornymi na działanie temperatury lakierami. Charakteryzują się one dużymi mocami znamionowymi, niskim współczynnikiem temperaturowym, małymi wartościami rezystancji, dużymi rozmiarami oraz dużą indukcyjnością, która ogranicza ich stosowanie do układów małej częstotliwości.

Rysunek 5b przedstawia budowę typowego rezystora warstwowego. Rezystory warstwowe wykonuje się przez napylenie na rurce lub wałku ceramicznym warstwy rezystywnej ze stopu metalowego (rezystory metalizowane) lub węgla (rezystory węglowe). Dla uzyskania żądanej rezystancji warstwę rezystywną nacina się śrubowo z odpowiednim skokiem, tworząc jakby taśmę oporową nawiniętą na walcu. Na końcach walca przymocowuje się końcówki umożliwiające wlutowanie rezystora w układ. Korpus rezystora wraz z fragmentem końcówek pokrywa się lakierem lub warstwą izolacyjną, chroniącą ścieżkę rezystywną przed czynnikami zewnętrznymi.

Rezystory warstwowe znajdują zastosowanie w układach pracujących w zakresie częstotliwości do kilkuset MHz, lecz ze względu na delikatną ścieżkę rezystywną i słabe odprowadzanie ciepła mają małe moce znamionowe. Rezystory objętościowe (rys 5c) są kształtkami z masy rezystywnej, w której zatapia się końcówki. Rodzaj masy rezystywnej i jej objętość decydują o wartości rezystancji. Rezystory te charakteryzują się dużymi mocami znamionowymi, ale dość dużymi współczynnikami szumów.

Rezystor pokazany na rysunku 4d jest rezystorem warstwowym wykonanym w formie tzw. meandru naniesionego na podłożu izolacyjnym. W przypadku układów grubowarstwowych rezystory nanosi się techniką sitodruku (pasta rezystancyjna), a w układach cienkowarstwowych metodą napylania próżniowego. Na końcach meandra znajdują się powierzchnie przewodzące służące do podłączenia wyprowadzeń. Technika ta jest wykorzystywana przy budowie drabinek rezystorowych tzn. kilku rezystorów połączonych jednym wyprowadzeniem. Drabinki rezystorowe są powszechnie stosowane w technice mikroprocesorowej.

Aktualnie powszechne zastosowanie znalazły rezystory przewidziane do montażu powierzchniowego (SMD). Są to rezystory warstwowe, płaskie o budowie podobnej do przedstawionej na rys. 4d. Metalizowane powierzchnie końcowe tych rezystorów są wykorzystywane do bezpośredniego ich lutowania do płytki drukowanej. Warstwa rezystancyjna pokrywana jest lakierem ochronnym.

Pozostała część pracy w załączniku: