Резистор

Типичный резистор с проволочными аксиальными выводами для навесного монтажа
Угольный пленочный резистор Tesla TR-212 1 кОм для навесного монтажа (без защитного лакокрасочного покрытия)
Резисторы поверхностного монтажа на электронной плате
Пидлаштовни резисторы переменного сопротивления
Микросборка резисторов
Фоторезистор

Резистор или сопротивление (от лат. resisto - Сопротивляюсь) - элемент электрической цепи, предназначенный для использования его сопротивления [1]. Основной характеристикой резистора является величина его сопротивления. Для случая линейной характеристики значения электрического тока через резистор в зависимости от электрического напряжения описывается закону Ома.


1. Описание

Резисторы относятся к электрическим компонентам, применяемых в схемах электротехники и электроники для ограничения силы тока и распределения напряжения. Резисторы - распространенные пассивные компоненты электронной аппаратуры, используемых в качестве нагрузки, потребители и подельники в цепях питания, как элементы фильтров, шунтов в цепях формирования импульсов и т.д.


1.1. Основные параметры резисторов

Резисторы характеризуют номинальным значением сопротивления (от нескольких Ом до 1000 ГОм), приемлемым отклонением от него (0,001 ... 20%), максимальной мощностью рассеяния (от сотых долей Вт до нескольких сотен Вт), предельной электрическим напряжением и температурным коэффициентом сопротивления.


1.2. Классификация резисторов

В зависимости от назначения резисторы делятся на две группы: резисторы общего назначения и резисторы специального назначения, к которым относятся: высокоомные резисторы, высоковольтные резисторы, высокочастотные резисторы и прецизионные резисторы.

По виду резистивного материала резисторы классифицируются на:

  • проволочные резисторы - отрезок проволоки с высоким удельным сопротивлением намотанный на неметаллическую каркас. Могут иметь значительную паразитную индуктивность;
  • пленочные металлические резисторы - тонкая пленка металла с высоким удельным сопротивлением, напилена на керамическое сердечника, на конце которого надеты металлические колпачки с проволочными выводами. Это самый распространенный тип резисторов;
  • металофольгови резисторы - в качестве резистивного материала используется тонкая металлическая лента;
  • угольные резисторы - бывают пленочными и объемными. Используют высокое удельное сопротивление графита;
  • полупроводниковые резисторы - используют сопротивление слаболегированных полупроводника. Эти резисторы могут быть как линейными, так и могут иметь значительную нелинейность вольтамперной характеристики. В основном используются в составе интегральных микросхем, где другие типы резисторов применить труднее.

По характеру изменения сопротивления резисторы подразделяются на:

  • резисторы постоянного сопротивления;
  • регулируемые резисторы переменного сопротивления ( потенциометры)
  • пидналагоджувани резисторы переменного сопротивления [2].

По виду монтажа резисторы бывают:

  • для навесного монтажа (с проволочными выводами)
  • для поверхностного монтажа ( англ. SMD - Surface mount device )
  • комбинации резисторов в одном общем блоке, обычно миниатюрного исполнения (сборки, микросборки, матрицы, микросхемы).

По виду вольт-амперной характеристики:


2. Характеристики

Для резистора с электрическим сопротивлением R \, при прохождении тока с силой I \,падение напряжения U \, на составляет ( вольт-амперная характеристика):

U = IR \, .

Мощность P \, , Рассеиваемая на резисторе, равна

P = I ^ 2 R \, .

3. Обозначение резисторов на принципиальных электрических схемах

Условные графические обозначения резисторов на принципиальных электрических схемах регламентируются ГОСТ 2.728-74 [3]. В соответствии с ним постоянные резисторы в зависимости от вида и мощности обозначаются следующим образом:

Potentiometer symbol Europe.svg
Потенциометр
Resistor symbol Europe.svg Variable resistor symbol Europe.svg
Резистор Сменный
резистор
Европейские симоволом для обозначения
резисторов в электрических схемах,
в том числе и по ГОСТ 2.728-74
Обозначение
по ГОСТ 2.728-74
Описание
2cm Устойчивое резистор без указания номинальной рассеиваемой мощности
2cm Устойчивое резистор с номинальной рассеиваемой мощностью 0,05 Вт
2cm Устойчивое резистор с номинальной рассеиваемой мощностью 0,125 Вт
2cm Устойчивое резистор с номинальной рассеиваемой мощностью 0,25 Вт
2cm Устойчивое резистор с номинальной рассеиваемой мощностью 0,5 Вт
2cm Устойчивое резистор с номинальной рассеиваемой мощностью 1 Вт
2cm Устойчивое резистор с номинальной рассеиваемой мощностью 2 Вт
2cm Устойчивое резистор с номинальной рассеиваемой мощностью 5 Вт
2cm Устойчивое резистор с номинальной рассеиваемой мощностью 10 Вт

По ГОСТ 2.710-81 [4] буквенный код резистора, переменного резистора, потенциометра, варистора, терморезистора на электрических схемах - R. Например: R2.


4. Схемы соединения нескольких резисторов

Эквивалентная схема последовательно соединенных резисторов
Эквивалентная схема параллельно соединенных резисторов
Смешанное соединение резисторов
Примеры маркировки резисторов цветными метками

4.1. Последовательное соединение резисторов

При сочетании резисторов последовательно, их эквивалентной схеме будет резистор с сопротивлением равным сумме сопротивления отдельных резисторов:

R = R_ {1} + R_ {2} + \ dots + R_ {N} = \ sum_ {i = 1} ^ {N} R_ {i}.

4.2. Параллельное соединение резисторов

При параллельном соединении резисторов, обратная величина эквивалентного сопротивления (проводимости) равна сумме обратных величин всех сопротивлений (проводимостей).

\ Frac {1} {R} = \ frac {1} {R_ {1}} + \ frac {1} {R_ {2}} + \ dots + \ frac {1} {R_ {N}} = \ sum_ {i = 1} ^ {N} \ frac {1} {R_ {i}}.

4.3. Смешанное соединение резисторов

Схема состоит из двух параллельно соединенных блоков, один из них состоит из последовательно соединенных резисторов ~ R_1 и ~ R_2 , Общим сопротивлением ~ R_1 + R_2 , Другой из резистора ~ R_3 , Общая проводимость будет составлять \ Frac {1} {R} = \ frac {1} {(R_1 + R_2)} + \ frac {1} {R_3} . Таким образом общее сопротивление можно вычислить по уравнению R = \ frac {R_3 (R_1 + R_2)} {R_1 + R_2 + R_3} .


5. Применение

Резисторы применяются в электрических схемах для установки силы тока на других элементах круга, для демпфирования колебаний в фильтрах и т.п..

6. Резисторы, выпускаемые промышленностью

Резисторы

Промышленные резисторы одного и того же номинала имеют разброс сопротивлений. Значение возможного разброса определяется точностью резистора. Выпускают резисторы с точностью 20%, 10%, 5% и т. д. вплоть до 0,01% [5]. Номиналы резисторов не произвольны: их значения выбираются из специальных номинальных рядов по ГОСТ 28884-90 (IEC 63-63) [6], чаще всего из номинальных рядов E6 (20%), E12 (10%) или E24 (для резисторов с точностью до 5%), для точных резисторов используются точные ряды (например, E48).

Резисторы, выпускаемые промышленностью характеризуются также определенным значением максимальной рассеиваемой мощности (выпускаются резисторы мощностью 0,065 Вт 0,125 Вт 0,25 Вт 0,5 Вт, 1 Вт, 2 Вт, 5 Вт до 150 Вт).


6.1. Маркировка резисторов для навесного монтажа

Согласно ГОСТ 28883-90 (IEC 62-74) [7] цветовую маркировку наносится в виде 3, 4, 5 или 6 цветных колец.

Цвет Значение Множитель Допустимое отклонение
? %
Темп.коеф.опору
? 10 -6 / K
1 кольцо 2 кольцо 3 кольцо 4 кольцо Последнее кольцо
отсутствует 20
серебристый 0,01 Ω 10
золотистый 0,1 Ω 5
черный 0 0 x 1 Ω 20 200
коричневый 1 1 x 10 Ω 1 100
красный 2 2 x 100 Ω 2 50
оранжевый 3 3 x 1 kΩ 3 15
желтый 4 4 x 10 kΩ 0,1 25
зеленый 5 5 x 100 kΩ 0,5
голубой 6 6 x 1 MΩ 0,25 10
фиолетовый 7 7 x 10 MΩ 0,1 5
серый 8 8 0,05 1
белый 9 9
  • если нанесен три кольца, они обозначают величину сопротивления (в том числе третье - множитель) а допустимое отклонение составляет ? 20%;
  • если нанесен четыре кольца, то первые три (как в пункте, приведенном выше) обозначают значение сопротивления, а четвертый - допустимое отклонение;
  • если есть пять колец, первые три обозначают сопротивление, четвертое - множитель, а пятое - допустимое отклонение;
  • если есть шесть колец, это точный резистор и первые три кольца обозначают сопротивление, четвертое - множитель, пятый - допустимое отклонение, шестой - температурный коэффициент сопротивления (это кольцо может находиться на самом краю резистора).

6.2. Маркировка резисторов поверхностного монтажа (SMD-резисторов)

SMD-резистор сопротивлением 2 МОм типоразмера 1206
Пайка SMD-резистора 0805 типоразмера с помощью паяльного пинцета

Резисторы для поверхностного монтажа выпускаются с рядом типоразмеров: 0201, 0402, 0603, 0805, 1206, 1210, 1218 и т.д. Обычно типоразмер корпуса состоит из четырех цифр, которые указывают на его длину и ширину. Например, корпус 0805 означает следующее: 0805 = длина х ширина = (0,08 х 0,05) дюйма. Иногда эти цифры задаются в миллиметрах, например корпус 5763 имеет габариты (5,7 х 6,3) мм.

Корпуса с одинаковым названием могут иметь разную высоту, различные контактные площадки и выполнены из различных материалов, но рассчитаны для монтажа на стандартное установочное место.

  • Маркировка 3-мя цифрами

Первые две цифры указывают значение в омах, последняя - количество нулей. Распространяется на резисторы из ряда номиналов Е24 с допуском 1% и 5%, типоразмеров 0603, 0805 и 1206. Буква R играет роль запятой.

Пример:

103 = 10 000 = 10 кОм;
100 = 10 Ом;
3R3 = 3,3 Ом.
  • Маркировка 4-мя цифрами

Первые три цифры указывают значение в омах, последняя - число нулей. Распространяется на резисторы из ряда номиналов Е96 с допуском 1%, типоразмеров 0805 и 1206. Буква R играет роль запятой.

Пример:

4402 = 440 00 = 44 кОм;
15R0 = 15,0 Ом.
  • Маркировка 3-мя символами цифра-цифра-буква (JIS-C-5201)

Первые два символа - цифры, указывающие код значение сопротивления в омах, взятые из приведенной ниже таблицы, последний символ - буква, указывает значение множителя: S = 10 -2, R = 10 -1; B = 10; C = 10 2, D = 10 3, E = 10 4, F = 10 мая. Распространяется на резисторы из ряда Е96 с допуском 1% и типоразмера 0603.

код Ω код Ω код Ω код Ω код Ω код Ω
01 100 17 147 33 215 49 316 65 464 81 681
02 102 18 150 34 221 50 324 66 475 82 698
03 105 19 154 35 226 51 332 67 487 83 715
04 107 20 158 36 232 52 340 68 499 84 732
05 110 21 162 37 237 53 348 69 511 85 750
06 113 22 165 38 243 54 357 70 523 86 768
07 115 23 169 39 249 55 365 71 536 87 787
08 118 24 174 40 255 56 374 72 549 88 806
09 121 25 178 41 261 57 383 73 562 89 825
10 124 26 182 42 267 58 392 74 576 90 845
11 127 27 187 43 274 59 402 75 590 91 866
12 130 28 191 44 280 60 412 76 604 92 887
13 133 29 196 45 287 61 422 77 619 93 909
14 137 30 200 46 294 62 432 78 634 94 931
15 140 31 205 47 301 63 442 79 649 95 953
16 143 32 210 48 309 64 453 80 665 96 976

Пример:

10C = 124 x 10 февраля = 12,4 кОм.
  • Маркировка 3-мя символами буква-цифра-цифра

Степень при 10 кодируется буквой (так же, как и для 1%-ных сопротивлений см.. Список выше), мантисса значения сопротивления и точность кодируется 2 цифрами (см. таблицу ниже). Распространяется на резисторы из рядов номиналов E12 и E24 с точностью 2%, 5% и 10%.

Примеры:

S01 2%, 1,00 Ом;
S25 5%, 1,00 Ом;
A42 5%, 510 Ом;
S49 10%, 1,00 Ом.
2% 5% 10%
код Ω код Ω код Ω
01 100 25 100 49 100
02 110 26 110 50 120
03 120 27 120 51 150
04 130 28 130 52 180
05 150 29 150 53 220
06 160 30 160 54 270
07 180 31 180 55 330
08 200 32 200 56 390
09 220 33 220 57 470
10 240 34 240 58 560
11 270 35 270 59 680
12 300 36 300 60 820
13 330 37 330
14 360 38 360
15 390 39 390
16 430 40 430
17 470 41 470
18 510 42 510
19 560 43 560
20 620 44 620
21 680 45 680
22 750 46 750
23 820 47 820
24 910 48 910

7. Некоторые дополнительные свойства резисторов

7.1. Зависимость сопротивления от температуры

Сопротивление металлических и проволочных резисторов немного зависит от температуры. При этом зависимость от температуры практически линейная ~ R = R_0 (1 + \ alpha (t-t_0)) , Поскольку коэффициенты 2 и 4 порядка достаточно малы и при обычных измерениях ими можно пренебречь. Коэффициент ~ \ Alpha называют температурным коэффициентом сопротивления. Такая зависимость сопротивления от температуры позволяет использовать резисторы в качестве термометров. Сопротивление полупроводниковых резисторов может зависеть от температуры сильнее, возможно, даже экспоненциально по законом Аррениуса, однако в практическом диапазоне температур и эту экспоненциальную зависимость можно заменить линейной.


7.2. Шум резисторов

Даже идеальный резистор при температуре выше абсолютного нуля является источником шума. Это следует из фундаментальной флуктуационных-диссипативной теоремы (в применении к цепей это утверждение известно также как теорема Найквиста). При существенно меньшей частоте, чем k_B T / h (Где ~ K_B - постоянная Больцмана, ~ T - Абсолютная температура, ~ H - постоянная Планка) спектр теплового шума равномерный ( "Белый шум"), спектральная плотность шума (преобразование Фурье от коррелятора напряжений шума) | U | ^ 2_ \ omega = 4 R k_BT , Где U ^ 2_ \ omega = \ int dt \ langle U (t) U (0) \ rangle e ^ {i \ omega t} . Видно, что чем больше сопротивление, тем больше эффективная напряжение шума, также эффективна напряжение шума пропорциональна квадратному корню из температуры.

Даже при абсолютном нуле температур в резисторов, составленных из квантовых точечных контактов будет шум, обусловленный Ферми-статистикой. Однако такой шум устраняется путем последовательного и параллельного подключения нескольких контактов.

Уровень шума реальных резисторов выше. В шуме реальных резисторов также всегда присутствует компонента, интенсивность которой пропорциональна обратной частоте, то есть 1 / f шум или "Розовый шум". Этот шум возникает по нескольким причинам, одна из главных перезарядка ионов примесей, на которых локализованы электроны.

Шумы резисторов возникают за счет прохождения в них тока. В переменных резисторах есть так называемые "механические" шумы, возникающие при работе подвижных контактов.


8. Особенности производства резисторов

8.1. Проволочные резисторы

Проводной резистор

Проволочные резисторы постоянного сопротивления обычно выполняют на цилиндрической изоляционной подложке с одно-или многослойным намоткой. Провода и контактные узлы защищают, как правило, силикатными эмалевыми покрытиями. Проволочные резисторы характеризуются высокой стабильностью сопротивления, низким уровнем собственных шумов, большой допустимой мощностью рассеяния, высокой точностью сопротивления. Эти резисторы имеют сравнительно большие паразитные реактивные параметры и поэтому используются только на сравнительно низких частотах. Как обмоточных проводов используются провода высокого сопротивления ( нихром, манганин, константан) с малым значением температурного коэффициента удельного сопротивления. Для уменьшения паразитных параметров проволочных резисторов применяют намотки специальных видов.

Постоянные проволочные резисторы имеют номиналы 3 Ом ... 51 кОм и номинальную мощность до 150 Вт. Промышленность выпускает следующие типы проволочных резисторов:

  • с однослойным намоткой:
    • ПЭ - проволочные эмалированные;
    • ПЭВ - проволочные эмалированные влагостойкие;
    • ПЭВД - проволочные эмалированные и влаго-и термостойкие;
    • ПЭВР - проволочные эмалированные влагостойкие регулируемые, имеющие латунный подвижный с зажимным винтом хомут, который имеет возможность перемещаться вдоль корпуса резистора по виткам проволоки, свободных от изоляции;
  • регулируемые с многослойным намоткой:
    • ПТ - проволочные точные;
    • ПТН, ПТМ, ПТК - проволочные точные, соответственно из нихромовой, магнанинового или константановых проволоки;
    • ПТМН, ПТММ, ПТМК - проволочные точные малогабаритные, соответственно из нихрома, Манганин или константана.

Резисторы с однослойной намоткой имеют допустимые отклонения от номинала ? 5; ? 10%, а резисторы с многослойным намоткой - ? 0,25; ? 0,5; ? 1%.


8.2. Металлопленочные резисторы

Металлопленочные резисторы содержат резистивный элемент в виде очень тонкой (десятые доли микрометра) металлической пленки (тантала, хрома и нихрома), нанесенной на подложку из керамики, стекла, слоистого пластика, ситалла или другого изоляционного материала. Металлопленочные резисторы характеризуются высокой стабильностью параметров, слабой зависимостью сопротивления от частоты и напряжения и высокой надежностью. Недостатком некоторых металопливкових резисторов является пониженная надежность при повышенной номинальной мощности, особенно при импульсных нагрузок. Температурный коэффициент сопротивления (ТКС) резисторов типов ОМЛТ не превышает 0,02 ? 10 -2 K -1. Уровень шумов резисторов группы А не больше 1 мкВ / В, группы Б - не больше 5 мкВ / В.


8.3. Углеродные (угольные) резисторы

Резистивный элемент этих резисторов представляет собой тонкую пленку углерода, нанесенную на стержневую или трубчатую подложку из керамики. Углеродные резисторы характеризуются высокой стабильностью сопротивления, низким уровнем собственных шумов, небольшим отрицательным ТКС, слабой зависимостью сопротивления от частоты и приложенного напряжения. Боровуглецеви резисторы типа БЛП за стабильностью сопротивления могут не уступать проводным резисторам. ТКС этих резисторов равна - (0,012 ... 0,025) ? 10 -2 K -1. Боровуглецеви резисторы получают термическим разложением (пиролизом) бороорганичних соединений.


8.4. Композиционные резисторы

Резистивный элемент этих резисторов изготавливают на основе композиций, состоящих из смеси порошкообразного проводника (сажа, графит, порошки серебра, палладия, полупроводниковые материалы, такие, как оксиды этих металлов, карбиды кремния, вольфрама и др..) И органического или неорганического диэлектрика (полимеры , порошкообразное стекло, неорганические эмали). Композиционные резисторы выпускают пленочного и объемного видов. Пленочные композиционные резисторы по конструкции подобны углеродистых, но отличаются большей толщиной пленки. Объемные резистивные элементы изготавливают в виде стержня путем прессования композиционной смеси, пленочные - путем нанесения композиционной смеси на изоляционную подложку.

Пленки керметные типа наносят методом испарения в вакууме смеси порошков металлов ( Cr, Ni, Fe) и оксидов (SiO, Nd 2 O 3, TI O 2), причем соотношение между количеством и других компонентов определяет основные свойства пленок. Керметные пленки отличаются хорошей однородностью свойств, повышенной термостойкостью, широко используют для изготовления резисторных микросборок.

Пленочные композиционные резисторы характеризуются сильной зависимостью сопротивления от напряжения, низкой стабильностью параметров и очень высокой надежностью. Объемные композиционные резисторы с органическими связующими материалами отличаются высокой стабильностью параметров, сравнительно низкой надежностью и пониженным уровнем собственных шумов, а с неорганическими вяжущими материалами - очень высокой надежностью, низкой стабильностью сопротивления до значений частоты 50 кГц. Сопротивление этих резисторов практически не зависит от напряжения.


8.5. Металлооксидных резисторы

Металлооксидных резисторы изготавливаются на основе оксида металлов, чаще всего диоксида олова. По конструкции они не отличаются от металопливкових, характеризуются средней стабильностью параметров, слабой зависимостью сопротивления от частот и напряжения, высокой надежностью.

9. Смотрите также

Примечания

  1. ДСТУ 2382-94 Резисторы. Термины и определения.
  2. ГОСТ 10318-80 Резисторы переменные. Основные параметры
  3. ГОСТ 2.728-74 Единая система конструкторской документации. Обозначения условные графические в схемах. Резисторы, конденсаторы
  4. ГОСТ 2.710-81 Единая система конструкторской документации. Обозначения буквенно-цифровые в электрических схемах
  5. ITC-Electronics - Прецизионные резисторы SMR1DZ и SMR3DZ - Заголовок добавлен ботом ->
  6. ГОСТ 28884-90 Ряды предпочтительных значений для резисторов и конденсаторов.
  7. ГОСТ 28883-90 Коды для маркировки резисторов и конденсаторов

Литература

  • Малая горная энциклопедия. В 3-х т. / Под ред. В. С. Белецкого. - Донецк: Донбасс, 2004. - ISBN 966-7804-14-3.
  • Основы микроэлектроники: учеб. пособие. в лаб. практикума / М. Е. Лещенко, И. К. Васильева, А. М. Замирец, В. Е. Овчаренко. - М.: Нац. аерокосм. ун-т "Харьк. авиац. ин-т?, 2010. - Ч. 1. - 64 с.
  • Резисторы (справочник) / под ред. И. И. Четверткова - М.: Энергоиздат, 1991
  • Аксенов А. И., Нефедов А. В. Серия Массовая радиобиблиотека; Вып. 1203. Элементы схем бытовой радиоаппаратуры. Конденсаторы. Резисторы: Справочник М. Радио и связь, 1995. - 272 с.
  • Справочник по элементам радиоэлектронных устройств / под ред. В.Н. Дулин, М. С. Жука - М.: Энергия, 1978