Высокоомный резистор

Промышленность выпускает  следующие типы проволочных резисторов: с однослойной намоткой — ПЭ (проволочные  эмалированные); ПЭВ (проволочные эмалированные  влагостойкие); ПЭВТ (проволочные эмалированные  и влаго- и термостойкие); ПЭВР (проволочные  эмалированные влагостойкие регулируемые), имеющие латунный подвижный с  зажимным винтом хомутик, который можно  перемещать в доль корпуса резистора по виткам проволоки, свободной от изоляции; регулируемые с многослойной намоткой — ПТ (проволочные точные); ПТН, ПТМ, ПТК (проволочные точные, соответственно из нихромовой, магнаниновой и константановой проволоки); малогабаритные ПТМН, ПТММ, ПТМК (проволочные т очные малогабаритные, соответственно из нихрома, манганина и константана). Резисторы с однослойной намоткой имею т допустимые отклонения от номинала ±5; ±10%, а резисторы с многослойной намоткой — ±0,25; ±0,5; ±1%.

2. Непроволочный резистор

Непроволочные резисторы – это тип резисторов, в которых резистивным элементом являются либо пленки либо объемные композиции с высоким удельным сопротивлением. Тонкая пленка наносится на цилиндрический керамический корпус и герметизируется эпоксидным либо стеклянным покрытием.

 

3. Конструктивное оформление резисторов и резистивные материалы для высокоомных резисторов
1.   Принцип конструирования

Основным узлом любого проволочного резистора является резистивный  элемент. Технологические характеристики резистора в значительно мере зависят от правильного выбора конструкции  и материалов этого элемента. Обычно резистивный элемент состоит  из каркаса и обмотки, к концам которой крепятся проводник, соединяющие  ее с выводами резистора. Исключением  являются бескаркасные резистивные  элементы. Для резистивных элементов  проволочных резисторов наиболее часто  используются следующие виды обмоток:

• однослойная с фиксированным шагом;
• однослойная плотная;
• многослойная

На рисунке 3.2.1. представлены виды обмоток проволочных резисторов

Рисунок 3.2.1. – Виды обмоток  проволочных резисторов

 

 

 

 

 

 

а - однослойная с фиксированным  шагом;  б – однослойная плотная;

в – многослойная;   г – многослойная свободная.

3.2 Материал резистивного элемента

В настоящее время проволочные  резисторы изготавливаются с  сопротивлением от сотых долей Ома  до мегаома и выше.

Резистивная проволока, применяемая  в постоянных проволочных резисторах, должна иметь следующие основные свойства:

• высокую стабильность сопротивления;
• малый температурный коэффициент сопротивления;
• высокую коррозионную устойчивость;
• малую термоэлектродвижущую силу по отношению к меди.

В технологии производства проволочных резисторов наиболее широко применяют такие сплавы, как манганин, константан и нихром.

Основные характеристики резистивных сплавов приведены  в таблице 3.1:

 

Таблица 3.1 – Характеристики резистивных сплавов.

 

Наименование сплава	Удельный вес,	Удельное электрическое сопротивление,	ТКС,10 1/град	Термо -Э.Д.С., МкВ/град	Предел прочности, кГ/мм
Манганин	8,4	0,42 – 0,48		+1	43 - 65
Константан	8,9	0,45 – 0,52	-0,5	-40	45 - 65
Нихром	8,4	0,98 – 1,4	35 - 20	+15	60 - 90
80 % Pd, 20 %  W	11,4	0,36 – 0,45	25	-39,4	80 - 100
60 % Pd, 40 %  Ag	11,4	0.36 – 0,45	25	-39,4	50
80 % Ag, 20 %  Pd	10,7	0,102	58	-1,0	25,6

 

Манганин-это медно-марганцевый сплав, состоящий из 83 – 86,5 % меди, 11 – 13,5 % марганца и 2,5 – 3,5 % никеля.

Манганиновая проволока  выпускается марок: ПМТ - твердая, ПММ  – мягкая и ПМС – стабилизированная.

Температурный коэффициент  сопротивления (ТКС)  низкий в интервале  температур + 5 ÷+60 ºС. Вне этого интервала  температур ТКС возрастает и ухудшается стабильность омического сопротивления  проволок. Окисные пленки на поверхности  манганиновой проволоки имеют высокие  контактные сопротивления, что резко  ограничивает применение в переменных  проволочных резисторах.

Обладая в пределах указанных  температур высокой стабильностью  сопротивления, низким ТКС,  малой  термоэлектродвижущей силой по отношению  к меди, манганиновая проволока применяется  в  точных постоянных проволочных  резисторах, работающих при температурах близких к нормальной.

Константан-это медно-никелевый сплав, состоящий из 60 - 65% меди и 40-35% никеля. Сплав отличается низким ТКС, но имеет высокую термоэлектродвижущую силу  по отношению к меди, что значительно ограничивает его применение для точных постоянных проволочных резисторов.

Оксидные пленки, образующиеся на поверхности  константановой проволоки, имеют значительное контактное сопротивление, которое особенно увеличивается  при длительном воздействии на проволоку  температур выше 100-150 ºС. Поэтому в  малогабаритных переменных проволочных  резисторах, в которых нельзя обеспечивать больших контактных усилий, константан используется редко.

Константановая проволока  в основном идет на изготовления постоянных проволочных резисторов, к которым  не предъявляют высокие требования по точности, а также переменных резисторов, работающих в нормальных условиях и в неответственной  аппаратуре. Термообработка  константановой проволоки при температуре 800-900 ºС  в течение нескольких секунд  позволяет получить на ее поверхности  прочную электроизоляционную оксидную пленку, которая может служить  достаточно надежной межвитковой  изоляцией  при плотной однорядовой намотке  проволоки на каркас.

Нихром-это никель - хромовый сплавы(Х20Н80, Х15Н60 и др.)широко применяется и в постоянных и переменных проволочных резисторах. Это объясняется тем, что указанные сплавы имеют малый ТКС в большом интервале температур, небольшую термо-э.д.с., высокую стабильность сопротивления во времени. Оксидные пленки  на проволоках из этих сплавов  имеют небольшие и стабильные в широком интервале температур контактные сопротивления даже при малых контактных усилиях(50-100 г).

Высокое удельное сопротивление  проволок, и их малый диаметр делают возможным создание миниатюрных  высокоомных постоянных и переменных проволочных резисторов, отличающихся высокими техническими характеристиками. Для  постоянных проволочных резисторов используются эмалированный нихромовый провод ПЭВНХ.

Нихромовая проволока  имеет высокую твердость и  отличается большой износоустойчивостью, что позволяет применять ее для  переменных резисторов с большим  ресурсом работы.

Одним из основных требований к сплавам, применяемым в технологии производства  резисторов с повышенной точностью является высокая стабильность сопротивления во времени.

Палладиево - вольфрамовый сплав - содержит 20 % вольфрама. Сплав отличается высокой коррозийной стойкостью, что обеспечивает небольшое по величине и стабильное во времени и в широком интервале температур контактное сопротивление, имеет большое удельное  электрическое сопротивление и низкий ТКС. Из этого сплава изготавливают проволоки диаметром от 0,018 до 0,03 мм, которые имеют большую твердость и износоустойчивость, что и определяет их для малогабаритных переменных транзисторов с большим ресурсом работы и низким уровнем контактных шумов.

Палладиево – серебряный сплав – содержит 40 % серебра. Отличается также высокой коррозийной стойкостью и низким ТКС. Однако этот сплав недостаточно тверд и износостоек. Из него изготавливают проволоки диаметром от 0,03 до 0,4 мм. Сравнительно невысокое удельное сопротивление проволок  позволяет использовать их для малогабаритных низкоомных переменных резисторов с небольшим ресурсом работы и низким уровнем контактных шумов.

Серебряно – палладиевый сплав с 20 % палладия обладает хорошими контактными свойствами и имеет малое удельное сопротивление. Но большой процент серебра в сплаве делает его не стойким к воздействию сероводорода, особенно при повышенной влажности.

Поволоки из этого материала  позволяют создавать низкоомные миниатюрные переменные резисторы  с высокой электрической разрешающей  способностью.

Однако, учитывая нестойкость  проволок к сероводороду, резистивные  элементы должны быть надежно защищены от воздействия внешней среды  закрытыми  корпусами.

Кроме перечисленных, для  переменных проволочных резисторов применяют и другие резистивные  проволоки из сплавов на основе благородных  металлов. Так, например, для особо  ответственных случаев в переменных резисторах используют проволоки из сплавов золота и платины, имеющие  хорошие контактные свойства и высокую  коррозийную  стойкость. Но из –  за высокой цены и дефицитности их применяют ограниченно.

 

4. Выбор материала резистивного элемента и расчет высокоомного резистора.

Исходные данные:       

- Номинальное сопротивление  резистора  R = 15 МОм

   - Мощность рассеяния Р = 0.5 Вт

 

В качестве материала  резистивного элемента выберем сплав нихром, так  как этот материал имеет малый  ТКС в большом интервале температур, небольшую термо-э.д.с. ( ) и высокую стабильность сопротивления во времени. Кроме того, окисные пленки из этих сплавов имеют небольшие и стабильные в широком интервале температур контактные сопротивления.

Для заданного значения мощности рассеяния определим площадь  каркаса по формуле:

,

 где  - электрическая мощность рассеяния, -перегрев обмотки, - средний коэффициент теплоотдачи резисторов, лежащий в пределах

В качестве проводящего элемента будем использовать нихромовую микропроволоку.

d= 1 мкм

Определим площадь сечения этой проволоки:

 

 

Зная площадь  сечения, диаметр и материал проволоки. Вычислим её длину.

 

 

 

Рассчитаем геометрические размеры цилиндрического каркаса, изображенного на рисунке 4.1. Для  этого примем диаметр каркаса 

 

 

 

 

Рисунок 4.1 - Цилиндрический каркас.

примем немного большим, чем  ,

Рассчитаем  шаг намотки, зная диаметр и длину  проволоки, 

Зная шаг намотки, можно  рассчитать количество витков:

 

Проверочный расчет:

 

 

5. Заключение

В данной курсовой работе был рассмотрен высокоомный резистор. Был выбран материал резистивного элемента, в нашем случае это нихром. Так же был выбран материал для расчета контактов, в качестве контактного материала был выбран палладий-иридиевый сплав так как этот материал дешевле сплавов платины. Рассчитали габаритные размеры для высокоомного проволочного резистора. Проверили выполнение параметров задания, проведя проверочный расчет. Представим полученные расчеты в виде таблицы 5.1

Таблица 5.1 – Габаритные размеры постоянного проволочного резистора 

Габаритные размеры каркаса
Длина каркаса  , мм		Диаметр , мм
7		5
Резистивный материал
Материал	Длина L, м	Диаметр d, м
Нихром	11,7

 

Список  используемой литературы:

 

1.Мартюшов К.И., Зайцев  Ю.В. Технология производства  резисторов. - М.:Высшая школа, 1972. –  312 с.

2. Резисторы. Справочник / Под ред. Четверткова И.И. - М.: Энергоиздат, 1981. – 527 с.

3. Л.Р. Битнер Материалы и элементы электронной техники 2007г

4. Проволочные резисторы/ М.Т.Железнов, Л.Г. Ширшева- М: Радио и связь, 5. Малинин Р.М. Резисторы. - М.: Энергия, 1969. - 78 с.

5. http://knowledge.allbest.ru/radio/d-2c0a65625a2ac78b5c53b89421316c27.html - Технология производства резистора

6. Д.М. Иванов, В.В. Стабольский Переменные резисторы 1976г.

7.http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%E5%E7%E8%F1%F2%EE%F0– Резисторы. Материал из Википедии - свободной энциклопедии.