Ogólne wiadomości o rezystorach

Materiały oporowe:

Dzielimy je na::

a) metalowe - posiadają dodatni TWR (Temperaturowy współczynnik rezystancji), czyli gdy rośnie temperatura rośnie także rezystywność.

b) niemetalowe - posiadają ujemny TWR.

Materiały oporowe charakteryzują się:

a) dużą rezystywnością

b) odpornością na utlenianie

c) małym temperaturowym współczynnikiem rezystancji

d )wytrzymałością na działanie czynników chemicznych

e) wysoka temperaturą topnienia

f) dużą trwałością

Do materiałów oporowych należą między innymi:

- konstantan

- kantal

- manganin

- nikielina

- nichrom

- silit

Powyższe stopy zastosować można w opornikach, elemencie grzejnym czy w termoelementach.

Ogólne wiadomości o rezystorach.

W dzisiejszych czasach wytwarza się rezystory jako: oporniki drutowe, złożone z warstw, objętościowe oraz zbudowane z cienkich warstw. Inny podział rezystorów to podział na oporniki: nienastawne, nastawne. W opornikach drutowych lub w opornikach złożonych z warstw na cylindrze lub płycie wykonanej z substancji izolacyjnej nawinięto drut zwinięty w spiralę (nikieliny, konstantanu, kantalu, manganinu,) lub zgromadzono dużą warstwę oporową (wykonaną z węgla pyrolitycznego albo ze stopów metali). Końce rezystora przyłącza się do zrobionych z metalu pierścieni z kanałami wyprowadzeniowymi. Oporniki objętościowe sporządzone są z substancji oporowej, która zawiera zaprasowane wyprowadzenia metalowe.

Ważnymi zmiennymi rezystorów jest:

-Rezystancja znamionowa, podawana wraz z największymi dopuszczalnymi odchyłkami mieszczącymi się w przedziale 0,1% - 20%

-Moc znamionowa, która stanowi ewentualnie największą dopuszczalną moc wydzielającą się w rezystorze.

-Napięcie znamionowe, stanowi największe napięcie, nie wywołuje zmiany właściwości rezystora przede wszystkim jego usterki. Wartości znamionowe napięć dla dużych rezystorów sięgają od kilkudziesięciu do kilkuset Voltów.

Rezystory zwane potencjometrami wykorzystywane są do celów regulacyjnych, np. potencjometrem ściszasz telewizor lub radio. Zatem służy on do ustawiania poziomy sygnału. Czynnik taki złożony jest z odcinka izolacyjnego pokryty masą oporową (albo nawinięty jest na niego drut oporowy) oraz szczotki przesuwającej się po elemencie obrotowym. Potencjometr posiada trzy końce - dwa zewnętrzne (p i k) i szczotkę (s). Zmienne potencjometrów zgodne są z zmiennymi oporników nienastawnych. Pomiędzy końcówkami rezystancja początkowa (p) i szczotka (s), zmienia się logarytmicznie, liniowo lub wykładniczo. Zależy to przede wszystkim od położenia.

Rezystory ograniczają przepływanie prądu, zapewniając dzięki temu odpowiednie napięcie i natężenie w innych miejscach obwodu.

Rezystory w obwodach

Rezystory w obwodzie zakładamy szeregowo lub równolegle.

a) łączenie szeregowe -miejsca łączeń oporników nie są rozgałęzieniami

- Zestawienie to charakteryzuje się tym, że natężenie prądu płynącego przez obwód jest taki sam dla wszystkich rezystorów (na odwrót jest w łączeniu równoległym )

-Całkowite napięcie jest sumą napięć na pojedynczo rozpatrywanych rezystorach. ( Układ szeregowy oporników jest określany mianem dzielnika napięcia, gdyż napięcie całkowite przyłożone do obwodu można podzieli się na poszczególne oporniki oraz zależy od ich rezystancji)

-Każdą liczbę szeregowo połączonych oporników da się zastąpić jednym. Obliczyć go możemy, zsumujemy rezystancje każdego rezystora z osobna.

Rz = R1 + R2 + R3...

Na przykład: posiadamy trzy rezystory połączone szeregowo: pierwszy ma 2W (czytamy "om"), drugi 3W, trzeci 4W. Zatem jak napisaliśmy wcześniej zastępujemy je jednym rezystorem o rezystancji Rz = 2 + 3 + 4 = 9W. Jak zauważamy jest to bardzo łatwe.

Dzielniki napięcia, ich tworzenie

To, że w szeregowym połączeniu oporników napięcie całkowite rozkłada się nam na konkretne rezystory zastosowano w dzielnikach napięć. Układy te zajmują się regulacją napięcia, inaczej mówiąc jego zmianą. Dzielniki te komponować możemy z użyciem:

a) potencjometrów

b)rezystorów stałych

c) łączenia równoległego - gdzie rezystory przyłączone są w 2 identyczne węzły obwodu.

Posiadamy 3 oporniki połączone równolegle

- Połączenie to charakteryzuje tym, że prąd (natężenie), który dopływa do połączenia jest sumą prądów poszczególnych rezystorów.

- Napięcia na elementach połączonych równolegle jest takie samo.

- Każdą ilość równolegle połączonych oporników da się zastąpić jednym.

Oporniki często można znaleźć przede wszystkim w układach elektronicznych. Złożone są przeważnie z korpusu izolacyjnego z wyprowadzeniami i z części oporowej wytworzonej z materiału, którego oporność właściwa(r) jest wcześniej znana. Posiadają one kształt pręta, rurki, folii, warstwy powierzchniowej, albo drutu o jakiejś długości (I) oraz powierzchni przekroju (A). Wyraża się to następującym wzorem.

R = r x I / A

Jednostka miary rezystancji R to 1 om (W). 1 om to rezystancja, która przy napięciu równym 1 V odpowiada przepływowi ładunku 1 C/sek, czyli prądowi o wartości 1 A.

Opornik, posiadający niezależną od prądu rezystancje, napięcie i czynniki zewnętrzne takie jak temperatura czy światło, nazwany został rezystorem liniowym, albo prościej rezystorem. Opornik może przekształcić swoją rezystancje w zależności od prądu, napięcia, lub pewnego czynnika zewnętrznego. Wtedy taki rezystor będziemy nazywać rezystorem nieliniowym. Możemy także posłużyć się nazwą mówiącą od czego zależna jest rezystancja.

Aby ułatwić budowę i dystrybucje rezystorów, wytwarza się je ze typowymi wartościami rezystancji. Często można spotkać w handlu rząd wartości E, R jak również szeregi dekadowe. Szeregi E i R utworzone są wg harmonicznego podziału każdej dekady. Dokładniejsze określenie szeregu to np. E192, E24 i R40. Zdefiniowanie E192 przedstawia, że w dekadzie jest 192 możliwości. Obliczając je wychodzi się z liczby 10, która się dzieli przez pierwiastek 192-stopnia z 10.Otrzymamy wynik tego 9,88, którą po raz kolejny dzieli się przez pierwiastek 192-stopnia z 10, w wyniku czego dostaniemy 9,76 itd. Dzielimy dotąd aż otrzymamy wartość 1,00 po 192 dzieleniach. Gdy będziemy tak postępować uzyskamy 24 wartości dla szeregu E24 poprzez dzielenie przez pierwiastek 24 stopnia z 10. W szeregu E96 co druga wartość jest wartością z szeregu E192, natomiast w szeregu E48 - co czwarta. Tak samo jest w przypadku szeregu E12: wystąpi tutaj co druga wartość z szeregu E24 itd. Szereg R (R od Renard) jest stworzony tak samo, tylko, że podstawą jest szereg R40 i pierwiastkiem 40 stopnia z 10 jako dzielnikiem. Szereg R wykorzystujemy do rezystorów mocy. Często jednak spotkać go można wśród innych elementów takich jak np. cewki filtrów czy bezpieczniki.

Starszy szereg - dekadowy - o wartościach 1,0; 1,5; 2,0 itd., zastosowanie znajduje nadal w rezystorach precyzyjnych, wykorzystuje się go także m.in. przez amerykańskie siły zbrojne.

Oznaczanie oporników

Nieduże oporniki posiadają najczęściej oznaczenia rezystancji, tolerancji lub współczynnika temperaturowego utworzone przy pomocy 4 do 6 znaków barwnych.

Niejednokrotnie możemy natknąć się tylko na trzy paski barwne. Znaczy to, iż tolerancja wynosi +/- 20 %. Inną wersje kodów barwnych możemy spotkać bardzo rzadko, np. w niektórych rezystorach, które spełniają parametry wojskowe MIL, w których obwódka kolorowa pokazuje na poziom niezawodności (failure rate). Kiedyś używano ostatni pasek w kolorze różowym do rezystorów o wysokiej stabilności.

Nie zapominamy także, że cewki, kondensatory, termistory oraz bezpieczniki mogą posiadać zbliżony wygląd zewnętrzny, oraz mogą być oznaczone kolorami w ten sam sposób.

Duże oporniki oznacza się symbolami literowymi. Zapisujemy wtedy R, lub E (dla W), k (dla kW) i M (dla MW) w miejscu przecinka.

0R1 =0,1W

0E1 = 0,1W

4k7 = 4,7 kW

22M = 22 MW

Niejednokrotnie używamy kody 3- lub 4-cyfrowe, gdzie dwa lub trzy pierwsze znaki są cyframi o najwyższym znaczeniu, a ostatnia cyfra oznacza liczbę zer.

100 = 10W

101 = 100W

103 = 10kW

4754 = 4,75 MW

Zależność rezystora od częstotliwości

Prosty schemat zastępczy pokaże nam jak łatwo można zrozumieć zachowanie się rezystora:

gdzie: R - rezystancja, CL - pojemność własna (zwana także upływnością), LR - indukcyjność elementu oporowego, Ls - indukcyjność wyprowadzeń.

Zauważyć można, że opornik ma składowe indukcyjne i pojemnościowe. Gdy użyjemy ich w obwodach prądu zmiennego przystępują do działania reaktancje, które po złączeniu z rezystancją dadzą impedancje, którą czasami musimy uwzględnić.

Na przykład :pytamy jaką impedancję będzie posiadał opornik zrobiony w technologii cienkowarstwowej o wartości 10 kW przy częstotliwości 400 MHz? Założenie: CL = 0,1 pF. Wyprowadzenia są o długości 10 mm natomiast średnice 0,6 mm. Podstawiając dane do wzoru na indukcyjność prostego drutu uzyskamy indukcyjność (Ls), która wynosi 8,4 nH w każdym wyprowadzeniu. Indukcyjność elementu oporowego (LR) uzyskamy korzystając ze wzoru dla jednowarstwowej cewki powietrznej. Zakładamy wcześniej, że średnice korpusu wynoszą 2 mm, długość 4 mm i 3 zwoje. Po podstawieniu otrzymamy 6,9 nH. Po przeliczeniu na reaktancje dostaniemy kolejno: 3979 W dla CL, 21W dla Ls oraz 17 W dla LR.

Można założyć, że reaktancje indukcyjne da się zignorować. Impedancja (Z) przy połączeniu równoległym wyrażać się będzie w następujący sposób:

1/Z= Ö ( ( 1/R )2 + ( 1/XL )2 )

Powyższy zapis można także przedstawić w następujący sposób::

Z = R x XL x 1 / (Ö(R2 + XL2))

Z = 10 k x 3979 x 1 / (Ö(10k2 + 39792)) = 3967 W

Rezystor mający 10 kQ przy 400 MHz będzie miał impedancje zaledwie 3,7 kW.

Rezystory warstwowe(poniżej 100W) są traktowane jako elementy o charakterze indukcyjnym(impedancja wzrasta wraz z częstotliwością). W przedziale od 100 do 470W traktować je można jako idealne rezystancje. Natomiast opornik mający więcej niż 470W maja już charakter pojemnościowy (impedancja zmniejsza się ze wzrostem częstotliwości). Im większa wartość rezystancji, tym większa pojemność.

Rezystory drutowe posiadają dużą indukcyjność, ale także i pojemność. Ich impedancja będzie maksymalna dla częstotliwości rezonansowej. Przy częstotliwościach wyższych od rezonansowej posiadają charakter pojemnościowy, natomiast przy niższych - indukcyjny.

Rezystory - zależność od temperatury

W momencie gdy przez rezystor przepływa prąd opornik nagrzewa się. Ilość ciepła zależy wydzielającej się mocy (P). Równa się ona iloczynowi prądu (I) który płynie przez opornik i napięcia (U) , które powoduje ten przepływ ( P = U x I ).

Różnicę temperatur pomiędzy powierzchnią rezystora i otoczeniem dzielimy przez wydzielającą się w nim moc nazwana została rezystancją termiczną (Rth). Natomiast temperaturę opornika obliczamy według wzoru:

Ths = Tamb + P x Rth

gdzie: Ths - temperatura znajdująca się w najbardziej gorącym punkcie powierzchni,

P - moc wyrażona w W,

Tamb - temperatura otoczenia,

Rth - termiczna rezystancja wyrażona w K/W.

Ths, czyli wartość największa zależy między innymi od obudowy i izolacji termicznej(Rth) między powierzchnią a elementem oporowym.

Moc maksymalna - jest to moc, gdzie wzrost temperatury (P x Rth) oraz temperatura otoczenia (Tamb) razem powodują iż pojawienie się maksymalnej temperatury, którą rezystor wytrzymuje nie zmieniając swoich parametrów takich jak np. stabilność długotrwała oraz tolerancja.

Gdy temperatura otoczenia jest wyższa niż temperatura dla której zdefiniowana jest moc maksymalna (na ogół 25, 40 czy 70 stopni C) to maksymalna moc użyteczna rezystora zmniejsza się w sposób liniowy ze wzrostem temperatury aż uzyska wartość zero. Mowa tu o tzw. temperaturze mocy zerowej ma wartość dla rezystorów lakierowanych epoksydem ok. 150° C, rezystorów izolowanych silikonem i zamkniętych w aluminium ok. 200° C, natomiast dla rezystorów pokrytych szkliwem ok. 350° C.

Jeżeli temperatura maksymalna(Ths) opornika będzie większa, wtedy rezystor będzie miał skróconą żywotność. Natomiast gdy ją przekroczy w b znaczny sposób, wówczas czas życia będzie mały, może trwać sekundy albo części sekund.

W dzisiejszych czasach producenci wykorzystują wiele norm badając wytrzymałość. Są one inne gdy bierzemy pod uwagę sposób montażu, cyrkulacje powietrza (montaż poziomy, pionowy), temperaturę otoczenia, jej przyrost, oczekiwana żywotność czy temperaturę otoczenia. Powoduje to, że rezystor, według jednego producenta wytrzyma 1 W, natomiast według drugiego wytrzymuje zaledwie 1/10W mimo tego, że oba są tak samo duże.

Niejednokrotne eksperymenty pokazują nam, że moc maksymalną wykorzystuje się niezwykle rzadko również dlatego, że temperatura połączenia lutowanego nie może przewyższać 100 stopni C. Nie możemy dopuścić do szybszego starzenia się.

Tolerancję rezystancji czyli maksymalną odchyłkę od rezystancji nominalnej wyraża się w procentach. Rezystancje mierzymy w następujący sposób: najpierw patrzymy z jakim sprzętem pomiarowym mamy do czynienia, później dopiero patrzymy na napięcie, długość wyprowadzeń, temperaturę itd. W rezystorach standardowych, tolerancja wynosi +/- (1-10) %, jest także wykonania specjalne, dla których tolerancja jest znacznie niższa wynosi ona +/- 0,005 %.

Każdy z oporników zależy od temperatury i opisywane jest to za pomocą współczynnika temperaturowego. Często stosuje się do opisu ppm/K (milionowa część na 1 stopień, 10-6/K). Współczynnik temperaturowy nie jest jednakowy dla wszystkich oporników. Ulega zmianie dola każdego rodzaju rezystora. Na przykład rezystory węglowe posiadają duży ujemny współczynnik (-200 do -2 000 ppm/K w zależności od wartości rezystancji), natomiast są także rezystory metalizowane o współczynniku niższym niż +/- 1 ppm/K.

Maksymalnym napięciem pracy jest maksymalne zmienne lub stałe napięcie. Może być ono przykładane do opornika na przykład w sposób ciągły. Użyć takiego napięcia można dla rezystorów powyżej tzw. rezystancji krytycznej, czyli takiej, gdzie przykładając maksymalne napięcie uzyskamy maksymalną moc, którą wytrzyma opornik. Maksymalne napięcie dla większej niż rezystancji krytycznej oporności można przedstawić w następujący sposób:

U =Ö(R x P)

Napięciem izolacji ( inaczej wytrzymałością napięciową) nazywać będziemy napięcie, które wytrzymuje izolacja wokół elementu oporowego.

Definicja szumu i ich rodzaje

W każdym rezystorze pojawiają się szumy. Jednym z szumów powstających jest tzw. szum termiczny. Pojawia się on w każdym elemencie, który przewodzi prąd, zatem wynika z tego, iż nie wszystkie elektrony płyną w tym samym kierunku co prąd. Drugi szum jaki powstaje to szum prądowy. Wartość jego zależy przede wszystkim od tego jakiego typu jest opornik. Natomiast istnieją także szumy termiczne, które nie zależą od rodzaju rezystora. Obliczamy je według poniżej podanego wzoru :

U =Ö(4kTRB)

gdzie: U - napięcie szumów(wartość skuteczna wyrażona w V),

B - szerokość pasma podawana w Hz.

T - temperatura bezwzględna podawana w stopniach Kelvina,

R - rezystancja wyrażana w W,

k - stała Boltzmana (1,38 x 10-23),

Jednym z rodzajów szumów jest szum prądowy. Zależy on m.in. od rodzaju materiału, który użyjemy w rezystorze, nierównomierności powierzchni, zabrudzeń. Informacje te podane są na ogół przez producenta. Poziom szumów wyrażony jest w mV/V jak również w dB. Poziom 0 dB odpowiada 1 mV/V. Istnieje także szum całkowity. Uzyskamy go sumując szum termiczny i prądowy. Można to zapisać:

Szum całkowity = Ö (szum pradowy2 + szum termiczny2)

Zależność opornika od napięcia

Rezystancja każdego z opornika zależy w mniejszym lub większym stopniu od napięcia z przedziału od 10 do 1000 ppm/V. Związek ten jest przyczyną odkształcenia harmonicznego - dziej się tak gdy mamy napięcie zmienne. Zazwyczaj oznacza się to nieliniowością oraz wyraża się w dB jako stosunki pomiędzy procesem podstawowym i jego trzecią harmoniczną.

Budowa opornika

Rezystory węglowe kompozytowe, czy masowe są starszym odmianą opornika. Skonstruowany jest on w formie wałka, bądź rurki węglowej z przymocowanymi wyprowadzeniami. Zawartość materiałowa części węglowej rozstrzyga o zalecie rezystancji. Walorem takich oporników jest ich mała indukcyjność. Skutkiem tego jest to, że są one przydatne do posłużenia się nimi w układach przełączających np. w układach gaikowych RC i zasilaczach przetwornikowych. Kolejnym ich walorem jest to, iż akceptują tymczasowe przeciążenia bez zniszczenia. Dużym mankamentem ich jest duża pojemność własna, która wynosi około 0,2-1 pF. Zależy ona przede wszystkim od rodzaju oraz wartości rezystancji. Duża pojemność własna jest rezultatem konstrukcji cząsteczek węglowych ze środkiem wiążącym. Stanowi ona to, iż oporniki węglowe są w mniejszym lub większym stopniu niepotrzebne przy częstotliwościach większych niż 5-10 MHz. Dysponują one wysokim współczynnikiem temperaturowy (-200 do - 2000 ppm/K), potężnym powiązaniem od napięcia ( 200-500 ppmN), wysokim szumem oraz niedobrą równowagą długotrwałą.

Kolejnym rodzajem są oporniki warstwowe węglowe, ewentualnie oporniki z warstwą węgłową. Tworzy się je z rurki ceramicznej, na której jest naparowana warstwa węgla o konkretnej wartości rezystancji. W warstwie tej da się zrobić nacięcia spiralne aż do 10 zwojów przy użyciu ostrza diamentowego, czy lasera, aby uzyskać przydatną wartość rezystancji. Reaktancja tej indukcyjności, która pojawi się na skutek tej spirali jest nieznaczny w porównaniu z reaktancja, która wynika z pojemności własnej ok. 0,2 pF. Dysponują one dużym współczynnikiem temperatury (-200 do -1 000 ppm/K). Związek napięcia jest mniejszy niż 100 ppmN. Stopień szumu jest znacząco wysoki, natomiast stabilność długotrwała jest niekorzystna. Oporniki węglowe powierzchniowe są nie mniej jednak bardzo niedrogie w wyrobie.

Rezystory warstwowe metalowe są inne niż oporniki węglowe. Różnica jest w tym, że warstwę węgla wymieniono warstwą metalu. Przebieg wyrobu jest jednakowy. Dobre właściwości dla wysokich częstotliwości ze względu na niską pojemność własną (poniżej 0,2 pF). Jednak dla dużych wartości rezystancji a także przy dużych częstotliwości reaktancja może mieć pewne znaczenie. Współczynnik temperaturowy jest mały (5 - 100 ppm/K). Związek od napięcia wynosi ok. 1 ppmN, niski stopień szumów oraz dobra stabilność długotrwała. Wytrzymałość na przeciążenia impulsowe mimo to jest mały, niższa niż dla rezystorów warstwowych węglowych. W związku z tym musimy być rozważni wymieniając rezystor węglowy na metalowy w zastosowaniach impulsowych.

Rezystory grubowarstwowe określane są niejednokrotnie mianem rezystorami "metalglaze", czy cermetowymi. Powłoka zewnętrzną złożona jest z mieszanki tlenków metali i szkła, bądź ceramiki, i jest nakładana metodą sitodrukową na korpus ceramiczny. Takie oporniki posiadają dobre własności przy wysokich częstotliwościach i małych rezystancjach. Pojemność własna równa się ok. 0,1-0,3 pF. Związek rezystancji od napięcia wynosi poniżej 30 ppmN. Stabilność długotrwała jest bardzo dobra. Oporniki, które znoszą przeciążenia impulsowe, są niezawodne oraz znoszą duże temperatury. Poziom szumów jest porównywalny z rezystorami warstwowymi węglowymi. Oporniki do montażu powierzchniowego są często tworzone jako grubowarstwowe.

Rezystory cienkowarstwowe posiadają cienka warstwę metalu, często wykorzystuje się do tego pierwiastki takie jak nikiel i chrom, który naparowuje się na korpus wykonany ze szkła, ceramiki. Oporniki są trawione i dopasowywane za pomocą lasera by otrzymać właściwą rezystancje. Cechy dla dużych częstotliwości przeważnie nie są dobre. Współczynnik temperaturowy rezystancji jest doskonały, można go otrzymać nawet poniżej 1 ppm/K. Współczynnik napięcia leży poniżej 0,05 ppm/V. Stabilność długotrwała jest niezmiernie dobra. Szumy są bardzo małe jeżeli bierzemy pod uwagę wszystkie rodzaje rezystorów warstwowych powierzchniowych. Moc oraz odporność na impulsy jest niska. Wysoka stabilność sprawia, iż oporniki tego typu wielokrotnie używane są w układach precyzyjnych jako np, bardzo dokładne dzielniki napięcia.

Rezystory zbudowane z tlenków metali posiadają warstwę zewnętrzną np, z tlenku cyny, z którego buduje się spirale. Własności dla dużych częstotliwości są umiarkowane, ze względu na pojemność własną ok, 0,4 pF. Współczynnik temperaturowy równa się ok. +/- 200 ppm/K, powiązanie od napięcia jest mniejsze niż 10 ppm/V, natomiast poziom szumów jest mały. Wytrzymują one impulsy, akceptują duże temperatury, co powoduje, że są one bardzo dobrą alternatywa dla oporników drutowych o ogromnej mocy, przede wszystkim tych o dużych rezystancjach.

Matryce rezystorowe (inaczej mówiąc drabinki) wytwarzane są w wersji grubo- albo cienkowarstwowej. Tworzy się je z ceramicznego korpusu z nadrukowanymi rezystorami i wyprowadzeniami. Są dwa typy matryc rezystorowych do składania przewlekanego: obudowa jednorzędowa SIL (Single In Line) z liczbą wyprowadzeń od 4 do 14 i liczbą rezystorów od 2 do 24, oraz obudowa dwurzędowa DIL (Dual In Line) z liczba wyprowadzeń od 14 do 20 i liczba rezystorów od 7 do 36. Natomiast jeśli chodzi o montaż powierzchniowy to robi się wiele najrozmaitszych rodzajów obudów. Notorycznie wytwarza się szczególne matryce rezystorowe, które wykorzystuje się do szczególnych zastosowań. Wtedy można otrzymać możliwe wewnętrzne połączenia pomiędzy opornikami, inne wartości rezystancji, można także zaopatrzyć matryce w różne części np. w kondensatory, diody.

Walorem matryc rezystorowych jest to, iż zajmują niewiele miejsca na płycie drukowanej, zaletą jest także to, iż da się sprawdzać temperaturę pracy oporników, montaż jest łatwy i nie zajmuj nam dużo czasu. Wpływa to przede wszystkim na niewielką cenę montażu elementów.

Nawijane rezystory drutowe tworzy się z drutu o dużej rezystancji przeważnie nikrotalu (CrNi), kantalu (CrAIFe), lub konstantanu (CuNi), nawiniętego na korpus z ceramiki, szkła lub włókna szklanego. Izolowany jest on plastikiem, silikonem, glazurą, lub są zamknięte w obudowie aluminiowej, by prościej przekazywały ciepło do chłodzącego podłoża. Wytwarzane są one do zastosowań precyzyjnych, gdzie wymagana jest wysoka jakość i stabilność, oraz do zastosowań o ogromnej mocy, gdzie konieczny jest gruby i wytrzymały drut. Własności dla dużych częstotliwości, nie są dobre. Natomiast wysoka indukcyjność (0,1-10mH) oraz pojemność (0,2-10 pF) zależą od liczby zwojów drutu oraz od wymiarów korpusu. Żeby obniżyć indukcyjność można zawijać druty różnymi metodami np, bifilarnie, krzyżowo (uzwojenie Ayrtona Perry), lub sekcyjnie w odmiennych stronach. W rodzajach precyzyjnych współczynnik temperaturowy jest mały (1- 100 ppm/K). Stosunek napięcia równy jest ok. 1 ppm/V. Szum nie jest wyskoki, natomiast stabilność długotrwała jest odpowiednia. Wytrzymałość natomiast na przeciążenia jest mała. Oporniki mocy posiadają współczynnik temperaturowy w przedziale -50 a +1000 ppm/K, zależy to rodzaju drutu. Związek napięciowy oraz szumy są takie same jak w typie precyzyjnym. Stabilność długotrwała mocno zależna jest od temperatury powierzchni opornika (Ths). Montując drutowe oporniki mocy istotne jest by zwracać uwagę na to, żeby temperatura na powierzchni dochodziła do 200 - 400° C. Takie wysokie temperatury są w stanie wpływać na otaczające elementy, materiały czy punkty lutownicze.

Termistor NTC(Negative Temperature Coefficient) - nieliniowy rezystor, rezystancja jego mocno zależy od temperatury surowca oporowego. Termistor ma ujemny współczynnik temperaturowy, zatem rezystancja maleje ze wzrostem temperatury. Buduje się je z polikrystalicznych półprzewodników, które stanowią mieszanki związków chromu, manganu, żelaza, kobaltu i niklu. Są wymieszane z plastycznym środkiem wiążącym.

Rezystancja termistora przeobraża się wg poniższego zapisu:

R = A x eB/T

gdzie: A, B - stałe zależące od substancji, T - temperatura. Zapis przedstawia uproszczony wzór, gdyż gdy weźmiemy pod uwagę szeroki zakres temperatur to wartość stałej B zmienia się wraz z temperatura. Gdy chcemy policzyć szacunkową wartość rezystancji (R1) przy danej temperaturze (T1) należy użyć wcześniej zapisany wzór( jeśli znamy rezystancję ( R2) w temperaturze ( T2) oraz wartość stałej B).

R1 = A x eB/T1

R2 = A x eB/T2

Po podzieleniu R1 przez R2 uzyskamy :

R1/R2 = A x eB/T1 / A x eB/T2

Zauważamy, że stała A się nam upraszcza, mnożymy obustronnie przez R2 i uzyskujemy wzór Beta:

R1 = R2 x e(B/T1 - B/T2)

Wzór Beta definiuje relacje w zakresie temperatur, gdzie podawana jest wartość B. B 25/85 oznacza, iż wartość B jest należyta dla zakresu temperatur od 25 do 85° C.

Stała mocy (D) jest wielkością mocy wyrażaną w W (lub mW) , konieczna jest ona do podwyższenia temperatury rezystora o 1 K powyżej temperatury otoczenia.

Stała czasowa t - jest to czas, który termistor NTC domaga się do uzyskania 63,2% (1 - e-1) tej nowej wartości rezystancji zmieniając temperaturę. Wzrost temperatury nie może być rezultatem z przepływającego prądu. Jest ona miarą szybkości reakcji , zależy to m.in. od masy oporowej.

Termistory NTC używa się m.in. domierzenia i regulacji temperatury, kompensacji temperaturowej, opóźnienia czasowego oraz obniżenia prądów rozruchu.

Termistor PTC posiada dodatni współczynnik temperaturowy, czyli rezystancja wzrasta wraz ze wzrostem temperatury. Wytwarza się je w zbliżony sposób jak termistory NTC, lecz ich podstawą jest BiTiO3, który domieszkuje się z różnymi związkami chemicznymi. Gdy dodamy dużo tlenu w momencie procesu chłodzenia, uzyskamy silnie dodatni współczynnik temperaturowy. Rezystancja nieznacznie maleje przy małych temperaturach, natomiast gdy przekroczymy punktu Curie materiału (Tc) bardzo wzrasta.

Temperatura przemiany (T sw) - czyli temperatura, której wartość rezystancji równa się dwukrotnej wartości rezystancji minimalnej. Termistory PTC wytwarza się z temperaturą Tsw między 25 i 160o C (aż do 270o C jeśli wykorzystuje się je jako elementy grzewcze).

Czas przemiany (tsw) - czas, jaki jest potrzebny termistorowi PTC, by uzyskał temperaturę Tsw w wyniku przepływu prądu przy stałym napięciu. W chwili tej prąd maleje do polowy. Czas przemiany można wyliczyć z niżej podanego wzoru:

tsw = h x v x (T sw - T amb) / ( It2 x R25 - D x (Tsw - Tamb))

gdzie Tsw - temperatura przemiany,

h -charakterystyczna stała ceramiki (2,5-10-3),

v - objętość ceramiki wyrażona w mm3,

T amb - temperatura otoczenia,

D - stała mocy podawana w W/K

It - prąd wyrażony w A

Współczynnik temperaturowy oznacza maksymalny współczynnik temperaturowy termistora PTC w tej części charakterystyki, gdzie jest ona najbardziej stroma.

Istotne jest to, żeby nie przekraczać maksymalnego napięcia. Spowodować to może przebicie i termistor ulegnie zniszczeniu. Nie wolno również szeregowo łączyć kilku termistorów PTC, by uzyskać wyższą wytrzymałość napięciową. Duży spadek napięcia pojawi się na jednym termistorze i on właśnie wtedy ulegnie zniszczeniu.

Termistory PTC wykorzystywane są jako zabezpieczenia przeciwko zbyt dużemu prądowi np. w silnikach elektrycznych, samoregulujących się elementach grzewczych, do obwodu rozmagnesowania w telewizorach kolorowych, obwodach opóźniających oraz do wskazywania temperatury.

Warystor lub VDR (Voltage Dependent Resistor) - rezystor, którego wartość rezystancji maleje silnie wraz ze wzrostem napięcia. Warystory tworzy się w dzisiejszych czasach z granulowanego tlenku cynku, domieszkowanego innymi pierwiastkami takimi jak Bi, Mn, Sb, itd., wytworzonego w pastylkę. Przestrzeń kilku styków ziaren działają jak złącza półprzewodnikowe o spadku napięcia ok. 3 V przy 1 mA i wytwarzają długie łańcuchy. Totalny spadek napięcia jest uzależniony od rozmiaru ziarna i grubości warystora. Dziej się tak aż do napięcia charakterystycznego (napięcia warystora). Wtedy prąd jest mniejszy lub równy 1 mA, warystor będzie posiadał wtedy wysoką rezystancje. Gdy przekroczymy napięcie progowe warystora, przepływający prąd rośnie w sposób logarytmiczny, tzn. wartość jego rezystancji maleje. Warystorowi uda się przejść ze swojego stanu wysokoomowego do niskoomowego w zanim upłynienie 20 ns. Średnica warystora ma wpływ na moc oraz czas życia. Konstrukcja ziarnista sprawia, iż warystor ma pojemność własną rzędu 50-20 000 pF. Zależy to od napięcia oraz wielkości.

Z nieliniowości da się skorzystać przy zabezpieczeniach przed krótkimi przepięciami, pojawiającymi się np. w czasie burz, lub przełączania obciążeń o charakterze indukcyjnym. Warystory znalazły zastosowanie w prądzie stałym, ale także i w i zmiennym. Duże przepięcie zmniejsza rezystancje warystora do 0,1 - 50 W w zależności od wartości szczytowej piku napięciowego, średnicy warystora oraz napięcia.

Warystory instaluje się w instalacjach zasilających 230 V~Sl miedzy faza i zerem lub ziemią, w celu zagłuszania przychodzących pików napięciowych, a także przy pomiarach w układach zasilających pomiędzy + i -, pomiędzy przewodem i ziemią w układach sygnalizacyjnych, na styku przerywającym obwód cewki by utrzeć się iskrzenia, na triaku aby zminimalizować zakłócenia radiowe, itd.

Fotorezystor, nazywany także LDR ( Light Dependent Resistor). Z nazwy wywnioskować można, że oporność jego zmienia się w zależności od ilości uderzającego na nią światła. Silniejsze światło powoduje spadek rezystancji.

Fotorezystor wytwarzany jest na ogół z dwóch rożnych materiałów. Siarczek kadmu (CdS) jest czuły mniej więcej na to samo widmo światła co oko człowieka. Wrażliwość selenku kadmu (CdSe) jest przestawiona w stronę podczerwieni, CdS posiada największą wrażliwość przy 515 nm, a CdSe przy 730 nm. W momencie wymieszania tych dwóch materiałów, uzyskać możemy kilka charakterystyk - z maksymalną wrażliwością między 515 a 730 nm.

Gdy jest ciemno siarczek kadmu i selenek kadmu nie dysponują w żaden sposób (albo niewiele) wolnych elektronów dzięki czemu wartość rezystancji jest bardzo wysoka. Energia napływająca w formie światła sprawia, że uwolnienie elektronów walencyjnych i przeniesienie ich do pasma przewodnictwa. Wartość rezystancji wtedy będzie bardzo niska.

Wielkość deformacji rezystancji zależy, nie tylko od zawartości materiału, ale także od rodzaju biegu produkcyjnego, powierzchni i odległości pomiędzy elektrodami, ale także od powierzchni, która jest oświetlana. Fotorezystor ma stosunkowo ogromną zależność temperaturową: 0,1 do 2%/K.

Czas odpowiedzi ulega zmianie od 1 ms do kilku sekund, zależy to od natężenia światła, ale także od czasu oświetlenia i czasu pozostawania bez oświetlenia. Wariant CdSe jest znacznie szybszy niż CdS. Obydwa mają jakiś "efekt pamięciowy" - po długotrwałym statycznym oświetleniu wartość rezystancji ulegnie przesunięciu na jakiś czas. Wariant CdSe ma silniejszy efekt pamięciowy niż wariant CdS

Rezystory

Prawo Ohma mówi, że prąd płynący w obwodzie zależny jest wprost proporcjonalny do już przyłożonego napięcia, natomiast odwrotnie proporcjonalny względem rezystancji, inaczej oporu. Opisują to wzory:

I = U / R

R = U / I

U = I • R

Ku czci Ohma jego imieniem została nazwana jednostka rezystancji "om". Tak więc konkretny element posiada opór jednego "oma", jeżeli napięcie jednego wolta rodzi w nim obieg prądu o wartości równej jednemu amperowi.

Najważniejsze parametry rezystorów to są:

• Rezystancja:

- znamionowa - ta rezystancja jest określona przez wytwórcę i zawsze podawana na oznaczeniu rezystora; rzeczywista - precyzyjna rezystancja, którą posiada rezystor.

R E K L A M A	czytaj dalej ↓

Jednostki rezystancji znamionowej są ustalone i stanowią ciągi liczb zwane szeregami o oznaczeniach: E6; E12; E24 itp. Indeksy 6, 12 i 24 określają liczbę wartości rezystancji, które są zawarte w dekadzie, np.: 10 - 100 Ω. Do każdego szeregu jest przypisana tolerancja, umożliwiająca pełne pokrycie zakresu potencjalnych rezystancji tzn. możemy wybrać każdą wartość rezystancji używając większą ilość różnych rezystorów z pewnego szeregu. Tolerancji wynoszącej 20% przypisany jest szereg E6, a 10% - szereg E12, natomiast 5% - szereg E24. Jakikolwiek wyższy szereg obejmuje wartość z niższego szeregu.

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.

Wyższe szeregi to: 0.5%, 1%, 2%, służące oznaczeniu precyzyjnych rezystorów. Należy nadmienić, że jest ograniczony zakres ewentualnych rezystancji, uzależniony od typu rezystora, a także mocy znamionowej, wyznaczany przez producenta. Przykładowo popularne węglowe rezystory (o mocy wynoszącej 0.25 W) dysponują możliwymi wielkościami rezystancji w przedziale: 9.1 Ω - 1.5 MΩ, natomiast o mocy 0.5 W - w przedziale: 10 Ω- 4..7MΩ.

• Tolerancja - klasa dokładności - jako że na skutek rozrzutów produkcyjnych, rezystory nie dysponują rezystancją dokładnie zgodną ze znamionową rezystancją, podaje się największe dopuszczalne odchylenia. Tolerancje są wyrażane w procentach znamionowej wartości.

• Moc znamionowa - to maksymalna dozwolona moc wyzwalana na rezystorze przy ciągłej pracy w temperaturze otoczenia mniejszej od 70°C, a dla niektórych rodzajów 40°C.Wartość mocy znamionowej jest także znormalizowana. Odpowiedni szereg ma następujące wartości: 0.125; 0.25; 0.5; 1; 2 W itp. Moc wydzielana na rezystorze, może być obliczona po zmierzeniu napięcia powstałego na jego zaciskach albo przepływającego prądu, wykorzystując wzór 2:

Wzór 2a: P = U²/R Wzór 2b: P = I² • R

• Napięcie graniczne - największe stałe napięcie lub amplituda zmiennego napięcia, jakie można dołączyć do rezystora w ciągły sposób.

• Rezystancja krytyczna - to rezystancja, w której otrzymujemy moc znamionową dla napięcia granicznego. Rezystory mające rezystancję znamionową większą od krytycznej można obciążać mocą zmniejszającą się wraz ze wzrostem ich rezystancji znamionowej.

• Napięcie szumów - podczas pracy rezystora następują w nim przypadkowe i szybkie zmiany rezystancji, powodujące powstawanie na jego końcach napięcia szumów, które jest proporcjonalne do napięcia prowadzącego do rezystora. To napięcie szumów wywołane jest jednym woltem napięcia doprowadzanego parametrem rezystora opisującym jego szumowe właściwości.

• Współczynnik temperaturowy rezystancji - oznaczony jest w krajowych źródłach jako TWR, albo z angielskiego jako TCR i określa zmiany rezystancji na skutek działania temperatury. Im mniejsza jest wartość TCR, to bardziej stabilny jest rezystor. Jednostka TCR jest podawana w: %/K albo ppm/K, przy czym 1% jest równy 104 ppm.

Z budowy fizycznej rezystora wynikają jego szczątkowe parametry, czyli pojemność i indukcyjność. Największą indukcyjność mają rezystory drutowe, zaś najmniejszą warstwowe i objętościowe. Po uwzględnieniu szczątkowych parametrów możemy sporządzić schemat zastępczy rezystora, który pokazany jest na rys. 1.

Niestabilność współczynników rezystora zależnie od warunków środowiska.

Jeden z najważniejszych czynników warunkujących utrzymanie parametrów rezystora to temperatura. Poza rezystancją zmieniają się również inne parametry. Dozwolone obciążenie rezystorów jest trwałe do określonej temperatury - zazwyczaj około 60˚C, po przekroczeniu której następuje jego obniżenie (ze 100 do 0%) na długości około 40˚C. Na współczynniki wpływają także inne czynniki zewnętrzne podane w tabelce:

Tabela 1. Zmiany rezystancji rezystora węglowego w zależności od czynników zewnętrznych.

Czynnik	Zmiana rezystancji	Na stałe?
	R = 1k	R = 10 M.
Lutowanie (350˚C w odległości 3 mm)	± 2%	± 2%
Cykliczne obciążanie (500-krotne włączanie i wyłączanie napięcia w ciągu 1000 godzin)	± 4 - 6%	± 4 - 6%
Wibracje (20 g) i wstrząsy (100 g)	± 2%	± 2%
Wilgotność (wilgotność względna 95% w temp. 40˚C)	+ 6%	+ 10%
Współczynnik napięciowy (zmiana o 10 V)	-0,15%	-0,3%
Temperatura (25˚C do -15˚C)	+2,5%	+4,5%
Temperatura (25˚C do 85˚C)	+3,3%	+5,9%

Rysunek 2. Połączenia rezystorów: a) szeregowe; b) równoległe.

Połączenia rezystorów. Rozróżniamy następujące typy połączeń: szeregowe i równoległe oraz mieszane. Połączenie szeregowe polega na połączeniu dwóch lub więcej oporników w kolejności - - rysunek 2a. Rezystancja w takim przypadku, czyli opór będą się sumowały - wzór 3a. Równoległe połączenie zaś polega (jak wskazuje sama nazwa) na równoległym złączeniu oporników -rysunek 2b. Odwrotność oporu jest równy wtedy sumie odwrotności wszystkich wartości rezystancji pojedynczych oporników - wzór 3b. Istotą połączenia mieszanego jest przemieszanie połączeń równoległego i szeregowego. Jedyną zasadą przy obliczaniu zastępczego oporu jest zaczynanie od najbardziej oddalonej gałęzi od źródła zasilającego.Rysunek 2. Połączenia rezystorów: a) szeregowe; b) równoległe.

Wzór 3a: R = R1 + R2 + ... +R_N Wzór 3b: 1/R = 1/R₁ +1/R₂ + … +1/R_N

Dzielniki napięcia:

Sytuacja, iż w połączeniu szeregowym rezystorów całkowite napięcie rozkłada się na pojedyncze rezystory została wykorzystana w dzielnikach napięcia. Służą one do regulacji, tzn. zmiany napięcia. Wspomniane dzielniki napiec są tworzone:

- przy użyciu stałych rezystorów,

- przy użyciu potencjometrów.

Oznaczanie rezystorów.

Przy oznaczaniu rezystorów wyróżniamy trzy kody: cyfrowo-literowy, cyfrowy oraz barwny - paskowy.

Kod cyfrowy sprowadza się do zapisywania wartości tolerancji, rezystancji, temperaturowego współczynnika rezystancji itd. przy pomocy cyfr (np.: 1 kΩ = 1000 Ω, 470k 0,5% 10%/K, 1,2 MΩ 20%). W praktyce symbol Ω jest pomijany przy zapisie wartości przewyższających 1000 Ω, toteż 1 kΩ można zapisać jako 1 k.

Natomiast kod cyfrowo-literowy sprowadza się do zastąpienia niektórych wartości odpowiednimi literami - tabela 2a; b; c. W przypadku zapisu MIL mnożnik wartości rezystancji to ostatnia cyfra.

Ostatni z kodów - kod barwny jest trochę bardziej skomplikowany. Istnieje wtedy na oporniku 3 - 6 pasków. Przy oznaczeniu trójpasmowym (rysunek 2a) pierwsze dwa paski to pierwsze dwie cyfry określające wartość rezystancji, a trzeci pasek to mnożnik, tzn. wartość, przez którą należy przemnożyć pierwsze dwie cyfry. W przypadku kodu cztero-paskowego (rysunek 3b) pierwsze dwa paski informują o pierwszych dwóch cyfrach określających wartość rezystancji, a trzeci pasek jest mnożnikiem, natomiast

Rysunek 3. Oznaczenie barwne: a) kod 3-paskowy, b) kod 4-paskowy, c) kod 5-paskowy, d) kod 6-paskowy

czwarty to tolerancja. W Kodzie 5-paskowym (rysunek 3c) pierwsze trzy paski oznaczają pierwsze trzy cyfry wartości rezystancji, a czwarty pasek jest mnożnikiem, natomiast piąty tolerancją. W przypadku kodu 6-paskowego (rysunek 3d) pierwsze trzy paski to pierwsze trzy cyfry wartości rezystancji, mnożnik oznaczany jest przez czwarty pasek, piąty oznacza tolerancje, natomiast szósty to współczynnik temperaturowy.

Określony kolor ma wartości ustalone międzynarodowo, które przedstawiono w tabelce nr 3.

Tabela 2. Kody cyfrowo-literowe. a) wartości rezystancji, b) tolerancji, c) współczynnika temperaturowego

a) b) c)

Wartość rezystancji	Według IEC	Według MIL
0,22 Ω	R22	-
3,9 Ω	3R9	3R9
75 Ω	75R	750
910 Ω	910R, K91	911
1,8 kΩ	1K8	182
62 kΩ	62K	623
470 kΩ	470K, M47	474
5,6 MΩ	5M6	565
36 MΩ	36M	366
1,54 kΩ	1K54	1541
43,2 kΩ	43K2	4322
931 kΩ	931K	9313
1,24 MΩ	1M24	1244
Kod	Tolerancja
N	30%
M.	20%
K	10%
J	5%
G	2%
F	1%
D	0,5%
C	0,25%
B	0,1%
W	0,05%
P	0,002%
L	0,001%
E	0,0005%
Kod	Współczynnik temperaturowy
T0	100 ppm/K
T2	50 ppm/K
T9	25 ppm/K
T10	15 ppm/K
T13	10 ppm/K
T16	5 ppm/K
T18	1 ppm/K

Tabela 3. Kody barwne rezystorów

Kolor	Cyfry znaczące	Mnożnik	Tolerancja	Współczynnik temperaturowy [ppm/K]
Srebrny	-	0,01	10%	-
Złoty	-	0,1	5%	-
Czarny	0	1	-	250
Brązowy	1	10	1%	100
Czerwony	2	100	2%	50
Pomarańczowy	3	1 000	15%	-
Żółty	4	10 000	-	25
Zielony	5	100 000	0,5%	20
Niebieski	6	1 000 000	1,25%	10
Fioletowy	7	10^7	0,1%	5
Szary	8	10^8	-	1
Biały	9	10^9	-	-
Brak paska	-	-	20%	-

Tabela 4. Oznaczenia literowe według budowy

Typ rezystora	Oznaczenia
Warstwowe metalowe	MŁT
Warstwowe metalowe precyzyjne lakierowane	AF, AT, AFL
Warstwowe metalowe o dużej stabilności	ML
Cermetowe grubowarstwowe o dużej rezystancji	RCW
Warstwowe węglowe stałe	OSW, OWZ
Objętościowe stałe	TWO
Drutowe stałe lakierowane	RDL210

Wykonanie i budowa rezystorów.

Obecnie są produkowane rezystory o wartościach w granicach: 0,01 Ω - 1012 Ω (1 TΩ) i mocy znamionowej między 1/8 a 250 W oraz dokładności między 0,005% a ±20%. Bardzo duże ilości oraz powszechność stosowanych rezystorów są czynnikami wymuszającymi zmniejszenie kosztów produkcji tych rezystorów. Powstały w ten sposób technologie wykonania rezystorów objętościowych i warstwowych. Następnym krokiem są technologie cienko i grubo warstwowych wykorzystywanych w budowie układów scalonych.

Rysunek 4. Opornik

Rezystory z racji na ich działanie możemy podzielić na:

- stałe;

- potencjometry;

- fotorezystory;

- termistory;

- warystory.

• Rezystory stałe

W tym środowisku ze względu na metodę wykonania możemy wyodrębnić takie oto rezystory:

- warstwowe;

- objętościowe;

- drutowe.

Przyjęty międzynarodowy symbol jest wykorzystany w schematach opornika (stałego) - patrz rys. nr 4

• Rezystor drutowy.

Składa się z następujących części, kształtki ceramicznej, która występuje najczęściej w postaci walca, która ma nawinięty drut oporowy. Na obydwu końcach kształtki umieszczone są zaciski podtrzymujące nawinięty drut oraz służące jako wyprowadzenia z rezystora. Rezystory takie, które przewidziane są do pracy w bardzo wysokiej temperaturze, są powlekane odpornymi na reakcję temperatury lakierami. Ich charakterystyczną cechą są duże moce znamionowe, a także niski współczynnik temperaturowy oraz małe walory rezystancji, wielkimi rozmiarami jak również dużą indukcyjnością (ogranicza ona ich zastosowanie w układach o małej częstotliwości).

• Rezystory warstwowe są wykonywane poprzez napylenie na rurce bądź wałku ceramicznym powierzchni rezystywnej, która jest stopem metalowym, zwie się je rezystorami metalizowanymi albo węgla czyli rezystory węglowe. Aby uzyskać żądaną rezystancję, należy warstwę rezystywną naciąć śrubowo z właściwym skokiem, tworzy się wówczas jakby taśma oporowa, która jest nawinięta na walcu. Do końców walca są przymocowywane końcówki pozwalające wlutowanie rezystora w dany układ. Na kadłub rezystora razem z fragmentem końcówek nakłada się warstwę lakieru albo pokrywa się powierzchnia izolacyjną, która chroni ścieżkę rezystywną przed faktorami działającymi z zewnątrz.

Rezystory warstwowe mają duże zastosowanie w układach, które pracują w fali częstotliwości nawet do kilkuset megaherców, ale na wzgląd delikatnej ścieżki rezystywnej oraz słabe odprowadzanie ciepła posiadają małe moce nominalne.

• Rezystory objętościowe są kształtkami z rezystywnej masy która zatapiana jest w końcówkach. Gatunek masy rezystywnej oraz jej objętość odgrywają decydującą rolę o wartości podanej rezystancji. Rezystory takie charakteryzują się znacznymi mocami nominalnymi, lecz dość dużymi wartościami współczynnika szumów.

Rezystor warstwowy wykonany jest w formie tak zwanego meandru naniesionego na podłożu izolacyjnym. W takim przypadku układów grubowarstwowych, omawiane rezystory nanosi się metodą sitodruku czyli pasta rezystancyjna, natomiast w układach cienkowarstwowych sposobem napylania próżniowego. Przy końcach meandra umieszczone są powierzchnie przewodzące, które służą do załączenia wyprowadzeń. Technika powyższa jest wykorzystywana przy konstruowaniu drabinek rezystorowych to znaczy paru rezystorów połączonych ze sobą jednym wyprowadzeniem. takie drabinki rezystorowe mają zastosowanie powszechnie w technologii mikroprocesorowej.

Obecnie powszechne zastosowanie znalazły szczególnie rezystory przewidziane do budowy powierzchniowej (SMD). A mianowicie są to rezystory warstwowe, tak zwane płaskie. Końcowe powierzchnie metalizowane takich rezystorów są stosowane do bezpośredniego lutowania ich na płytkę drukowaną. Powierzchnia rezystancyjna pokrywana jest powłoką ochronną.

Rysunek 6. Wymiary rezystorów i ich moce

Rysunek 7. 1) potencjometr z trzema nóżkami, 2) potencjometr z dwoma nóżkami.

• Potencjometry czyli rezystory nastawne - patrz rys. 7, ze względu na ich przeznaczenie dzielimy je na:

- regulacyjne, służą one do regulacji parametrów mechanizmu podczas jego pracy,

- dostrojenia nazywane inaczej montażowymi lub nastawczymi. Służą one do ustalania określonych sposobów pracy układu momencie jego uruchamiania, a także strojenia czy naprawy.

Pod względem regulowania dzielimy je na:

• obrotowe - regulacja wałkiem czy też wkrętakiem,

• suwakowe - regulacja przesuwem suwaka względem linii prostej, może on być regulowany ręcznie czy też za pośrednictwem śruby zwane potencjometry paskowe i wieloobrotowe.

Pod względem sposobu wykonania warstwy, która przewodzi rozróżniamy następujące potencjometry:

• węglowe - węglowa droga rezystywna nałożona jest na płytkę, wykonaną z tworzywa izolacyjnego,

• cermetowe - ścieżka cermetowa nakładana na płytkę ceramiczną,

• drutowe - zrobione z drutu oporowego, który jest nawinięty na izolacyjny kadłub.

Ścieżka rezystywna jest złączana z wyprowadzeniami, a najczęściej są to nity. W stosunku od rodzaju wyprowadzeń dzieli się potencjometry, które stosowane są do druku oraz takie, które montuje się konwencjonalnie.

Parametry:

• napięcie trzasków - określana jako wartość szczytowa napięcia (zmiennego), które jest wywołane zmianami rezystancji na styku ślizgacza potencjometru wraz z ścieżką rezystywną. Takie napięcie jest podawane tytułem określonego napięcia stałego przy wyprowadzeniach końcowych, które maja najczęściej 20 [V] bądź 1 [V], dopuszczalny prąd oraz napięcie przełącznika.

• dane techniczne - rezystancja nominalna potencjometrów zawierana jest w przedziale od stu do 2200 [Ω]. Moc znamionowa mieści się w granicach 0,05 <P< 2 [W] i zależy od wielkości, a także konstrukcji. Napięcie maksymalne wynosi 100<U<500 [V]. Wyższe napięcia maksymalne zawierają potencjometry liniowe. Współczynnik rezystancji temperaturowy to parametr uważany za bardzo istotny w potencjometrach nastawczych. Zawiera się on w przedziale {±0,05%/K} do {±0,2%/K},

• charakterystyka - to zamiana rezystancji potencjometru w odniesieniu do kąta obrotu i stosuje się następujące charakterystyki: A; B; C; U oraz M N. Odpowiednie zależności przedstawione są na wykresie 1:

  • A - charakterystyka liniowa czyli potencjometry, które są stosowane do płynnej modyfikacji napięcia,

  • B - charakterystyka wykładnicza, czyli potencjometry, które wykorzystywane są do regulacji nasilenia głosu,

  • C - charakterystyka logarytmiczna, czyli odwrotna do wykładniczej,

  • U - charakterystyka diodowa, czyli potencjometry z zastosowaniem do kierowania diod pojemnościowych,

  • M N - charakterystyka balansowa, czyli potencjometry wykorzystywane podczas regulacji balansu.

Rysunek 8. Fotorezystor

• Fotorezystory. Wartość i poziom jego rezystancji zależy przede wszystkim od ilości światła, które do niego dochodzi. Istnieją też fotorezystory, w jakich to razem ze wzrostem światła, rośnie ich rezystancja a także takie, w jakich wraz ze zwiększeniem się ilości światła, rezystancja spada. One oświetlane są zazwyczaj światłem zewnętrznym, czy także światłem tak zwanej diody świecącej.

.

Rysunek 9. Termistor

• Termistory. Wartość rezystancji termistorów uzależnione są od temperatury jaka jest w otoczeniu. Używane są one przede wszystkim w układach temperaturowych stabilizacji podpunktów pracy, oraz układach regulacji jak również pomiaru temperatury. Pośród termistorów rozróżniamy ich 3 typy:

1. NCT (z angielskiego "negative temperature coefficient'), posiadającej rezystancję malejącą ze zwiększeniem stopnia temperatury;

2. PTC (angielska nazwa to: " positive temperature coefficient"), mający rezystancję rosnącą wraz z temperaturą;

3. CTR (z angielskiego, "critical temperature resistor"), których to rezystancja wykazuje raptowny skok w konkretnym zakresie temperatury.

Te termistory mogą się podgrzewać ciepłem pochodzącym z otoczenia, bądź specjalnym grzejnikiem czy też przepływającym przez termistory prądem. Wykonywane są one ze spiekanych proszków, a z nich formuje się:

- wałeczki,

- dyski,

- kulki.

• Parametry. Termistor opisuje się następującymi parametrami:

  • rezystancja znamionowa (określana ona jest dla temperatury 25°C);

  • tolerancja rezystancji znamionowej;

  • temperaturowy współczynnik rezystancji;

  • dopuszczalny zakres temp. otoczenia.

• Warystory. Rezystancja warystora zależy przede wszystkim od napięcia jakie jest przyłączone na jego końcach. Używane są one do stabilizacji oraz ograniczenia napięć. Takie warystory posiadają symetryczną charakterystykę, nazywa się ona: prądowo-napięciowa. Charakterystyka ta posiada załamanie przy konkretnym napięciu, oznacza to raptowne zmalenie rezystancji. Możemy opisać to równaniem:

U = CIβOznaczenia:

- U - napięcie znajdujące się na warystorze,

- I - prąd warystora,

- C to stała, która jest równa liczbowo: spadkowi napięcia znajdującego się na warystorze, przy prądzie 1 A,

- β jest to współczynnik nieliniowości.

Parametrami charakteryzujące warystory to:

• napięcie charakterystyczne, czyli jest napięcie przy danym prądzie, w określonym zakresie ograniczenia, nazywanym: prądem odniesienia,

• współczynnik β,

• moc znamionowa.

Oznaczenia: Warystory oznaczane są kodem, który to zawiera dwie litery oraz liczby.

• WW - są oznaczeniem dla warystora walcowego;

• WD - oznaczają warystor dyskowy.

• Pierwsza z liczb jest oznaczeniem wartości napięcia charakterystycznego.

• Druga, która jest oddzielona znakiem łamania "/", oznacza wartość: prądu odniesienia, w mA.

Po nich, znowu występują dwie, kolejne liczby, które są oddzielone kreską, oznaczają one wartość współczynnika "β" oraz moc znamionową.

Przykładowo: warystor oznaczony: WW-560/10-0, 22-0,8, to jest warystor walcowy, o napięciu charakterystycznym: 560 V, przy prądzie odniesienia równym 10 mA. Współczynnik tego warystora β wynosi: 0,22, natomiast moc znamionowa: 0,8 W.

Warystory walcowe, które są opisywane na korpusie także mogą być oznaczone kodem, tak zwanym: barwnym (ale innym niż jest dla rezystorów), w postaci kropek czy też pasków. I warystory walcowe oznacza się dwoma paskami, z czego:

• jeden oznacza: tolerancję napięcia charakterystycznego;

• drugi natomiast pozostałe parametry.

• Jeśli paska tolerancji nie ma oznacza tolerancję: ±20%;

• pasek srebrny: - ±10%;

• biały tolerancję: -20%.

Natomiast warystory dyskowe oznacza się czterema paskami, ale czwarty jest oznaczeniem dla tolerancji w sposób, który jest opisany powyżej.