Rezistor - typy, konštrukcia a použitie

Rezistor - typy, konštrukcia a použitie
Elektrolab Pridal  Elektrolab
  556 zobrazení
6
 0
Rádioamatérov almanach

Rezistory sú najviac používané komponenty v elektronike a vyrábajú sa z najrôznejších materiálov za pomoci rôznych výrobných procesov. Každý materiál použitý pri výrobe rezistora má svoje typické vlastnosti a špecifické oblasti použitia. Hlavné typy používané v elektrotechnike si zhrnieme v tomto článku.

Drôtové rezistory - Wirewound resistors (WW)

Tieto rezistory sa vyrábajú vinutím odporového drôtu do špirály okolo nevodivého jadra. Odporovým drôtom je zvyčajne zliatina niklu a chrómu a jadro je často vyrobené z keramiky alebo sklenených vlákien. Na povrchovú ochranu sa používa smaltový povlak. Špirálové vinutie má kapacitné a indukčné účinky, vďaka čomu nie je tento typ rezistora vhodný pre aplikácie vyššie ako 50 kHz. Na zníženie nežiaducich vysokofrekvenčných účinkov sa často používajú iné techniky navíjania. Drôtové rezistory sa v podstate vyrábajú pre vysokú presnosť alebo pre aplikácie s vysokým výkonom. Majú nízky šum, sú robustné a sú teplotne stabilné. Sú vyrábané pre výkony od 0.1 do 100 kW s presnosťou medzi 0.001 a 20%.

Materiál odporového drôtu

Drôtové rezistory sa vyrábajú hlavne zo zliatin, pretože čisté kovy majú vysoký teplotný koeficient odporu. Na vysoké teploty sa však používajú čisté kovy, napríklad wolfrám. Teplotný koeficient je znakom toho, ako veľmi sa zmení odpor pri zmene teploty. TCR (temperature coefficient of resistance) sa meria v jednotkách ppm / ˚C. Ak výrobca ohodnocuje odpor pri 50 ppm / ˚C, odpor sa nezmení o viac ako 50 Ω v odpore pre každý 1 MΩ z danej hodnoty odporu pri zmene teploty o 1 ˚C. Typické zliatiny, ktoré sa používajú ako odporový drôt, sú:

  • Zliatiny medi
  • Zliatiny striebra
  • Zliatiny niklu a chrómu
  • Zliatiny železa a chrómu
  • Zliatiny železa a chrómu hliníka

Uhlíkové rezistory - Carbon Composition Resistors (CCR)

Odporovým materiálom pre odpor uhlíkového rezistora je zmes grafitu, keramického prachu a živice. Zmes sa lisuje do tyčiniek za vysokého tlaku a teploty. Spojovacie vodiče sú nalisované centrálne na oboch koncoch odporu. Alternatívne sú na obidvoch koncoch namontované kovové krytky, ktoré slúžia pre pripevnenie vodičov. Po procese zapečenia sa vytvorí masívne telo odporu. Nevýhodou tohto procesu sú ťažkosti s predurčením výslednej hodnoty odporu. Telo rezistora je pórovité, a preto je potrebné opatriť jeho povrch poťahom. V minulosti boli niektoré rezistory vyrobené bez poťahovania. Hodnota odporu sa stanoví zmenou dĺžky tela rezistoru tak, aby sa vytvorila adekvátna cesta pre prúd. Aby sa zmenil rozptyl, vyrábajú sa odpory s rôznymi priemermi, ktoré poskytujú dostatočne veľký povrch na odvod tepla.

Komerčne dostupné rezistory  majú hodnoty rozptylu medzi 1 / 8W a 1 / 4W, zatiaľ čo v 80. rokoch boli rezistory dostupné až do 5W. Uhlíkové rezistory sú pozoruhodne spoľahlivé, ale majú pomerne zlú presnosť s maximálnou toleranciou okolo 5%. Až do 60. rokov boli uznávaným štandardom pre všeobecné použitie. Rýchlo však stratili svoje postavenie na trhu, keď prišli na trh iné typy rezistorov s lepšími vlastnosťami a toleranciou, napäťovým koeficientom, teplotným koeficientom, stabilitou a nakoniec aj cenou. Avšak ich schopnosť odolávať vysokým nárazovým impulzom energie a ich vysoká spoľahlivosť ich robí stále užitočnými pre určité aplikácie.

Materiál Rezistivita Ω / m
Grafit 4x10^-6  - 11x10^-6
Amorfný uhlík 35x10^-6 - 50x10^-6

 

Rezistory s uhlíkovým filmom - Carbon Film Resistors (CFR)

Na izolačnom valcovom jadre sa nanáša tenký film z čistého uhlíka. Vo filme je urobený špirálovitý rez, aby sa umelo predĺžila odporová cesta. Tá úmerne s jej dĺžkou a šírkou zvyšuje hodnotu odporu a je to tiež spôsob presnejšej kontroly hodnoty odporu. Uhlíkové filmové rezistory sa vyrábajú depozičným procesom. Pri vysokej teplote a pri vysokom tlaku je keramický nosič držaný v plynnom uhľovodíku. Plyn (metán alebo benzén) štiepi pri teplote 1 000 ° C. Kryštalický uhlík sa pyrolyticky usadzuje na keramickom substráte. Vďaka presnému rozdeleniu čistého grafitu bez väzby majú tieto uhlíkové odpory nízky šum. Požadovanú hodnotu odporu je možné získať výberom správnej hrúbky vrstvy a vyrezaním špirálového tvaru do uhlíkovej vrstvy. Skrutkovitý rez vo filme zvyšuje dĺžku prúdovej dráhy. Zmenšením stúpania špirály sa zvyšuje dĺžka odporovej dráhy a tým sa zvyšuje hodnota odporu. Ďalej, jemným vyladením rezania špirály môže mať rezistor vyššiu presnosť hodnoty odporu.

Typické hodnoty tolerancie pre rezistory na uhlíkový film sú 2, 5, 10 a 20%. K dispozícii sú hodnoty od 1 Ω až do 10 MΩ. Vďaka použitiu čistého uhlíka má rezistor s uhlíkovým filmom vyšší záporný teplotný koeficient ako rezistor z uhlíka. Odporový teplotný koeficient leží medzi 2,5 × 10 ^ -4 Ω / ° C a -8 × 10 ^ -4 Ω / ° C. Aj tento typ rezistorov je chránený proti chemickým vplyvom silikónovým povlakom. Tento typ odporu je široko používaný v elektronike. Preto je dôležité poznamenať, že malé rezistory majú kapacitu približne 0,5 pF. Vlastná indukcia je okolo 0,01 μH pre rezané rezistory a až niekoľko μH pre rezistory so špirálovým rezom. Tieto odpory sú k dispozícii v hodnotách medzi 1Ω - 10’000 MΩ a majú výkon 1/16, ⅛, ¼, ½, 1 alebo 2 watty. Presnosť predstavuje významné zlepšenie v porovnaní s uhlíkovým rezistorom, ale kov a film z oxidu kovu majú celkovo lepšie vlastnosti a získali si preto väčšiu popularitu. V aplikáciách, ktoré vyžadujú vysokú stabilitu, sa používajú špeciálne odpory z uhlíkového filmu. Typické použitie pre rezistory na uhlíkový film je vo vysokonapäťových a teplotných aplikáciách. Ich prevádzkové napätia sú do 15 kV s nominálnou teplotou do 350 °C. Príkladom ich použitia sú napájacie zdroje vysokého napätia, radarová technika, röntgenové zariadenia a laserové zariadenia.

Rezistory s kovovým filmom - Metal Film Resistors

Odporovým prvkom pri tomto type rezistora je tenká kovová vrstva, ktorá je zvyčajne nanáša rozprašovaním (vákuovým nanášaním) na valcovité keramické jadro vysokej čistoty. Niekedy sa používajú aj iné techniky ako rozprašovanie. Usadený kov umelo starne dlhodobým skladovaním pri nízkej teplote. To má za následok lepšiu presnosť odporu. Ako odporový materiál je často používaný chróm nikel (NiCr), ale pre špeciálne použitie sa používajú aj iné zliatiny ako cín a antimón, zlato s platinou a nitrid tantalu. Stabilita a odolnosť silne závisia aj od hrúbky kovového filmu (50 - 250 nm). Väčšia hrúbka vrstvy má za následok lepšiu stabilitu a nižšiu hodnotu odporu. Na oboch koncoch je nalisovaný kovový kryt s pripojovacími vodičmi. Požadovaný odpor sa dosiahne vyrezaním špirálovitého tvaru v tenkej kovovej vrstve. Spravidla sa to robí pomocou lasera, zatiaľ čo v minulosti sa používali techniky pieskovania a brúsenia. Uhlíkové filmové rezistory používajú rovnakú techniku ​​na vytvorenie výslednej rezistencie odporu. Rezistor je pokrytý niekoľkými vrstvami povlaku, ktoré sa zapekaju postupne. Konečný ochranný povlak chráni telo rezistora pred vlhkosťou a mechanickým namáhaním či poškodením a má výbornú a vysokú dielektrickú pevnosť. Hodnota odporu je označená pásmami farebných kódov alebo textom. Rezistory z kovového filmu sú k dispozícii s toleranciami 0.1, 0.25, 0.5, 1 a 2%. Teplotný koeficient odporu je zvyčajne medzi 50 a 100 ppm / K.

Tieto rezistory majú dobré vlastnosti z hľadiska tolerancie, stability a TCR (temperature coefficient of resistance). Ďalej majú rezistory nízke vlastnosti šumu a vysokú linearitu kvôli nízkemu koeficientu napätia. Preto sa v obvodoch, kde je dôležitá presná tolerancia, nízky teplotný koeficient a nízky šum, často používajú tieto rezistory. Táto výborná presnosť a vlastnosti ich predurčujú k použitiu v rôznych filtroch, či deličoch.

Pre dobrú spoľahlivosť sú rezistory s kovovým filmom obvykle prevádzkované medzi 20 a 80 percentami ich špecifikovaného výkonu. Spoľahlivosť sa všeobecne zvyšuje znížením o 50%. Vo veľmi špecifických situáciách však spoľahlivosť klesá pri menej ako 20% menovitého výkonu vo vlhkom prostredí. V porovnaní s drôtovými alebo uhlíkovými rezistormi sú tieto rezistory ľahšie poškoditeľné prepätím a výkonovým preťažením.

Rezistory na báze filmu oxidu kovu - Metal Oxide Film Resistors

Rezistory na báze filmu oxidu kovu sú axiálne odpory s podobným postupom výroby, ako rezistory s kovovým filmom. Sú vyrobené nanášaním na  keramickú tyčinku, ktorá je potiahnutá tenkou vrstvou oxidov kovov, napríklad oxidu cínu.

Rezistory na báze filmu oxidu kovu prekračujú výkonnosť rezistorov s kovovým a uhlíkovám filmom v nasledujúcich vlastnostiach:

  • menovitý výkon,
  • menovité napätie,
  • preťaženie,
  • prepätie
  • vysoká teplota.

Dizajnéri si často vyberajú tieto rezistory pri požiadavkách na aplikácie s vysokou odolnosťou. Z pohľadu stability sú však menej dobré ako rezistory s kovovým filmom nakoľko majú zlé vlastnosti pre nízke hodnoty a toleranciu. Teplotný koeficient je okolo 300 ppm / °C, čo je viac ako v prípade kovových filmov.

Odporovým materiálom pre rezistory na báze filmu oxidu kovu je oxid cínu, ktorý je kontaminovaný oxidom antimonitým, aby sa zvýšil výsledný odpor. Tieto rezistory odolávajú vyšším teplotám ako rezistory na báze uhlíkového alebo kovového filmu. Šumové vlastnosti sú podobné ako pri uhlíkových rezistoroch.

Porovnanie maximálnej pracovnej teploty jednotlivých materiálov
Materiál Uhlíkový film Kovový film Oxid kovu
Teplota 200 °C 250-300 °C 450 °C

 

Mnoho vlastností rezistorov na báze filmu oxidu kovu je podobných rezistorom z kovového filmu. Pre základné použitie sú v súčasnosti prevládajúcimi typmi odporov.

Konštrukcia

Tento rezistor sa väčšinou vyrába chemickými depozičnými metódami. Ako substrát sa takmer vždy používa keramický nosič. Proces vylučovania zahrnuje reakciu čistého kovu s plynom pri vysokej teplote a pri nízkom tlaku. Veľmi častým filmom oxidu kovu je oxid cínu. Film sa vytvorí zahriatím tela rezistora v pare chloridu cínatého SnCl2. Ostatné filmy s oxidmi kovov majú zvyčajne iný proces nanášania. Najskôr sa nanesie tenký kovový film, ktorý sa potom nechá zreagovať s kyslíkom. Požadované zloženie sa dosiahne meraním odporu skúšobného kusu.

Po nanesení filmu na telo rezistora sa konečná hodnota odporu dosiahne použitím skrutkovitého rezu. Spravidla sa to vykonáva rezaním laserom, zatiaľ čo v minulosti sa to robilo brúsením alebo pieskovaním. Špirálový rez predlžuje dráhu odporu a má menší prierez a môže zvýšiť hodnotu odporu až tisíckrát väčšiu ako pred rezom. Hodnotu odporu je preto možné presne riadiť rezaním. Počas procesu rezania sa kontrolne meria odpor, aby sa umožnili malé korekcie rezistivity.

 

Become a Patron!



Páčil sa Vám článok? Pridajte k nemu hodnotenie, alebo podporte jeho autora.
 

     

Komentáre k článku

Zatiaľ nebol pridaný žiadny komentár k článku. Pridáte prvý? Berte prosím na vedomie, že za obsah komentárov je zodpovedný užívateľ, nie prevádzkovateľ týchto stránok.
Pre komentovanie sa musíte prihlásiť.

Vyhľadajte niečo na našom blogu

Webwiki ButtonSeo servis