Назначение и классификация резисторов

Резистор является дискретным пассивным радиокомпонентом, наиболее распространённым в РЭА по сравнению с другими радиокомпонентами. По большому счёту, ни одна современная электронная схема функционально законченного устройства не обходится без использования резисторов.

В соответствии с ГОСТ Р 52002-2003 резистор – это элемент электрической цепи, предназначенный для использования его электрического сопротивления.

Использование резисторов в электрической цепи обеспечивает перераспределение и регулирование электрической энергии между элементами этой цепи и позволяет решить одну из двух задач: ограничить значение силы тока на участке цепи или установить требуемый уровень напряжения.

Например, в схеме световой сигнализации (рисунок 1), состоящей из источника постоянного напряжения, ограничительного резистора R и светоизлучающего диода HL (светодиода) резистор выполняет функцию ограничения значения силы тока, протекающего через светодиод. Допустим, рабочий ток светодиода Iсд = 17 мА и рабочее напряжение светодиода Uсд = 2 В. Если светодиод подключить к источнику постоянного напряжения амплитудой 9 В без ограничительного резистора, то ток, протекающий через светодиод, превысит значение его рабочего тока и выведет светодиод из строя.

Рисунок 1 - Схема электрическая принципиальная световой сигнализации

Значение номинального сопротивления ограничительного резистора, для рассматриваемой схемы, определяют используя выражение:

где Eп – напряжение питания; Uсд – рабочее напряжение светодиода; Iсд – рабочий ток светодиода.

Используя выражение (1) получим значение номинального сопротив-ления резистора Rогр ≈ 412 Ом.

Другой пример, когда в схеме усилителя (рисунок 2), состоящей из источника входного сигнала Uвх, источника постоянного напряжения +12 В, двух конденсаторов (С1 и С2), четырёх резисторов (R1–R4) и биполярного транзистора, резисторы R1 и R3 используются для установления требуемого уровня напряжения на управляющем электроде (базе) биполярного транзистора.

Рисунок 2 - Схема электрическая принципиальная усилителя

Установление определённого значения постоянного напряжения на базе транзистора позволяет управлять режимами его работы. Резисторы R2 и R4 обеспечивают требуемый уровень сигнала (напряжения) на выходе усилителя.

В цифровой схемотехнике резисторы, также, как и во втором примере (рисунок 2), применяются для установления требуемого уровня напряжения на выводах логических схем, микросхем, микроконтроллеров и т.д.

Современные резисторы имеют различные форм-факторы, которые определяются их назначением, параметрами и технологией монтажа на печатную плату. На рисунке 3 показаны некоторые примеры форм-факторов резисторов на печатных платах:

  • SMD или чип-резисторы (Surface Mounted Device в переводе с англ. – прибор, монтируемый на поверхность) на печатной плате (рисунок 3, а), изготовленной по технологии SMT (Surface Mount Technology в переводе с англ. – Технология монтажа на поверхность);
  • постоянные резисторы с цветной и буквенно-цифровой (кодовой) маркировкой на печатной плате (рисунок 3, б), изготовленной по технологии навесного монтажа (выводные резисторы);
  • переменные резисторы с буквенно-цифровой (кодовой) маркировкой на печатной плате (рисунок 3, в), изготовленной по технологии навесного монтажа.

Рисунок 3 - Резисторы на печатных платах

Выпускаемые промышленностью резисторы можно классифицировать по различным признакам, например, как это показано на рисунке 4.

Рисунок 4 - Классификация резисторов

Дадим определения для всех типов резисторов, указанных на рисунке 4, в соответствии с ГОСТ 21414-75.

Первый классификационный признак – по типу конструкции корпуса резистора:

  • изолированный резистор – резистор с изоляционным покрытием или в корпусе, допускающий касание поверхностью резистора или его корпу-сом токоведущих и токопроводящих частей аппаратуры (рисунок 5);

    • Рисунок 5 - Изолированные резисторы: С5-36В (а), С5-35В (б), C5-47B (в)

  • неизолированный резистор – резистор без покрытия или с покрытием, не допускающий касания поверхностью резистора токоведущих и токопроводящих частей аппаратуры (рисунок 6);

    • Рисунок 6 - Неизолированные резисторы: с естественным охлаждением Р1-69 (а), охлаждаемый воздухом СОВ (б), водоохлаждаемый резистор РПН1-1-5 (в)

  • герметичный резистор – резистор конструкция которого исключает возможность сообщения между его внутренним пространством и окружающей средой (рисунок 7).

    • Рисунок 7 - Герметичные резисторы: опрессованный пластмассой подстроечный 3296P-1-333 (а), стеклянные терморезисторы (б), с герметизированным металлическим корпусом (в)

Второй классификационный признак – по возможности и характеру изменения электрического сопротивления:

  • постоянный резистор – резистор, электрическое сопротивление которого задано при изготовлении и не может регулироваться при его эксплуатации (рисунок 8);

    • Рисунок 8 - Постоянные резисторы

  • переменный резистор – резистор, электрическое сопротивление которого между его подвижным контактом и выводами резистивного элемента можно изменять механическим способом (к ним относятся регулировочные резисторы, подстроечные резисторы и потенциометры);
  • регулировочный резистор – переменный резистор, предназначенный для многократной регулировки параметров электрической цепи (рисунок 9);

    • Рисунок 9 - Регулировочные резисторы: СП2-2 (а), СП4-2М, ПП3-43

  • подстроечный резистор – переменный резистор, предназначенный для подстройки параметров электрической цепи, у которого число перемещений подвижной системы значительно меньше, чем у регулировочного резистора (рисунок 10);

    • Рисунок 10 - Подстроечные резисторы: Bourns 3296P-1-103LF (а), СП5-3В (б), СП3-19А (в)

  • потенциометр – переменный резистор, к стабильности и точности воспроизведения функциональной характеристики которого предъявляются повышенные требования.

Подстроечные резисторы в отличие от регулировочных имеют существенно более низкую износоустойчивость. Т.е. рассчитаны на меньшее количество перемещений ползунка.

Потенциометры широко распространены как среди подстроечных, так и среди регулировочных резисторов. Как правило, это переменные резисторы, у которых точность воспроизведения функциональной характеристики не хуже 5%.

Третий классификационный признак – по типу используемого в резисторе резистивного элемента:

  • проволочный резистор – резистор, резистивный элемент которого выполнен из проволоки (рисунок 11, а);

    • Рисунок 11 - Резисторы: проволочный С5-16MB (а), переменный (подстроечный) композиционный СП3-19А, плёночный (углеродистый) С1-4 (в), теплостойкий высоковольтный объёмный ТВО (г), терморезистор полупроводниковый кобальто-марганцевый СТ1-17

  • композиционный резистор – резистор, резистивный элемент которого представляет собой композицию из проводящих и диэлектрических материалов (рисунок 11, б);
  • плёночный резистор – резистор, резистивный элемент которого представляет собой плёнку, нанесённую на электроизоляционное основание (рисунок 11, в);
  • объёмный резистор – резистор, резистивный элемент которого выполнен в виде объёмного тела (рисунок 11, г);
  • полупроводниковый резистор – резистор, резистивный элемент которого выполнен из полупроводникового материала (рисунок 11, д).

По материалу резистивного элемента плёночные резисторы подразделяют на: углеродистые (рисунок 11, в и рисунок 12, а), керметные (рисунок 12, б, в), металлизированные (рисунок 12, г), металлоокисные (рисунок 12, д), металлодиэлектрические (рисунок 12, е).

Рисунок 12 - Резисторы: углеродистый SMDMM0207 (а), керметный подстроечный РП1-85 (б), толстоплёночный SMD 1822 (в), МЛТ (г), металлоокисный МОН (д), металлодиэлектрический С2-23 (е)

В углеродистых резисторах сопротивлением служит тонкий углеродистый слой – плёнка на электроизоляционном основании. Углеродистую плёнку получают путём разложения углеводородов в вакууме или среде инертного газа при температуре 940–1000 °С. Углеродистые резисторы широко применяются в радиоэлектронной аппаратуре, изготавливаемой с использованием технологий навесного монтажа (рисунок 11, в). Для них характерны: высокая стабильность параметров; стойкость к импульсным перегрузкам; низкий уровень токовых шумов; небольшой и всегда отрицательный ТКС (однозначный); малая зависимость сопротивления от частоты и напряжения. Использование в качестве проводящих элементов бороуглеродистых плёнок, позволило создать прецизионные плёночные резисторы с ещё меньшими значениями ТКС. Встречаются и углеродистые резисторы для поверхностного монтажа (рисунок 12, а).

Керметные резистивные композиции представляют собой смесь нанодисперсных порошков на основе соединений рутенатов висмута и свинца, диоксида рутения и микродисперсных стеклопорошков на свинцовосиликатной основе. В исходном состоянии – это пасты. Методом трафаретной печати они наносятся на основания из алюмооксидной керамики, и затем сформированный отпечаток обжигается в конвейерной печи при температуре 700–900 °С. Аналогичным образом формируются контакты из проводниковой пасты. Резисторы на толстопленочной керметной основе сегодня наиболее востребованы благодаря тому, что имеют резистивный элемент с широким диапазоном удельных сопротивлений (от долей ома до 100 Мом) и высокой температурно-временной стабильности сопротивления. Современные керметные резисторы представляют собой миниатюрные и сверхминиатюрные постоянные и переменные чип-резисторы, используемые для автоматизированного поверхностного монтажа и изготовления многослойных резистивных структур для ГИС.

В металлизированных (металлоплёночных) резисторах токопроводящий слой представляет собой металл, сплав металлов, композицию металл-диэлектрик или окислы металлов.

Конструкция металлизированных плёночных резисторов идентична конструкции углеродистых резисторов. В качестве резистивного элемента используется тонкая плёнка специального сплава или металла, нанесённая на изоляционное основание методом вакуумного испарения или катодного напыления. Величина сопротивления определяется составом сплава и технологией нанесения пленки. Наиболее часто используют вольфрам, хром, титан), тантал и др. Наиболее часто применяются металлопленочные лакированные теплостойкие (МЛТ) и опрессованные повышенной надежности (ОМЛТ) металлизированные плёночные резисторы. 3D модель МЛТ резистора представлена на видео ниже.

Посмотрите 3D модель МЛТ резистора

Кроме того, применяются металлопленочные теплостойкие (МТ), метал-лопленочные ультравысокочастотные незащищенные (МУН), металло-пленочные герметизированные прецизионные (МГП) резисторы.

Токопроводящим элементом в металлоокисных резисторах являются жаропрочные окислы металлов SnO2; Sb2O3; ZnO2. По своим свойствам металлоокисные резисторы близки к металлопленочным. Металлоокисные низкоомные (МОН) резисторы и металлоокисные ультравысокочастотные (МОУ) резисторы могут работать с перегревом и перегрузкой по мощности.

В металлодиэлектрических резисторах резистивный слой выполняется из сложных композиций, состоящих как из проводящих, так и диэлектрических компонентов, что позволяет использовать их в СВЧ диапазоне частот. Для этого используют палладий, радий, окись кадмия, стекло, керамику, полимеры.

По способности изменять своё электрическое сопротивление выделяют три типа резисторов: терморезисторы, варисторы и магниторезисторы.

Терморезистор – полупроводниковый резистор, основное свойство которого заключается в способности изменять своё электрическое сопротивление при изменении его температуры. В зависимости от характера изменения сопротивления под действием температуры терморезисторы разделяют на терморезисторы с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления и терморезисторы с положительным температурным коэффициентом сопротивления.

Терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (рисунок 13, а, б) – это терморезистор, электрическое сопротивление которого на определённом участке диапазона рабочих температур уменьшается с увеличением его температуры.

Рисунок 13 - Терморезисторы: СТ3-19 (а), EPCOS SMD NTC серии B57 (б), ММТ-4 (в), EPCOS PTC серии B59 (г)

Терморезистор с положительным температурным коэффициентом сопротивления (рисунок 13, в, г) – это терморезистор, электрическое сопротивление которого на определённом участке диапазона рабочих температур увеличивается с увеличением его температуры.

Терморезистор прямого подогрева – терморезистор, электрическое сопротивление которого изменяется при прохождении тока через термочувствительный элемент и (или) изменении температуры окружающей среды.

Терморезистор косвенного подогрева – терморезистор, электрическое сопротивление которого изменяется при прохождении тока через подогреватель и (или) изменении температуры окружающей среды.

Полупроводниковый болометр (рисунок 14) – терморезистор, предназначенный для регистрации лучистой энергии.

Рисунок 14 - Болометр полупроводниковый БП-2

Варистор (рисунок 15) – полупроводниковый резистор, основное свойство которого заключается в способности значительно изменять своё электрическое сопротивление при изменении подаваемого на него напряжения.

Рисунок 15 - Варистор СН2-1а

Среди варисторов выделяют управляемые и переменные. К управляемым варисторам относят такие, у которых на одну или несколько пар выводов подаются управляющие электрические напряжения.

Переменный варистор – варистор, у которого при перемещении одного или нескольких подвижных контактов регулируется снимаемое с него напряжение.

Магниторезистор (рисунок 16) – полупроводниковый резистор, основное свойство которого заключается в способности изменять своё электрическое сопротивление под действием магнитного поля.

Рисунок 16 - Магниторезисторы: СМ4-1 (а), датчик магнитного поля 2SS52M-T2 с магниторезисторным чувствительным элементом


Посмотрите связанные статьи:

Основные параметры резисторов