Rezystory

Rezystory

Prawo Ohma - prąd w obwodzie ma wartość proporcjonalną do napięcia jakie jest przykładane oraz odwrotnie proporcjonalną do oporu (rezystancji) co obrazują wzory 1a, 1b, 1c

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

Z uwagi na uczonego jego imieniem została nazwana jednostka rezystancji, czyli om. Każdy pojedynczy element wykazuje opór 1Ω, gdy napięcie 1V wywołuje przepływ prądu w wysokości 1A.

Najważniejsze wartości charakterystyczne rezystorów:

• Rezystancja: znamionowa - czyli rezystancja, którą określa producent oraz podana na oznaczeniu rezystora; rzeczywista - szczegółowa rezystancja rezystora.

Liczby określające wartość znamionowej rezystancji są podlegają normom tworząc ciąg sekwencje liczb nazywane szeregami: E6, E12, E24 itd. Zmienne 6, 12, 24 definiują ilość wartości rezystancji która mieści się w zakresie dekady od 10 do 100 W. Z każdym ciągiem należy przyjąć określona tolerancję umożliwiającą pełne pokrycie wartości rezystancji, czyli dozwolone są dowolne wartości za pomocą większej ilości różnorodnych rezystorów w pojedynczym szeregu można uzyskać jakąkolwiek pożądaną wartość rezystancji.

Odpowiednia granica błędu dla szeregu E6 wynosi 20%, dla szeregu E12 10% zaś dla E24 tylko 5%. Można tutaj zauważyć odpowiednią zależność między wyżej wymienionymi szeregami.

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

Rezystory precyzyjne są oznaczane za pomocą wyższych szeregów tj. 2%, 1%, 0.5%. Moc znamionowa rezystora i jego typ ogranicza w pewnym zakresie rezystancję w zależności od producenta tego wyrobu. Przykładowo rezystory węglowe, które posiadają moc 0.25 W mają dozwolone wartości rezystancji w zakresie od 9.1-1.5 W, a moc od wartości 0.5W poprzez 10W do maksimum 4.7 MW.

• Tolerancja (klasa dokładności) - z powodu rozrzutu produkcyjnej rezystorów nie posiadają one idealnie odpowiadającej rezystancji znamionowej, wobec czego podaje się maksimum dozwolonych odchyłek. Tolerancje podaje się w procentach rezystancji znamionowej.

• Moc znamionowa - to maksimum dozwolonej mocy, jaka może wydzielać się na rezystorze podczas jego ciągłej pracy w założeniu konstrukcyjnym mniejszej od +70°C (w niektórych przypadkach +40°C). Moc znamionowa jest wartością ściśle określona w normach. Dla pożądanego szeregu posiadają one następujące wartości 0.125; 0.25; 0.5; 1, 2 W itd. Korzystając z poniższego wzoru 2 może być obliczana moc, która się wydziela na rezystorze po uprzednim pomiarze przepływającego prądu bądź napięcia na zaciskach.

Wzór 2a: P = U2/R Wzór 2b: P = I2 R

• Napięcie graniczne - najwyższa stała wartość napięcia bądź amplituda napięcia zmiennego, jaką można przyłączyć w sposób ciągły do rezystora.

• Rezystancja krytyczna - to rezystancja, której wartość graniczna napięcia jest otrzymywana przez moc znamionową. Takie rezystory z większą od krytycznej rezystancją znamionową mogą być obciążone tym mniejszą mocą im wyższa jest wartość rezystancji znamionowej.

• Napięcie szumów - podczas pracy rezystora zachodzą w nim niekontrolowane, szybkie zmiany wartości rezystancji powodujące zapoczątkowanie szumów ma końcówkach napięcia, i wartość ta jest proporcjonalna do napięcia jakie jest doprowadzane do rezystora. Napięcie szumów wywołuje się dzięki doprowadzonemu woltowi napięcia jest charakterystyczną wartością rezystora wskazująca na jego własności szumowe.

• Temperaturowy współczynnik rezystancji - w krajowych zasobach jest on oznaczany jako TWR, bądź z języka angielskiego TCR, określa różnice w rezystancji ze zmianą temperatury. Rezystor jest tym stabilniejszy im jest niższa wartość TCR, a tą podaje się w %/K lub ppm/K ( przy relacji 1% = 104 ppm).

Budowa rezystorów oraz ich produkcja

Dzisiejsze rezystory mają parametry w zakresie 0,01 - 1012 W (czyli ok. 1TW), ich moc zawiera się w przedziale 1/8 - 250 W a dokładność ± 0,005% do ± 20%. Pospolitość i duży zbyt rezystorów wymogły obniżenie kosztów związanych z ich produkcją. Dzięki temu powstały technologie produkcji rezystorów objętościowych oraz warstwowych, które są stosowane do układów scalonych.

Rezystory z uwagi na działanie można sklasyfikować na : potencjometry, fotorezystory, stałe, termistory i warystory.

Rezystory stałe - z powodu różnego sposobu ich wykonywania dzieli się je na rezystory: objętościowe, warstwowe oraz drutowe. Umownie przyjęto międzynarodowy obowiązujący symbol, który funkcjonuje w schematach opornika stałego, co jest przedstawione na rysunku nr 4.

Na kolejnym rysunku nr 5a uwidoczniona jest budowa rezystora drutowego. Na jego części składają się ceramiczne kształtki, zazwyczaj w formie walca, wraz nawiniętym drutem oporowym. Z obu stron kształtki znajdują się zaciski, które mają za zadanie utrzymać nawinięty drut oraz spełniają funkcje wprowadzającą rezystora. Przewidziane do pracy podwyższonych temperaturach rezystory drutowe są pokrywane lakierami, które mają im zapewnić działanie ochronne przed temperaturą. Mają one wysoką moc znamionową oraz rozmiary i indukcyjność ograniczającą ich zastosowanie w układach małej częstotliwości, natomiast niskie wartości rezystancji i współczynnik temperaturowy.

Na rysunku 5b został zobrazowany typowy rezystor warstwowy. Tą grupę rezystorów wykonuje się dzięki procesowi napylania na wałku ceramicznym bądź rurce rezystywnej warstwy która pochodzi z węgla (grupa rezystorów węglowych) lub metalowego stopu (grupa rezystorów metalizowanych) Dla uzyskania pożądanej rezystancji nacina się rezystywna warstwę w sposób śrubowy z właściwym skokiem, wówczas zostaje na walcu utworzona jakby taśma oporowa. Aby umożliwić przylutowanie rezystora do układu przymocowuje się końcówki walca do jego krańców. Korpus rezystora oraz część przytwierdzonych końcówek pokrywa się warstwą izolacyjną lub lakierem, aby ochronić ścieżkę rezystywna przed agresywnymi czynnikami zewnętrznymi.

Rezystory warstwowe są stosowane przy układach, które pracują w zakresie wartości nie przekraczających kilkaset MHz, ale ze względu na czułą ścieżkę rezystywną oraz małe odprowadzanie ciepła posiadają niewielkie moce znamionowe.

Przedstawione na rys nr 5c rezystory objętościowe to kształtki z rezystywnej masy, do której zostają zanurzone końcówki. O rezystancji decydują dwa parametry; rodzaj użytej masy rezystywnej oraz jej objętość. Charakterystyczna jest dla niech duża moc znamionowa i dość wysoki współczynnik szumów.

Rezystor warstwowy wykonuje się w postaci tzw. meandra naniesionego na gruncie izolacyjnym. Jeśli chodzi o grubowarstwowe układy to rezystory nanosi się przy użyciu metody pasty rezystancyjnej (tzw. sitodruku), przypadku cienkowarstwowych używa się techniki napylania próżniowego. Powierzchnie przewodzące znajdują się na końcu meandra i służą one do tego, aby podłączyć do nich wyprowadzenia. Omówiona metoda znajduje zastosowanie przy powstawaniu rezystorowych drabinek, czyli połączonych jednym wprowadzeniem kilka rezystorów. Takie rezystorowe drabinki są powszechnie używane w mikroprocesorach.

Obecnie rezystory odnajdują ogólnodostępne zastosowanie kierowane do montażu powierzchniowego (SMD); rezystory warstwowe, o płaskiej budowie. Powierzchnie rezystorów poddane końcowej metalizacji są bezpośrednio wykorzystywane do ich lutowania do drukowanej płytki. Powierzchnię rezystora pokrywa się lakierem ochronnym.