металлопленочный или углеродистый в чем разница
Что необходимо знать о резисторах?
Резистор: кусочек материала, сопротивляющийся прохождению электрического тока. К обоим концам присоединены клеммы. И всё. Что может быть проще?
Оказывается, что это совсем не просто. Температура, ёмкость, индуктивность и другие параметры играют роль в превращении резистора в довольно сложный компонент. И использовать его в схемах можно по-разному, но мы сконцентрируемся на разных видах резисторов фиксированного номинала, на том, как их делают и как они могут пригодиться в разных случаях.
Начнём с самого простого и старого.
Углеродные композиционные резисторы
Углеродный композит в проигрывателе
Их часто называют «старыми» резисторами. Они широко применялись в 1960-х, но с появлением других типов резисторов и благодаря достаточно большой себестоимости, их использование сейчас ограничено. Они состоят из смеси керамического порошка с углеродом, связанных при помощи смолы. Углерод хорошо проводит ток, и чем больше его в смеси, тем меньше сопротивление. Провода присоединяются с концов. Они покрываются краской или пластиком, служащими изоляцией, а сопротивление и допуск обозначаются цветными полосками.
Сопротивление таких резисторов можно перманентно изменить, подвергнув их высокой влажности, высокому напряжению или перегреву. Допуск составляет 5% или более. Это просто твёрдый цилиндр с хорошими высокочастотными характеристиками. Также они хорошо переносят перегрев, несмотря на свой малый размер, и всё ещё используются в блоках питания и сварочных контроллерах.
Однако их возраст не остановил меня от использования мешка таких резисторов, купленных мною в комиссионке с целью изготовления различных сопротивлений, которые были нужны мне для моего проекта муз. проигрывателя 555. На фото как раз моя поделка.
Углеродно-плёночные резисторы
Производятся нанесением слоя чистого углерода на керамический цилиндр и последующего удаления углерода с целью формирования спирали. Итог покрывается кремнием. Толщина слоя и ширина оставшегося углерода управляют сопротивлением, а допуск таких резисторов бывает от 2%, лучше, чем у предыдущих. Благодаря чистому углероду сопротивление меньше меняется с температурой.
Температурный коэффициент сопротивления углеродно-плёночных резисторов составляет от 200 до 500 ppm/C – миллионных долей на градус Цельсия. 200 ppm/C значит, что с каждым градусом сопротивление не изменится больше, чем на 200 Ом на каждый МОм общего сопротивления. В процентах это можно выразить как 0,02%/C. Если температура изменится на 80 С, при показателе 200 ppm/C сопротивление резистора поменяется на 1,6%, или на 16 кОм.
Такие резисторы выпускаются номиналом от 1 Ом до 10 кОм, мощностью от 1/16 Вт до 5 Вт и выдерживают напряжения в несколько киловольт. Обычно используются в высоковольтных блоках питания, рентгеновских аппаратах, лазерах и радарах.
Металлическая плёнка
Металлическая плёнка делается схожим с углеродной образом, путём размещения металлического слоя (часто это никель хром) на керамике, с последующим вырезанием спирали. Согласно документации от производителя Vishay, после присоединения клемм спираль раньше обрабатывали шлифовкой, но сейчас для этого используют лазеры. Результат покрывается лаком и помечается цветовой кодировкой или текстом.
Сопротивление резисторов из металлической плёнки меняется меньше, чем у углеродно-плёночных. ТКС находится в районе 50-100 ppm/C. 50 ppm/C аналогичны 0,005%/C. Использовав аналогичный приведённому выше пример с резистором в 1 МОм, изменение температуры на 80 С приведёт в случае резистора 50 ppm/C к изменению сопротивления на 0,4%, или на 4 кОм.
Допуск у них меньше, порядка 0,1%. Также обладают хорошими шумовыми характеристиками, низкой нелинейностью и хорошей стабильностью по времени, и используются для множества целей.
Плёнка из оксида металла
Случай схож с металлической плёнкой, только обычно используется оксид олова с примесью оксида сурьмы. Ведут себя такие резисторы лучше, чем углеродные или металлические плёнки, если говорить о напряжении, перегрузках, скачках и высоких температурах. Резисторы на углеродной плёнке работают до 200 С, на металлической – до 250-300 С, а резисторы на плёнке из оксида – до 450 С. При этом их стабильность весьма хромает.
Проволочные резисторы
Производятся намоткой провода на пластиковый, керамический или стекловолоконный цилиндр. Поскольку провод можно отрезать довольно точно, номинал их сопротивления можно выбрать с большой точностью с допуском не хуже 0,1%. Чтобы получить резистор с высоким сопротивлением, нужно использовать очень тонкий и длинный провод. Провод можно сделать тоньше для меньшей мощности или толще для большей мощности. Его можно изготавливать из большого числа металлов и сплавов, включая никель хром, медь, серебро, хромистой стали и вольфрама.
Разрабатываются с прицелом на возможность работы при высоких температурах: вольфрамовые выдерживают температуры до 1700 С, серебряные – от 0 до 150 С. ТКС у высокоточных проволочных резисторов составляет порядка 5 ppm/C. У резисторов, предназначенных для высоких мощностей, ТКС выше.
Работают на мощностях от 0,5 Вт до 1000 Вт. Резисторы на несколько сотен Вт могут быть покрыты высокотемпературным кремнием или стекловидной эмалью. Для увеличения теплоотвода могут быть оборудованы алюминиевым кожухом с пластинами, работающими как радиатор.
Виды намотки
Поскольку это практически катушки, у них присутствует индуктивность и ёмкость, из-за чего на высоких частотах они ведут себя плохо. Для уменьшения этих эффектов применяются различные хитрые схемы намотки, например, бифилярная, намотка на плоском носителе, и намотка Аэртона-Перри.
У бифилярной намотки отсутствует индукция, но высокая ёмкость. Намотка на плоском и тонком носителе сближает провода и уменьшает индукцию. Намотка Аэртона-Перри, благодаря тому, что провода идут в разных направлениях и находятся близко друг от друга, уменьшает самоиндукцию и ёмкость, поскольку в местах пересечения напряжение одинаково.
Потенциометры делают на основе проволочных резисторов благодаря их надёжности. Также они используются в прерывателях и предохранителях. Их индукцию можно увеличить и использовать их как датчики тока, измеряя индуктивное сопротивление.
Фольговые резисторы
Используют фольгу толщиной в несколько микрон, обычно из никель хрома с добавлениями, расположенную на керамической подложке. Они наиболее стабильные и точные из всех, даром что существуют с 1960-х. Необходимое сопротивление достигается фототравлением фольги. Не имеют индуктивности, обладают низкой ёмкостью, хорошей стабильностью и быстрой тепловой стабилизацией. Допуск может быть в пределах 0,001%.
ТКС составляет 1 ppm/C. При изменении температуры на 80 С мегаомный резистор поменяет сопротивление всего на 0.008% или 80 Ом. Интересен способ, которым достигается подобная точность. При увеличении температуры увеличивается и сопротивление. Но резистор делается так, что увеличение температуры приводит к сжатию фольги, из-за чего сопротивление падает. Суммарный эффект приводит к тому, что сопротивление почти не меняется.
Хорошо подходят для аудиопроектов с токами высоких частот. Также подходят для проектов, требующих высокую точность, например, электронных весов. Естественно, используются в областях, где ожидаются большие колебания температуры.
Толстоплёночные и тонкоплёночные резисторы
В основном применяются для поверхностного монтажа. Плёнка в толстоплёночных резисторах в 1000 раз толще, чем в тонкоплёночных. Это самые дешёвые резисторы, так как толстая плёнка дешевле.
Тонкооплёночные резисторы изготавливаются ионным напылением никель хрома на изолирующую подложку. Затем применяется фототравление, абразивная или лазерная чистка. Толстоплёночные изготавливаются печатью по трафарету. Плёнка представляет собой смесь связующего вещества, носителя и оксида металла. В конце процесса применяется абразивная или лазерная чистка.
Допуск тонкоплёночных резисторов находится на уровне 0,1%, а ТКС – от 5 до 50 ppm/C. У толстоплёночных допуск бывает 1%, а ТКС — 50 до 200 ppm/C. Тонкоплёночные резисторы меньше шумят.
Тонкоплёночные резисторы применяются там, где требуется высокая точность. Толстоплёночные можно использовать практически везде – в некоторых ПК можно насчитать до 1000 толстоплёночных резисторов поверхностного монтажа.
Существуют и другие виды резисторов постоянного номинала, но в ящичках для резисторов вы, скорее всего, встретите один перечисленных.
Металлопленочный или углеродистый в чем разница
►Углеродистые и бороуглеродистые резисторы
В углеродистых резисторах проводящим слоем является пленка пиролитического углерода. Эти резисторы имеют высокую стабильность параметров, небольшой отрицательный температурный коэффициент сопротивления (ТКС), они стойки к импульсным нагрузкам.
Бороуглеродистые резисторы отличаются тем, что содержат в проводящем слое небольшую добавку бора, что позволяет уменьшить ТКС. Резисторы выпускаются нескольких типов, названия которых расшифровываются следующим образом:
Углеродистые резисторы представляют собой резистор поверхностного типа, проводящий элемент которых представляет собой пленку пиролитического углерода, полученную путем разложения углеводородов в вакууме, например гептан C7H16, или среде инертного газа при высокой температуре (940-1000°С). Конструкция углеродистых резисторов показана на рисунке 6.5.
Рисунок 6.5 – Конструкция углеродистых резисторов
Достоинства углеродистых резисторов определяются свойствами пиролитического углерода:
Предельные номинальные сопротивления ограничены значениями 5-10 МОм. В этом состоит главное ограничение в использовании углеродистых резисторов.
Использование в качестве проводящих элементов бороуглеродистых пленок позволило создать прецизионные резисторы с более низкими значениями ТКС, чем у углеродистых.
►Металлопленочные, металлоокисные и металлодиэлектрические резисторы
В металлопленочных резисторах в качестве резистивного элемента используется тонкая пленка специального сплава или металла, нанесенная на изоляционное основание методом вакуумного испарения или катодного напыления. Величина сопротивления определяется составом сплава и технологией нанесения пленки. Наиболее употребимы: вольфрам (W), хром (Cr), титан (Ti), тантал (Та) и др.
Юстировка высокоомных металлопленочных резисторов осуществляется путем нарезки спирали или создания продольных изолирующих полос. Применяется также лазерная подгонка, полирование.
Для основания металлопленочных резисторов используются различные материалы: керамика, стекла, слоистые пластики, ситаллы, обладающие хорошей адгезией с металлом.
Недостатком является сравнительно малая устойчивость к импульсным нагрузкам вследствие неоднородности проводящей пленки. В местах микронеоднородностей в импульсном режиме возникают локальные перегревы, что может привести к разрушению пленки. Вот их основные типы:
Металлоокисные резисторы по своим свойствам близки к металлопленочным, но их технология более проста. Токопроводящий элемент – жаропрочные окислы металлов SnO2; Sb2O3; ZnO2. Наибольшее применение нашли резисторы на основе двуокиси олова SnO2. Основными типами таких резисторов являются:
К отличительным особенностям металлоокисных резисторов можно отнести:
В металлодиэлектрических резисторах резистивный слой выполняется из сложных композиций, состоящих как из проводящих, так и диэлектрических компонентов.
Используют палладий, радий, окись кадмия, стекло, керамику, полимеры.
Токопроводящий слой композиционных резисторов представляет собой соединение графита или сажи с органической или неорганической связкой. Такие соединения позволяют получить проводящие элементы любой формы в виде массивного тела или пленки, нанесенной на изоляционное основание. Композиционные резисторы обладают высокой надежностью.
К недостаткам композиционных резисторов относятся зависимость сопротивления от приложенного напряжения, заметное старение, относительно высокий уровень собственных шумов, а также зависимость сопротивления от частоты. Резисторы выпускаются следующих типов:
1) композиционные объемные:
2) композиционные пленочные:
Технология производства композиционных резисторов позволяет получать резисторы с величиной сопротивления от долей Ом до нескольких ТОм.
Большой уровень токовых шумов и частотная зависимость являются следствием зернистой структуры композиционных материалов. Поэтому композиционные резисторы не используются в высокочастотной и точной аппаратуре. Выпускаются резисторы с проводящим элементом объемного и пленочного типа. Первые получают путем прессования композиционной смеси, а вторые – нанесением суспензии на изоляционное основание.
У таких резисторов проводящий элемент в виде проволоки на основе высокоомных сплавов (манганин, нихром, константан) наматывается на какой-либо каркас.
Проволочные резисторы способны рассеивать значительные мощности. Резистор, рассчитанный на мощность 50 Вт, является достаточно распространенным, но также можно найти резисторы, рассчитанные на мощности до 1 кВт. Пример такого резистора представлен на рисунке 6.6.
Рисунок 6.6 – Проволочный резистор
Высокоомная проволока или лента навивается на стержень, а затем ее концы привариваются к торцевым колпачкам, к которым впоследствии также привариваются выводы резистора. Резисторы, имеющие небольшую мощность рассеяния (до 20 Вт), затем покрываются керамической глазурью, предотвращающей смещение витков проволоки, а также герметизирующей сам элемент. Резисторы, рассчитанные на большие мощности, могут иметь навинчивающиеся торцевые колпачки и устанавливаться в прессованные алюминиевые экраны, обеспечивающие хороший теплоотвод от резистивного элемента к внешнему теплоотводящему радиатору.
Проволочные резисторы выпускаются следующих типов:
К преимуществам проволочных резисторов можно отнести следующие особенности:
Для микромодульной аппаратуры используются переменные проволочные резисторы типа СП5-1. 15.
Резистивный элемент выполняется из фольги, прикрепленной к изоляционной подложке плоской или цилиндрической формы. Толщина фольги 0,002. 0,1 мм. Материалом фольги служат высокоомные сплавы, такие как манганин, константан, сплав никеля с молибденом и чистый никель. Металлофольговые резисторы сочетают достоинства как проволочных (низкий уровень шумов, высокая точность (до ±0,001%) и стабильность), так и пленочных резисторов (технологичность, широкий частотный диапазон и диапазон номинальных значений (до десятков МОм)).
С изменением температуры возможны внутренние напряжения из-за различных коэффициентов температурного расширения фольги и подложки. При правильном подборе материалов подложки и фольги изменения сопротивлений можно скомпенсировать.
Используются в медицине, точном приборостроении, связи, компьютерной технике, автоэлектронике, для военного и космического применения и т.д.
Тензорезисторы прямоугольного и розеточного типа предназначены для измерения деформации деталей машин, металлоконструкций и т.д. при статических нагрузках, а также в качестве чувствительных элементов силоизмерительных датчиков в условиях макроклиматических районов с умеренным и холодным климатом. Конструкция тензорезисторов приведена на рисунке 6.7. Их размер – не более 8,2 х 10 мм.
Рисунок 6.7 – Конструкции тензорезисторов:
а) типа 2ФКП-5- 200,400; б) типа 2ФКРВ-3-400
►Полупроводниковые нелинейные резисторы
Полупроводниковые нелинейные резисторы – изделия электронной техники, основное свойство которых, в отличие от линейных резисторов, заключается в способности изменять свое сопротивление под действием внешних факторов: температуры, напряжения, магнитного поля и освещения.
Терморезисторы – резисторы с нелинейной ВАХ, отличительной особенностью которых является ярко выраженная зависимость электрического сопротивления от температуры. Существуют терморезисторы как с положительным ТКС (позисторы), так и с отрицательным ТКС (термисторы).
Для термистора характерны: большое значение ТКС (в десятки раз превышающий этот коэффициент у металлов), простота устройства, способность работать в различных климатических условиях при значительных механических нагрузках, стабильность характеристик во времени.
Терморезисторы используются в системах дистанционного и централизованного измерения и регулирования температуры, противопожарной сигнализации, теплового контроля, в схемах температурной компенсации ряда элементов электрических цепей и контуров, для стабилизации режимов транзисторных каскадов, измерения мощности и вакуума, как датчики расхода различных сред тепла, а также в качестве дистанционных бесконтактных переменных резисторов, стабилизаторов напряжения и т.д.
К недостаткам терморезисторов относится инерционность, характеризующаяся постоянной времени τ, а также плохая стабильность.
Большую часть терморезисторов, выпускаемых промышленностью, изготавливают из поликристаллических оксидных полупроводников, в которых преобладает ионная связь. Так, ряд термисторов с очень большим ТКС создан на основе оксидов ванадия V2O4 и V2O3.
В массовом производстве позисторы изготавливают на основе керамики из титаната бария (BaTiO3). Технология изготовления позисторов аналогична технологии изготовления изделий из других керамических материалов.
Основными параметрами терморезисторов являются:
В схемах терморезистор обозначается следующим образом, как показано на рисунке 6.8:
Рисунок 6.8 – Условное изображение терморезистора
Варистор, представленный на рисунке 6.9, является полупроводниковым прибором, изготовленным из порошка карбида кремния (SiC) или окиси цинка (ZnO) методом прессования. У варистора симметричная и нелинейная вольт-амперная характеристика, поэтому он может применяться в цепях постоянного и переменного тока. Варисторы обладают крайне полезным для электрических цепей качеством: они способны резко менять своё сопротивление при превышении напряжением определённого порога срабатывания.
Рисунок 6.9 – Внешний вид варисторов
В случае возникновения импульса напряжения, способного вывести из строя электронное устройство, варистор практически мгновенно изменяет своё сопротивление от сотен МОм до десятков Ом, то есть закорачивает цепь питания, поэтому перед варистором всегда ставится обычный плавкий предохранитель.
Варистор подключается параллельно цепи питания. При отсутствии опасных импульсов напряжения ток, протекающий через варистор, имеет небольшую величину, и варистор представляет собой диэлектрик, абсолютно не влияющий на работу схемы. Если возник импульс перенапряжения, варистор из-за нелинейности характеристики уменьшает своё сопротивление практически до нуля. Нагрузка шунтируется, а поглощённая энергия рассеивается в виде тепла. Варистор не обладает инерцией, поэтому после «срезания» импульса он мгновенно снова приобретает очень большое сопротивление (рисунок 6.10).
Рисунок 6.10 – Защита схемы с помощью варистора:
а) – состояние покоя; б) – режим защиты
Таким образом, включение варистора параллельно электрооборудованию не влияет на его работу в нормальных условиях, но «срезает» импульсы опасного напряжения, что полностью обеспечивает сохранность даже ослабленной изоляции.
►Резисторы переменного сопротивления
Основным конструктивным элементом резистора типа СП (сопротивление переменное) является подковообразная пластина с нанесенным на одну из сторон проводящим слоем. Изменением положения щетки, скользящей по поверхности этого слоя, варьируют сопротивление между средним и крайними выводами, что показано на рисунке 6.11.
Рисунок 6.11 – Резистор переменного сопротивления
Кроме цилиндрических конструкций с вращательным движением подвижной системы выпускаются резисторы с поступательным движением в виде параллелепипеда. Корпуса переменных резисторов могут быть цилиндрические, квадратные, прямоугольные и фигурные.
Разновидностью регулируемых резисторов являются подстроечные резисторы, которые не имеют выступающей оси, скрепленной с движком. Изменять положение движка и, следовательно, сопротивление между ним и одним из концов токопроводящего слоя в подстроечном резисторе можно только с помощью отвертки.
Все переменные резисторы различаются по номинальной мощности, конструкции и виду функциональной характеристики (ФХ) (рисунок 6.12).
Рисунок 6.12 – Функциональные характеристики переменных резисторов:
А – линейная зависимость; Б – логарифмическая; В – показательная зависимость
ФХ может быть линейной (А), логарифмической (Б) и показательной (В). Резисторы с линейной характеристикой применяются в различных схемах для настройки режимов работы, а оставшиеся две – в основном для регулировки тембра и громкости. Существуют также резисторы с синусоидальными и косинусоидальными ФХ. Подобные резисторы используются в устройствах автоматики и вычислительной техники.
Особыми параметрами резисторов переменного сопротивления являются следующие:
По конструктивному исполнению резисторы СП делятся на группы, обозначаемые римской цифрой:
В зависимости от допускаемых условий эксплуатации резисторы переменного сопротивления делятся на III группы (таблица 6.2).
Таблица 6.2 – Группы резисторов по условиям эксплуатации
Интервалы рабочих температур, °С
Допустимое значение относит. влажности воздуха, %
Тема: Резисторы: какие типы и где заказать?
Опции темы
3. Более частный момент. В чип-и-дипе есть кассы ряда E12 от Velleman.
На сайте Velleman написано буквально следующее: «High-quality carbon
film resistors». Недорого и удобно. А как для звука?
DIP20, пока Вы отвечали, я как раз к первому своему сообщению
добавку сделал. Как они для звука? Нормально?
Ничего гадкого в них не увидел и не услышал. Но это мое мнение.
Дмитрий, спасибо!
Тут каждый из перечисленных трёх параметров не очень понятен.
Если у Вас найдётся минутка, у меня есть вопросы по каждому
из этих трёх.
1. Шум. Как оценить его влияние? В моём «ТЗ» коэффициент
усиления УН около 20 при входном напряжении 500mV. Может быть,
сделаю Kу ещё меньше, так как акустика чувствительная. При столь
скромном усилении также надо думать о шуме в carbon film?
Также важно: модулируется ли шум полезным сигналом?
2. Собственная ёмкость. Каков её порядок? Сильно ли модулируется
напряжением?
3. Зависимость R от напряжения. 100 X 10-E6 в каких единицах?
Раз/вольт? Или (относительное изменение сопротивления) /
(относительное изменение напряжения)?
Есть книжки и статьи в электронном виде:
«В помощь радиолюбителю: Конденсаторы и резисторы» (И. Четвертков, В. Присняков)
«Выбор пассивных элементов для тракта ЗЧ» (Атаев, Болотников)
Если что из этого нужно, пиши, вышлю.
Отправил персональное сообщение.
Я их видел, но для меня это дорого. Придётся довольствоваться МЛТ.
Правильно,а когда получится окончательный вариант,поставить качественные.
Из FAQ: Есть ли разница между резисторами.
Есть. По поводу резисторов продолжаются споры, некоторые считают, что металлооксидные и металлодиэлектрические резисторы (млт, с2-*) делают звук сухим и вообще обогащают сигнал неприятными искажениями, а также обладают меньшей перегрузочной способностью, другие обвиняют углеродистые (с1-4, вс) в высоком уровне шумов, детектирующем эффекте и низкой точности изготовления. В ламповых схемах предпочтительнее углеродистые, в транзисторных возможны металлооксидные и металлодиэлектрические. Наилучшим вариантом, вероятно, является применение танталовых резисторов, если ваша схема действительно позволяет слышать разницу.
Необходимо учитывать, что резисторы некоторых типов имеют зависимость сопротивления от приложенного напряжения и частоты. Общее правило использовать резисторы с большим запасом по допустимой мощности, большие габариты благотворно сказываются на звуковых качествах.
А где их искать? Кстати, С5-16 это из той же оперы?
Металлопленочные MF, в том числе и 1% продаются за рубли (точнее за копейки ), поштучно на www.elcomp.ru Я у них неоднократно покупал, качество очень даже ничего. Конечно не С2-29, но лучше МЛТ. У MF по крайней мере выводы не окисляются, как у МЛТ. Да и качество обслуживания в Элкомпе на высоте.