Высокоомный резистор

 

Министерство образования  и науки РФ

 

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ

СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

(ТУСУР)

 

Кафедра физической электроники (ФЭ)

 

 

Высокоомный резистор

 

Курсовая работа

по дисциплине «Материалы и элементы

электронной техники»

 

 

 

	Студент группы 310                           ____________Н.Ф.Старостина
	Руководитель:                                             доцент кафедры ФЭ                           ____________Л.Р. Битнер

 

 

2013

Министерство образования и  науки РФ

 

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ

СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

(ТУСУР)

 

Кафедра физической электроники (ФЭ)

УТВЕРЖДАЮ Зав. кафедрой ФЭ _________Троян П.Е.

 

Задание

на курсовую работу

Студенту   Старостиной  Нюргуяне Федотовне

группы 310 факультета электронной  техники

Тема: высокоомный резистор

Исходные данные:

• Номинальное сопротивление резистора 15 Мом.
• Мощность 0,5 Вт.

 

Перечень вопросов:

• Основные параметры резисторов и их классификация.
• Конструктивное оформление резисторов.
• Резистивные материалы, материалы для высокоомных резисторов
• Выбор материала резистивного элемента, расчет размеров.
• Выбор способа защиты резистора.
• Проверочный расчет.

 

Дата выдачи задания __________ 2012г.

 Руководитель Битнер  Л.Р.

 

Содержание:

Задание…………………………………………………………………………...2

Введение………………………………………………………………...............4

1. Классификация резисторов и их основные параметры…………….……….............................................................5

1.1. Классификация резисторов ………………………………………........5

1.2. Параметры резисторов ……………………………………………........7

2. Высокоомные резисторы ………………………………………………...11

2.1. Проволочный резистор………………………………………………….........11

2.2. Непроволочный резистор………………………………………….......12

3. Конструктивное оформление резисторов и резистивные материалы для высокоомных резисторов…………………………………………12

3.1. Принцип конструирования……………………………………………12

3.2. Материал резистивного  элемента……………………………………..13

4. Выбор материала резистивного элемента и расчет высокоомного резистора.........................................................................................17

5. Заключение………………………………………………………………..19

6. Список литературы………………………………………………………20

 

 

 

 

 

Введение

Все электронные компоненты делятся на два класса активные и  пассивные. К классу пассивных элементов относятся резисторы. Резисторы относятся к числу самых массовых изделий электронной техники. Они составляют около 40% всех комплектующих элементов электронной аппаратуры.

Функция резисторов  регулирование  и распределение электрической  энергии между цепями и элементами схем. Они применяются в аппаратуре практически любого назначения и  области применения. От правильности выбора резисторов, согласно условиям эксплуатации и назначения устройства, во многом зависит безаварийная работа аппаратуры в течении всего срока  службы.

В данной курсовой работе будет  рассмотрен высокоомный резистор: его  параметры, классификация, резистивные  материалы, так же будет проведен расчет высокоомного резистора

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Классификация резисторов и их основные параметры

1.1 Классификация  резисторов

Общая классификация резисторов составлена по ряду признаков присущих многим изделиям электронной техники: назначению, способу монтажа, способу  защиты и т.п. В основу конкретной классификации положен материал резистивного элемента.

Классификация по назначению:

• Общего назначения - используются в качестве различных нагрузок, поглотителей и делителей в цепях питания, элементов фильтров и шунтов, в цепях формирования импульсов и т.п. Диапозон номинальных сопротивлений этих резисторов 1 Ом – 10 Мом, номинальные мощности рассеяния 0,062 – 100 Вт. Допускаемые отклонения сопротивления от номинального значения  ±1; ±2; ±5; ±10; ±20 %.
• Прецизионные и сверхпрецизионные резисторы - отличаются высокой стабильностью параметров при эксплуатации   и большой точностью изготовления (допуск от ±0,0005 до 0,5 %). Применяются в основном в измерительных приборах, в различных счетно-решающих устройствах, вычислительной технике и системах автоматики.
• Высокомегаомные - резисторы, имеют диапазон номинальных сопротивлений от десятков мегаом до единиц тераом и рассчитываются на  небольшие рабочие напряжения (100-400 В) и мощности их составляют иногда  менее 0,5 Вт. Применяют в электрических цепях с малыми токами, в приборах ночного видения, дозиметрах.
• Высокочастотные – резисторы, отличающиеся малой собственной индуктивностью и емкостью, предназначены для работы в высокочастотных цепях, кабелях и т.д.
• Высоковольтные - рассчитаны на высокие рабочие напряжения (от единиц до десятков киловольт). Применяются в качестве делителей напряжения, искрогасителей, поглотителей.
• Специальные (варисторы, терморезисторы, фоторезисторы).

 

Классификация по характеру  изменения сопротивления:

• Постоянные - имеют фиксированное сопротивление, которое в процессе эксплуатации не регулируется.
• Переменные – регулировочные, допускают изменение сопротивления в процессе их функционирования в аппаратуре.
• Подстроечные – сопротивление изменяется под действием внешних факторов.

 

Классификация по материалу  резистивного элемента:

• Проволочные– резисторы, резистивным элементом которых является высокоомная проволока (изготавливается из высокоомных сплавов: константан, нихром, манганин).
• Непроволочные - резисторы, резистивным элементом которых являются толстые или тонкие пленки. 
• Металлофольговые - резисторы, в которых резистивным элементом является фольга определенной конфигурации.

 

Классификация по способу  защиты:

• Изолированные - имеют изоляционное покрытие (лак, компаунд, пластмасса) и допускают касание корпусом шасси и токоведущих частей радиоэлектронной аппаратуры (РЭА)
• Неизолированные - с покрытием или без него не допускают касания своим корпусом шасси аппаратуры.
• Герметизированные - имеют герметичную конструкцию корпуса, которая исключает влияние окружающей среды на его внутреннее пространство. Герметизация осуществляется с помощью керамических  или металлических корпусов, а также с помощью опрессовки специальным компаундом.
• Вакуумные -  имеют резистивный элемент, помещенный в стеклянную вакуумную колбу.

По конструкции постоянные и переменные резисторы подразделяют на резисторы для навесного монтажа, печатного монтажа, микросхем и  модулей.

 

2. Параметры резисторов

 

Номинальным сопротивлением R_ном резистора  называют значение сопро-тивления, соответствующее числу из определенного ряда. Ряды номинальных значений сопротивлений регламинтируются стандартом. Номинальное сопро-тивление обычно обозначаются на корпусе резистора. Фактические величины сопротивлений могут отличатся от номинальных в пределах определенных допус-ков. Ряд допускаемых отклонений от номинальных величин также нормализован. Допуски указываются в процентах в соответствии с рядом ±0,01, ±0,02, ±0,05, ±0,1, ±0,2, ±0,5, ±10, ±20, ±30.  Номинальные величины сопротивлений с допускаемыми отклонениями , ±0,5, ±10, ±20% должны соответствовать числам, приведенным в таблице 1.2.1, и числам, полученным путем умножения этих чисел на , где n – целое положительное или отрицательное число.

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1.2.1

Номинальная мощность рассеивания Р_ном определяет допустимую электрическую нагрузку, которую способен выдержать резистор в течение длительного времени при заданной стабильности сопротивления.

Мощность, выделяемая в резисторе  в виде тепла, определяется величиной  приложенного к нему напряжения U и протекающего тока I и равна:

P_ВЫД = U*I

Мощность, рассеиваемая резистором в окружающую среду, пропорциональна  разности температур резистора T_R и окружающей среды Т_O

и зависит от условий охлаждения резистора, определяемых величиной  теплового сопротивления R_т которое тем меньше, чем больше поверхность резистора и теплопроводность материала резистора.

Предельное рабочее  напряжение U_ПРЕД  - максимальное напряжение для данного типа резистора, которое устанавливается, исходя из его конструкции, размеров и обеспечения длительной работоспособности.

При нормальном и повышенном атмосферном давлении предельное напряжение ограничивается тепловыми процессами в проводящем элементе и электрической  прочностю резистора, а при пониженных давлениях основным ограничивающим фактором является электрическая прочность, которая уменьшается со снижением  атмосферного давления. Здесь возможны электрический пробой или поверхностное перекрытие.

Температурный коэффициент  сопротивления (ТКС) –называется величина, характеризующая относительное изменение сопротивления на один градус Кельвина  или Цельсия. ТКС характеризует обратимое изменение сопротивления резистивного элемента вследствие изменения температуры окружающей среды или изменения электрической нагрузки. Чем меньше ТКС, тем лучшей температурной стабильностью обладает резистор.

 
\Таблица 1.2.2

ЭДС шумов резистора. Собственные шумы резисторов складываются из тепловых и токовых шумов. Возникновение тепловых шумов связано с флуктуационными изменениями объемной концентрации свободных электронов в резистивном элементе, обусловленными их тепловым движением.

Величина ЭДС тепловых шумов определяется соотношением:

где k = 1,38 · 10 ^-23 Дж/град - постоянная Больцмана,

Т - абсолютная температура в градусах шкалы Кельвина,

R - сопротивление. Ом,

- полоса частот, в которой  измеряются шумы.

При комнатной температуре (Т =300° К)

В резистивном элементе при  подключении к нему электрической  нагрузки возникают специфические  токовые шумы, обусловленные флуктуациями контактных сопротивлений между  поводящими частицами, а также трещинами  и неоднородностями резистивного элемента.

Токовые шумы зависят от материала и конструкции резистивного элемента и наиболее характерны для  непроволочных резисторов. Они значительно  больше тепловых шумов. Их спектр частот также непрерывен и не подчиняется  периодическому закону. Поэтому собственные  шумы измеряют действующим значением  ЭДС шумов и выражают  в микровольтах  на вольт приложенного напряжения.

Собственные шумы резисторов тем выше, чем больше температура  и напряжение.

Коэффициент старения : характеризует изменение сопротивления, которое вызывается структурными изменениями резистивного элемента за счет процессов окисления, кристаллизации и т.д.

В ТУ обычно указывается  относительное изменение сопротивления  в процентах за определенное время (1000 или 10000 ч).

Таблица 1.2.4. - Стабильность параметров

Обратимые изменения	Температурный коэффициент сопротивления	R=
Необратимые изменения	Коэффициент старения

 

2. Высокоомные резисторы

Высокоомные резисторы имеют  диапазон номинальных значений сопротивлений  от десятков мегаом до сотен тераом. По сравнению с высоковольтными  высокоомные резисторы рассчитываются на небольшие рабочие напряжения. Мощность рассеяния их мала. В основном они используются в электрических  цепях с малым электрическими токами, в приборах ночного видения, дозиметрах и в измерительной  аппаратуре.

Высокоомные резисторы могут быть как проволочными так и пленочными.

1. Проволочный резистор

Проволочные резисторы. Представляют собой кусок проволоки с высоким удельным сопротивлением намотанный на какой-либо каркас. Могут иметь значительную паразитную индуктивность. Основной элемент проволочных резисторов — тонкая проволока (диаметром в несколько сотых долей миллиметра) из сплавов, обладающих высоким удельным сопротивлением, достаточной механической прочностью, пластичностью и термостойкостью. Все элементы конструкций проволочных резисторов выполняют из термостойких материалов (так как при прохождении электрического тока резистор нагревается), а проводящий элемент (проволоку) защищают от климатических и механических воздействий стеклоэмалевыми и другими электроизоляционными покрытиями. Основной операцией при изготовлении проволочных резисторов является процесс наматывания проволоки на керамический или пластмассовый каркас.