Rezist~1 - Rezistoare PDF

Preview

Summary

Rezistoare...

Description

Serban Silviu – 413A

REZISTOARE LINIARE FIXE 1. Scopul lucrării: Cunoaşterea structurii constructive a diverselor tipuri de rezistoare, a parametrilor caracteristici şi realizarea unor măsurători specifice. 2. Noţiuni teoretice: Rezistorul este o componentă electronică pasivă, cu caracter predominant rezistiv pînă la o anumită frecvenţă. Rezistenţa, parametru esenţial al rezistorului, reprezintă raportul dintre tensiunea de la bornele sale şi curentul ce străbate rezistorul. Rezistoarele pot fi liniare sau neliniare, fixe sau variabile. În prezenta lucrare se studiază rezistoarele fixe liniare, care prezintă o caracteristică U(I) liniară şi valoarea rezistenţei nu poate fi modificată în timpul utilizării rezistorului. Unitatea de măsură a rezistenţei este ohmul (1  = 1V / lA) cu multiplii şi submultiplii săi: 1 = 10-6 , 1m = 10-3 , 1k = 103 , 1M = 106 , 1G = 109  2.1 Parametrii rezistoarelor Rezistenţa nominală Rn, reprezintă valoarea rezistenţei rezistorului dorită a se obţine în procesul de fabricaţie şi este înscrisă pe corpul rezistorului. Valorile nominale sunt standardizate internaţional şi sunt prezentate în anexa 13. Toleranţa t[%], reprezintă abaterea maximă relativă a valorii reale R a rezistenţei faţă de valoarea nominală Rn. Se poate determina cu relaţiile:

t 

R max  R n

, toleranţa pozitivă,

(1)

R min  R n , toleranţa negativă, Rn

(2)

t 

Rn

| R - Rn | (3) | Rn | unde R reprezintă valoarea reală a rezistenţei rezistorului. Valorile toleranţelor sunt standardizate şi sunt prezentate în anexa A1. Toleranţa t reprezintă toleranţa rezultată în procesul de fabricaţie. Atît Pn cît şi t se măsoară la temperatura camerei (200 sau 25°C). Intervalul de temperatură maxim, [ Tm, TM ], constituie domeniul maxim al valorilor temperaturii în care poate fi utilizat rezistorul Tm, respectiv TM, reprezintă temperatura minimă, respectiv maximă la care poate ajunge orice punct al rezistorului în timpul funcţionării. t = +/ - maxim{| t - |,t + } = +/ - maxim

Puterea nominală Pn[W], este puterea maximă la care poate fi supus un rezistor la o funcţionare îndelungată într-un mediu ambiant cu temperatura egală cu temperatura nominală TN. Este dată de relaţia: TM - TN (4) P n = D( T M - T N ) = Rt 1

Coeficientul de disipaţie termică D[W/°C]; Rezistenţa termică Rt[°C/W], caracterizează transmisia căldurii de la elementul rezistiv la mediul ambiant. Relaţia de determinare rezultă din (1.4):

Pn = 1 (5) T M - T N Rt Temperatura nominală TN [°C], reprezintă temperatura maximă a mediului ambiant în care poate funcţiona un rezistor un timp îndelungat fiind solicitat la puterea nominală Pn. D=

Puterea admisibilă Pa[W], este puterea maximă la care poate fi solicitat un rezistor la o funcţionare îndelungată într-un mediu ambiant cu temperatura Ta [Tm ,TM]. Se determină cu relaţiile: Pa = Pn, pentru Ta  TN ; T M -T a , pentruT a  (T N ,T M ) (6) P a = Pn TM- T N Tensiunea maximă (limită) VM [V], reprezintă tensiunea maximă ce poate fi aplicată la bornele unui rezistor la funcţionare îndelungată, fiind limitată din considerente de străpungere dielectrică. Tensiunea nominală Vn[V], reprezintă tensiunea maximă ce poate fi aplicată la bornele unui rezistor de valoare nominală Rn şi care este solicitat la puterea nominală Pn la o funcţionare îndelungată. (7) Rezistenţa critică Rc[ W ], este acea valoare a rezistenţei unui rezistor căruia i se aplică la borne tensiunea maximă VM şi este solicitat la puterea nominală Pn. P n R n V M

Vn=

R c=

V 2M

(8)

Pn

Coeficientul de variatie cu temperatura R, [ppm/°C], exprimă abaterea relativă a rezistenţei rezistorului la modificarea temperaturii. Se defineşte cu relaţia:  R=

1 dR R dT

(9)

Rezistenţa rezistoarelor are o variaţie liniară cu temperatura, rezultînd în acest caz: R =

R o / C Ro

(10)

unde: R este variaţia valorii rezistenţei R0 la variaţia temperaturii corpului său cu 1°C. Factorul de zgomot F [ V/V], reprezintă raportul dintre valoarea medie a tensiunii de zgomot ce apare la bornele rezistorului la aplicarea unei tensiuni continue de 1 V. Elemente reactive parazite L, C Orice rezistor prezintă elemente reactive de tip inductanţă şi capacitate ce depind de structura constructivă a rezistorului. Schema echivalentă a rezistorului cu valoarea rezistenţei R la frecvenţă înaltă este dată în figura 1.

2

Fig.1 Schema echivalentă a unui rezistor. 2.2 Structura constructivă a rezistoarelor Rezistoarele prezintă în general o structură constructivă conform figurii 2.

Fig.2 Structura constructivă a rezistorului. Principala clasificare a rezistoarelor fixe liniare o constituie tehnologia de realizare a elementului rezistiv, diferenţiindu-se din acest punct de vedere rezistoarele peliculare, bobinate şi de volum. Cele mai utilizate sunt rezistoarele peliculare, al căror element rezistiv este o peliculă rezistivă cu grosimi de la mm la sute mm. Se disting mai multe tipuri şi anume: peliculă de carbon, peliculă metalică, glazură metalică, peliculă obţinută prin tehnologia straturilor groase, peliculă obţinută prin tehnologia straturilor subţiri. Rezistoarele cu peliculă de carbon prezintă o structură conform figurii 3.

Fig.3 Structura constructivă a rezistoarelor cu peliculă de carbon. Conform figurii 3 rezistorul cu peliculă de carbon are următoarele părţi constituente: 1 - suportul izolant, sub formă cilindrică de diverse dimensiuni în funcţie de puterea nominală 3

a viitorului rezistor. Se realizează din materiale ceramice. 2 - elementul rezistiv, o peliculă de carbon depusă prin piroliză pe suportul izolant. Pentru creşterea valorii rezistenţei, pelicula rezistivă, iniţial sub formă cilindrică, se filetează cu discuri abrazive, rezultînd în final un element rezistiv spiralat cu efecte asupra creşterii inductanţei şi capacităţii parazite a viitorului rezistor. 3 - o peliculă de nichel depusă electrochimic la capetele suportului izolant, în scopul realizării conexiunii terminal - element rezistiv. 4 - zona de lipire, ce realizează conexiunea terminalului la pelicula de Ni. Se realizează prin lipire cu aliaj Sn-Pb. 5 - terminal, din Cu cositorit, sub formă cilindrică de diverse diametre. 6 - elementul de protecţie realizat dintr-un lac termorezistent. Structura constructivă prezentată în figura 3.a corespunde rezistoarelor cu peliculă de carbon cu Pn[0,25;2] W. Cele cu puterea nominală de 0,125 W, au structura constructivă din figura 3.b, diferind doar prin zona de contactare şi anume terminalul se sudează la un capacel de Ni(7), iar acesta la pelicula de Ni(3). Rezistoare cu peliculă de Ni Rezistoarele cu pelicula de carbon depusă prin piroliză se pot obţine numai pentru Rn > 330 . Pentru completarea seriilor de valori pînă la 1 , se utilizează rezistoarele cu peliculă de nichel depusă chimic pe suprafaţa suportului izolant. Structura constructivă a acestor rezistoare este asemănătoare cu cea prezentată în figura 3, singura diferenţă fiind doar elementul rezistiv realizat din peliculă de nichel. Rezistoarele cu glazură metalică au structura constructivă prezentată în figura 4.

Fig.4 Structura constructivă a rezistorului cu glazură metalică. Conform figurii 4, rezistorul cu glazură metalică este alcătuit din următoarele elemente: 1 - suportul izolant este realizat din alumină, un material cu o mare rezistenţă mecanică, ceea ce permite obţinerea lui sub o formă aproape plană, grosimea fiind relativ mică, iar celelalte dimensiuni sunt proporţionale cu puterea nominală a viitorului rezistor. 2 -elementul rezistiv, format dintr-o peliculă obţinută prin depunerea serigrafică a unei paste 4

rezistive. Este de formă dreptunghiulară sau pălărie. După depunerea serigrafică, tratament termic şi alte operaţii tehnologice, pelicula rezistivă se ajustează la valoarea dorită cu ajutorul unui praf abraziv, adică se înlătură o anumită porţiune din peliculă pînă cînd se obţine valoarea nominală cu toleranţa dorită. Această ajustare are uneori ca efect obţinerea peliculei sub formă de semispirală ceea ce influenţează comportarea în frecvenţă a viitorului rezistor. 3- pelicula de Ag-Pd, depusă serigrafic în scopul conectării terminalului la elementul rezistiv. 4 - ambaza, o placuţă de pertinax, utilizată în scopul creşterii rezistenţei mecanice a rezistorului. Nu toate rezistoarele sunt prevăzute cu ambaza. 5 - terminal din cupru cositorit, cu diametru de 0,64 mm. 6 - element de protecţie din răşină termodură. Terminalele se conectează la pelicula de Ag-Pd prin lipire. O structură similară prezintă rezistoarele de înaltă tensiune şi reţelele rezistive (la acestea sunt evidente deosebirile ce rezultă conform numărului de rezistenţe conţinute de reţea). Rezistoarele bobinate se obţin prin bobinarea unui conductor de înaltă rezistivitate (aliaje Cr-Ni, Cu-Ni) pe un suport izolant sub formă cilindrică. Constructiv prezintă o mai mare diversitate, putându-se clasifica astfel: cimentate, în corp ceramic şi glazurate. Rezistoarele bobinate cimentate prezintă structura constructivă din figura 5 1

5

2

3

4

Fig.5 Structura constructivă a rezistorului bobinat cimentat. Conform figurii 5, rezistorul bobinat cimentat este constituit din: 1 - suportul izolant, realizat din fibră de sticlă, sub formă cilindrică, de diverse dimensiuni în funcţie de puterea nominală a viitorului rezistor. 2 - elementul rezistiv, obţinut prin înfăşurarea unui conductor de Cr-Ni pe suportul izolant. 3 - căpăcelul de Ni, prin intermediul căruia se conectează terminalul la elementul rezistiv. Terminalul este sudat de căpăcel, iar conexiunea căpăcel-element rezistiv se realizează prin strângere. 4 - terminal realizat din Cu cositorit. 5 - elementul de protecţie realizat din ciment siliconic.

5

Fig.6 Rezistor bobinat în corp ceramic. În fig.6 este dată structura constructivă a unui rezistor bobinat în corp ceramic, în care: 1 - suport izolant din fibră de sticlă 2 - elementul rezistiv obţinut prin bobinarea unui conductor de înaltă rezistivitate. 3 - ciment siliconic pentru rigidizarea elementului rezistiv (protecţie împotriva vibraţiilor). 4 - căpăcel de Ni, avînd acelaşi rol ca şi la rezistorul bobinat cimentat. 5 - terminal 6 - nisip cuarţos, cu ajutorul căruia se umple spaţiul din interiorul corpului ceramic după introducerea tronsonului rezistiv, pentru îmbunătăţirea conducţiei termice. 7 - corp ceramic avînd dublu rol, pentru protecţia rezistorului împotriva factorilor externi şi scăderea rezistenţei termice de convecţie. Poate avea secţiunea circulară, pătrată, sau profilată, de diverse dimensiuni, în funcţie de puterea nominală a rezistorului. 8 - ciment pentru etanşarea la capete a rezistorului. Rezistoarele bobinate glazurate sînt de puteri mari (ajung la sute de W) şi sunt prezentate în figura 7.a. Suportul izolant este tubular din ceramică, pe care se bobinează elementul rezistiv. Terminalele radiale sînt realizate din coliere plate la care se pot ataşa cabluri liţate flexibile cu papuci la capete. Sînt protejate cu glazură. Asemănător acestor rezistoare, sînt realizate şi rezistoare de putere cimentate, care diferă doar prin protecţia ce se realizează din ciment siliconic (vezi figura 7.b).

Fig.7 Rezistoare bobinate de mare putere Rezistoarele pentru montarea pe suprafaţă (tip SMD), au o structură constructivă conform figurii 8.

6

Fig.8 Structura constructivă a unui rezistor de tip SMD cu peliculă groasă. 1 - suport izolant 2 - pelicula rezistivă 3 - pelicula de Ag-Pd. 4 - căpăcel de Ni. 5 - strat de aliaj de lipit (Pb 60%, Sn 40%). 6 - pelicula de lac electroizolant. 2.3 Codificarea rezistoarelor Rezistoarele sunt caracterizate de un cod specific tuturor componentelor electronice. Cele de producţie românească au codul de forma:LLLCCCC, în care L reprezintă o literă şi C o cifră. Partea literală a codului (LLL) este puternic dependentă de tipul elementului rezistiv al rezistorului, iar partea cifrică (CCCC) de puterea nominală. Cîteva exemple, concludente în acest sens, sunt prezentate în tabelul 1 Tabelul 1 Pn [W] 0,125 0,25 0,5 1 2 3 4 7 10

Cod rezistor cu pelicula de carbon RCG 2012 RCG 1025 RCG 1050 RCG 1100 RCG 1200 -

Cod rezistor cu pelicula de Ni

Cod rezistor cu glazura metalica

Cod rezistor bobinat cimentat

Cod rezistor bobinat in corp ceramic patrat

RMG 2012 RMG 1025 RMG 1050 RMG 1100 RMG 1200 -

RPM 3012 RPM 3025 RPM 3050 RPM 3100 -

RBC 1005 RBC 1001 RBC 1002 RBC 1003 RBC 3007 -

RBA 3002 RBA 3004 RBA 3010

Cod rezistor bobinat in corp ceramic profilat RBE 4004 RBE 4007 RBE 4010

2.4 Marcarea rezistoarelor Pe corpul oricărui rezistor se inscripţionează o parte din parametrii ce îl caracterizează. Rezistenţa nominală se marchează pe corpul oricărui rezistor, utilizîndu-se fie codul culorilor (prezentat în anexa 13), fie marcarea în clar, când pe corpul rezistorului nu se marchează simbolul  ci numai cifrele corespunzătoare valorii; pentru valori mari, de ordinul K sau M, în locul virgulei se pune ordinul de multiplicare K, respectiv M. În tabelul 2 sunt prezentate cîteva exemple. 7

Tabelul 2 Inscriptionare Rn []

0,1 0,1

1 1

8,2 8,2

82 82

510 510

1k 1000

3k3 3300

33k 820k 1M 33000 820000 106

1M8 1,86

10M 107

Toleranţa se marchează pe corpul oricărui tip de rezistor, utilizîndu-se marcarea în codul culorilor (conform anexei 13), codul literal conform tabelului 3 sau marcarea în clar, cînd se inscripţionează pe corpul rezistorului valoarea toleranţei cu sau fără simbolul %. Tabelul 3 Toleranta 0,005 0,001 0,02 0,05 0,1 [%] Cod literal E L P W B

0,25 0,5

1

2

2,5

5

10

20

C

F

G

H

J

K

M

D

Coeficientul de variaţie cu temperatura, R, se marchează pe corpul rezistoarelor la care R poate avea mai multe valori. Pentru marcare se utilizează codul culorilor (conform anexei 13) sau codul literal: a pentru ± 50ppm/° C, b pentru ± 100ppm/°C şi c pentru ± 250 ppm/° C. Puterea nominală se marchează (în clar) numai la rezistoarele bobinate. Pe corpul unui rezistor cu peliculă de carbon (RCG) sau cu peliculă de Ni (RMG) se marchează rezistenţa nominală în clar şi toleranţa în clar sau cod literal. Pe corpul unui rezistor cu glazură metalică (RPM) se marchează rezistenţa nominală în clar, toleranţa în clar şi coeficientul de variaţie cu temperatura în cod literal. La rezistoarele bobinate se marchează rezistenţa nominală, toleranţa şi puterea nominală, toate în clar. 2.5. Influenţa toleranţei globale a rezistoarelor asupra parametrilor circuitelor electronice Valoarea unui rezistor utilizat într-un circuit electronic poate avea o abatere mai mare sau mai mică faţă de valoarea nominală, dependentă de toleranţa rezistorului, variaţia temperaturii şi a coeficientului de variaţie cu temperatura precum şi alte abateri datorate diverşilor factori cum sunt: umiditatea, vibraţiile, şocurile termice şi electrice, etc. Toate aceste influenţe pot fi puse în evidenţă prin toleranţa globală, dată de relaţia: n

t g = t f +tT +  ti

(11)

i=1 unde: tg este toleranţa globală; tf - toleranţa de fabricaţie; ti - toleranţa datorată influenţei factorului i; tT - toleranţa datorată variaţiei temperaturii ce se determină cu relaţia: tT = R D Tmax  Tmax=max {(Tmax - To),(To - Tmin)} unde: To = 25°C, temperatura la care se măsoară valoarea nominală Rn. Tmax, Tmin reprezintă temperatura maximă, respectiv minima la care poate ajunge tempearatura unui rezistor funcţionînd într-un mediu ambiant cu T a  [Tamin, Tamax] şi disipînd puterea P. T max = T amax +

T min = T amin

8

P D

Considerând un circuit electronic caracterizat de un parametru f, dependent de valorile rezistenţelor utilizate în circuit prin relaţia: f = f( R 1 , R 2 ... .. Rn ) (12) relaţia:

Cunoscîndu-se toleranţele rezistoarelor se poate determina toleranţa parametrului f cu n

f R i |t i f R i i=1 unde tf este toleranţa parametrului f datorată toleranţelor ti ale rezistoarelor Ri. tf=

|

(13)

Cunoscîndu-se coeficienţii de variaţie cu temperatura i ale rezistoarelor Ri, coeficientul de variaţie cu temperatura al parametrului f se determină cu relaţia: n R f i = (14) f   f  Ri i i=1

3. Desfăşurarea lucrării: 3.1.Cu ajutorul mostrelor existente în laborator se evidenţiază principalele faze de realizare a rezistoarelor cu peliculă de carbon, cu peliculă de nichel, cu glazură metalică şi a celor bobinate. 3.2.Se măsoară rezistenţa rezistoarelor plantate pe montajul a cărui vedere frontală este prezentată în figura 9

Fig.9 Schema electrică a montajului pentru măsurarea rezistoarelor. Pentru aceleaşi tipuri de rezistoare prezentate în figura 9 se determină parametrii marcaţi şi ceilalţi parametri ce caracterizează rezistoarele respective cu ajutorul catalogului. Toate datele, atît cele măsurate, cît şi cele determinate se trec într-un tabel de forma celui prezentat în 4.

9

Tip Rezistor

Parametrii marcati

Parametrii masurati

Parametrii marcati sau determinati

Rn [ ]

t[%]

Rm [ ]

tm[%]

Pn [W]

R[ppm/oC]

VM [V]

Tm [oC]

TM [oC]

TN [oC]

F[ V/V]

4,7K

10%

4,63K

-1,5

0,125

-200

125

-55

+125

70

0,75

27K

10%

25,9K

-4

0,25

-230

250

-55

+125

70

1,1

18K

10%

17,2K

-4,4

0,5

-220

350

-55

+125

70

1,05

8,2K

10%

7,87K

-4

1

-210

500

-55

+125

70

0,8

27K

10%

28K

3,7

2

-230

750

-55

+125

70

1,1

270

5%

254

-5,9

0,125

-180

125

-55

+125

70

0,1

RMG 1025

100

5%

98,7

-1,3

0,25

-180

250

-55

+125

70

0,1

RMG 1050

12

5%

11,4

-5

0,5

-180

350

-55

+125

70

0,1

RMG 1100

200

5%

197

-1,5

1

-180

500

-55

+125

70

0,1

RMG 1200

120

5%

125

4,1

2

-180

700

-55

+125

70

0,1

RPM 3025

24K

5%

21,4K

-10,8

0,25

-

250

-55

+155

70

0,25

RPM 3050