Що потрібно знати про резистори?

Резистор: шматочок матеріалу, що чинить опір проходженню електричного струму. До обох кінців приєднані клеми. І все. Що може бути простішим?

Виявляється, це зовсім не просто. Температура, ємність, індуктивність та інші параметри відіграють роль у перетворенні резистора на досить складний компонент. І використовувати його в схемах можна по-різному, але ми сконцентруємося на різних видах резисторів фіксованого номіналу, на тому, як їх роблять і як вони можуть стати в нагоді в різних випадках.

Почнемо з найпростішого та найстарішого.

Вуглецеві композиційні резистори

Вуглецевий композит у програвачі

Їх часто називають "старими" резисторами. Вони широко застосовувалися в 1960-х, але з появою інших типів резисторів і завдяки досить великій собівартості їх використання зараз обмежене. Вони складаються із суміші керамічного порошку з вуглецем, пов'язаних за допомогою смоли. Вуглець добре проводить струм, і чим більше його в суміші, тим менший опір. Провід приєднуються з кінців. Вони покриваються фарбою або пластиком, що є ізоляцією, а опір і допуск позначаються кольоровими смужками.

Опір таких резисторів можна перманентно змінити, піддавши їх високій вологості, високій напругі або перегріву. Допуск становить 5% або більше. Це просто твердий циліндр із хорошими високочастотними характеристиками. Також вони добре переносять перегрів, незважаючи на свій малий розмір, і все ще використовуються в блоках живлення та зварювальних контролерах.

Проте їхній вік не зупинив мене від використання мішка таких резисторів, куплених мною в комісійці з метою виготовлення різних опорів, які були потрібні мені для мого проекту муз. програвача 555. На фото якраз мій виріб.

Вуглецево-плівкові резистори

Виробляються нанесенням шару чистого вуглецю на керамічний циліндр та подальшого видалення вуглецю з метою формування спіралі. Підсумок покривається кремнієм. Товщина шару і ширина вуглецю, що залишився, управляють опором, а допуск таких резисторів буває від 2%, краще, ніж у попередніх. Завдяки чистому вуглецю опір менше змінюється із температурою.

Температурний коефіцієнт опору вуглецево-плівкових резисторів становить від 200 до 500 ppm/C – мільйонних часток на градус Цельсія. 200 ppm/C означає, що з кожним градусом опір не зміниться більше ніж на 200 Ом на кожен МОм загального опору. У відсотках це можна сказати як 0,02%/C. Якщо температура зміниться на 80 С, за показника 200 ppm/C опір резистора зміниться на 1,6%, або 16 кОм.

Такі резистори випускаються номіналом від 1 Ом до 10 кОм, потужністю від 1/16 Вт до 5 Вт і витримують напругу кілька кіловольт. Зазвичай використовуються у високовольтних блоках живлення, рентгенівських апаратах, лазерах та радарах.

Металева плівка

Металева плівка робиться схожим з вуглецевим чином, шляхом розміщення металевого шару (часто це нікель хром) на кераміці, з наступним вирізуванням спіралі. Згідно з документацією від виробника Vishay, після приєднання клем спіраль раніше обробляли шліфуванням, але зараз для цього використовують лазери. Результат покривається лаком і позначається колірним кодуванням або текстом.

Опір резисторів із металевої плівки змінюється менше, ніж у вуглецево-плівкових. ТКС знаходиться у районі 50-100 ppm/C. 50 ppm/C аналогічні 0,005%/C. Використовуючи аналогічний наведений вище приклад з резистором в 1 МОм, зміна температури на 80 С призведе у разі резистора 50 ppm/C до зміни опору на 0,4%, або на 4 ком.

Допуск у них менший, близько 0,1%. Також мають хороші шумові характеристики, низьку нелінійність і хорошу стабільність за часом, і використовуються для безлічі цілей.

Плівка із оксиду металу

Випадок схожий на металеву плівку, тільки зазвичай використовується оксид олова з домішкою оксиду сурми. Поводяться такі резистори краще, ніж вуглецеві або металеві плівки, якщо говорити про напругу, перевантаження, стрибки і високі температури. Резистори на вуглецевій плівці працюють до 200 С, на металевій – до 250-300 С, а резистори на плівці з оксиду – до 450 С. При цьому їхня стабільність дуже кульгає.

Дротові резистори

Виготовляються намотуванням дроту на пластиковий, керамічний або скловолоконний циліндр. Оскільки провід можна відрізати досить точно, номінал їхнього опору можна вибрати з великою точністю з допуском не гірше за 0,1%. Щоб отримати резистор із високим опором, потрібно використовувати дуже тонкий та довгий провід. Провід можна зробити тоншим для меншої потужності або товщим для більшої потужності. Його можна виготовляти з великої кількості металів і сплавів, включаючи нікель хром, мідь, срібло, хромистої сталі та вольфраму.

Розробляються з прицілом можливість роботи при високих температурах: вольфрамові витримують температури до 1700 З, срібні – від 0 до 150 З.ТКС у високоточних дротяних резисторів становить близько 5 ppm/C. У резисторів, призначених для високих потужностей, ТКС вищі.

Працюють на потужностях від 0,5 до 1000 Вт. Резистори на кілька сотень Вт можуть бути покриті високотемпературним кремнієм або склоподібною емаллю. Для збільшення тепловідведення можуть бути обладнані алюмінієвим кожухом із пластинами, що працюють як радіатор.

Оскільки це практично котушки, у них є індуктивність і ємність, через що на високих частотах вони поводяться погано. Для зменшення цих ефектів застосовуються різні хитрі схеми намотування, наприклад, біфілярна, намотування на плоскому носії, і намотування Аертона-Перрі.

У біфілярного намотування відсутня індукція, але висока ємність. Намотування на плоскому та тонкому носії зближує дроти та зменшує індукцію. Намотування Аертона-Перрі завдяки тому, що проводи йдуть у різних напрямках і знаходяться близько один від одного, зменшує самоіндукцію та ємність, оскільки в місцях перетину напруга однакова.

Потенціометри роблять на основі дротяних резисторів завдяки їх надійності. Також вони використовуються у переривниках та запобіжниках. Їх індукцію можна збільшити і використовувати як датчики струму, вимірюючи індуктивний опір.

Фольгові резистори

Використовують фольгу завтовшки кілька мікрон, зазвичай з нікель хрому з додаваннями, розташовану на керамічній підкладці. Вони найбільш стабільні і точні з усіх, що існують з 1960-х. Необхідний опір досягається фототравленням фольги. Не мають індуктивності, мають низьку ємність, хорошу стабільність і швидку теплову стабілізацію. Допуск може бути не більше 0,001%.

ТКС становить 1 ppm/C.При зміні температури на 80 С мегаомний резистор змінить опір лише на 0.008% або 80 Ом. Цікавим є спосіб, яким досягається подібна точність. При збільшенні температури зростає і опір. Але резистор робиться так, що підвищення температури призводить до стиснення фольги, через що опір падає. Сумарний ефект призводить до того, що опір майже не змінюється.

Добре підходять для аудіопроектів зі струмами високих частот. Також підходять для проектів, що вимагають високої точності, наприклад, електронних ваг. Звичайно, використовуються в областях, де очікуються великі коливання температури.

Товстоплівкові та тонкоплівкові резистори

В основному використовуються для поверхневого монтажу. Плівка в товстоплівкових резисторах у 1000 разів товщі, ніж у тонкоплівкових. Це найдешевші резистори, тому що товста плівка дешевша.

Тонкооплівкові резистори виготовляються іонним напиленням нікель хрому на ізолюючу підкладку. Потім застосовується фототравлення, абразивне або лазерне чищення. Товстоплівкові виготовляються печаткою по трафарету. Плівка являє собою суміш сполучної речовини, носія та оксиду металу. Наприкінці процесу застосовується абразивне чи лазерне чищення.

Допуск тонкоплівкових резисторів становить 0,1%, а ТКС – від 5 до 50 ppm/C. У товстоплівкових допуск буває 1%, а ТКС – 50 до 200 ppm/C. Тонкоплівкові резистори менше шумлять.

Тонкоплівкові резистори застосовуються там, де потрібна висока точність. Товстоплівкові можна використовувати практично скрізь - у деяких ПК можна нарахувати до 1000 товстоплівкових резисторів поверхневого монтажу.

Існують і інші види резисторів постійного номіналу, але в шухлядках для резисторів ви, швидше за все, зустрінете один з перерахованих.