§ 5.2. НЕПРОВОЛОЧНЫЕ ПОСТОЯННЫЕ РЕЗИСТОРЫ

По назначеншо непроволочные постоянные резисторы подразделяют на резисторы широкого применения и специальные. К категории специальных относят высокомегаомные, высокочастотные, высоковольтные, прецизионные резисторы. Резисторы, не подпадающие ни под одно из перечисленных понятий, относят к группе резисторов широкого применения.

Непроволочные резисторы по сравнению с проволочными менее стабильны, имеют значительно большие шумы, не обладают идеальной вольт-амперной характеристикой.

Но наряду с этим непроволочные резисторы имеют меньшие габариты, их сопротивление менее зависит от частоты, они значительно дешевле. Поэтому в радиоэлектронной аппаратуре непроволочные резисторы применяются значительно чаще, чем проволочные.

Конструкция постоянных резисторов. Основанием для тонкослойного шш пленочного резистора служит керамический стержень или трубка, на поверхности которого нанесен тонкий слой проводящего материала. Для подключения резистора к схеме на стержень напрессовывают два металлических колпачка, выводы которых могут быть припаяны в аппаратуре. Для защиты токоироводящего слоя от воздействия влаги и механических повреждений резистор покрывают слоем эмали. Наиболее часто встречающаяся конструкция тонкослойного или пленочного резистора показана на рис. 5.2, а.

Резистор с объемной конструкцией токоироводящего элемента (рис. 5.2, 6) имеет в своем составе оболочку из изоляционного материала (наиболее часто - из стеклокерамики), во внутренней полости которой находится проводящий материал, подвергнутый прессованию. Одновременно с прессовкой материала в него запрессовывают проволочные выводы. Сверху резистор покрывают слоем эмали.

Тонкослойные резисторы. У резисторов первой группы (С1) токопро-водящий слой - пленка пиролитического углерода, полученная разложением углеводородов в вакууме или в среде инертного газа при высокой температуре. Добавление к углероду бора несколько уменьшает температурный коэффициент сопротивления.

У резисторов второй группы (С2) токопроводящий слой - тонкая пленка сплава металла или окисла металла. Осаждение тонких пленок

Рис. 5.2. Конструкция непроволочного постоянного резистора: а - тонкослойный; 6 - объемный; в - стержень со спиральной канавкой; / - керамическое основание; 2 - токопроводящий слой; 3 - контактные колпачки; 4 - покровная эмаль; J - проволочньй вывод; 6 - изоляционная оболочка; 7 - токопроводящий объемный стержень; 8 -спиральная канавка

металлов и их сплавов производят методом термического испарения в вакууме, методом катодного или ионно-плазменного распыления. Пленки окислов металлов получают химическим путем. Металлоокисные резисторы обладают повышенной теплостойкостью.

Для получения резисторов с разными значениями сопротивления можно изменять как материал, так и толщину токопроводящего слоя. Однако получить резисторы с щирокой щкалой номинальных значений только за счет выбора материала токопроводящего слоя и его толщины при неизменных габаритах очень сложно; чтобы получить большие значения сопротивлений, меняют длину и сечение токопроводящего слоя нарезанием изолирующей спиральной канавки (рис. 5.2, е). При этом увеличивается длина и уменьшается ширина (сечение) токопроводящего слоя.

Преимущество способа состоит в том, что он поддается автоматизации и позволяет получить любое номинальное значение сопротивления с отклонениями в пределах установленного допуска.

Следует иметь в виду, что при нарезании канавки резко возрастает индуктивность резисторов. Это нужно учитывать при использовании их в цепях высокой частоты.

Большая теплостойкость металла и его окислов позволяет изготавливать резисторы группы С2 со значительно меньшими габаритами, чем С1, при равной мощности рассеяния. Например, резистор С2-24 с номинальной мощностью 0,25 Вт имеет размеры 02,5 х 7 мм, а резистор С1-4 с такой же мощностью - 03,9 х 10,5 мм.

Допустимая мощность для резистора сильно зависит от температуры окружающей среды: начиная с некоторого значения температуры допустимую мощность приходится снижать. График, отражающий эту зависимость для резистора типа С2-24, приведен на рис. 5.3. Резисторы типа С2, кроме того, обладают большей стабильностью при циклическом воздействии температуры, механических перегрузках. Абсолютное значение температурного коэффициента сопротивления у резисторов типа С2 несколько меньше, чем у резисторов С1.

Большинство резисторов широкого применения изготавливают групп С1 и С2: это резисторы типов МЛТ, МТ, С2-6, С2-8, С2-11, С2-22, С2-23, С2-24, С2-26, ВС, С1-4, С1-8 и др. Они имеют сопротивление от 1 Ом до 10 МОм, допуск ±5, ±10 шш ±20%, номинальное значение рассеиваемой мощности от 0,125 до 2 Вт.

По э.д.с. шумов перечисленные резисторы подразделяют на две группы: группа А имеет э.д.с. шумов не более 1 мкВ/В; группа Б - не более 5 мкВ/В. Во входных цепях чувствительных усилительных устройств целесообразно применять резисторы группы А.

Композиционные резисторы. У композиционных резисторов (группы СЗ и С4) материал токопроводящего слоя получают смешиванием проводящего компо-

80 60 W 20

о 20 W 60 80 /00 120 nOt,°C

Рис. 5.3. Зависимость допустимой мощности рассеяния для резистора типа С2-24 от температуры окружающего воздуха

3-168

нента, например графита или сажи с органическими шш неорганическими связующими компонентами, наполнителем, пластификатором и от-вердителем. Полученную композицию наносят в виде пленки на поверхность изоляционного основания (резисторы СЗ) шш спрессовывают в виде объемного цилиндра или параллелепипеда (резисторы С4). , Композиционные материалы в зависимости от состава имеют широкий диапазон удельных сопротивлений, что позволяет получить на их основе резисторы с сопротивлениями от долей ома до нескольких тераом.

Высокоомные резисторы на базе углерода или металлов можно получать только за счет существенного уменьшения толщины пленки. Такие резисторы не обладают достаточной надежностью при работе в различных режимах и условиях эксплуатации. От этих недостатков свободны композиционные резисторы, у которых можно получать большое значение сопротивлений даже при объемной конструкции токоироводящего слоя. Недостатком композиционных резисторов является большая, чем у резисторов групп С1 и С2, зависимость значения сопротивления от приложенного напряжения. Кроме того, из-за крупнозернистой структуры проводящего материала компрзиционные резисторы имеют большую э.д.с. шумов.

Композиционные резисторы используют в качестве резисторов широкого применения и специальных. К резисторам общего применения относят объемные резисторы ТВО, С4-1, С4-2 и др.

Высокомегаомные резисторы. К этой фуппе относятся резисторы, имеющие сопротивление от 10 до 12 Ом. Обычно в качестве высоко-мегаомных используют композиционные пленочные резисторы (СЗ). Их применяют в специальных физических приборах, в измерительной технике и ряде других случаев. К этой группе относят резисторы СЗ-10, СЗ-13, СЗ-14 и др.

Прецизионные резист(фы. Как указывалось, тонкослойные металло-диэлектрические и металлоокисные резисторы имеют наименьшее значение температурного коэффициента сопротивления и наименьшие остаточные изменения сопротивления при воздействии дестабилизирутощих факторов. Это позволяет создавать на их основе прецизионные резисторы с допусками ± (0,1-1) %. К этой группе относят резисторы типов С2-1, С2-13, С2-14, С2-29В, С2-31 и др.

По сравнению с резисторами общего применения при одинаковой номинальной мощности прецизионные имеют большие габариты. Это облегчает тепловые режимы и повышает стабильность свойств проводящего слоя.

В ряде случаев прецизионные тонкослойные резисторы могут заменить проволочные.

Высокочастотные резисторы. Эти резисторы используют в качестве согласованных нагрузок в высокочастотных трактах. Поэтому значение сопротивления у них очень мало должно зависеть от частоты приложенного напряягения. По этой же причине их часто изготавливают без присоединительной арматуры в виде стержней, шайб и т. п. Высокочастотные резисторы имеют, как правило, малое значение сопротивления (от 1 Ом до 10 кОм). К этой группе относят резисторы с металлодиэлек-

трическим проводящим слоем типов C2-I0, С2-34, с металлоокисным проводящим слоем МОН, МОУ, тонкослойные металлизированные С6-1, С6-2, С6-3, С6-4, С6-5, С6-6, С6-20 и др.

Высоковольтные резисторы. К группе высоковольтных относят резисторы, рассчитанные на работу при напряжениях до 15 кВ. Для этих целей используют обычно пленочные композиционные резисторы. Связано это с тем, что высоковольтный резистор должен быть одновременно и высокоомным, так как в противном случае на нем выделяется чрезмерно большая мощность. К этой группе относят резисторы типов СЗ-5, СЗ-6, СЗ-9, СЗ-12, СЗ-14 и др.

§ 5.3. НЕПРОВОЛОЧНЫЕ ПЕРЕМЕННЫЕ РЕЗИСТОРЫ

Непроволочные переменные резисторы подразделяют по конструкции токонесущего слоя на тонкослойные металлические и.пи металлоокис: ные (СП2), пленочные комаозкти^онные (СПЗ) и объемные композиционные (СП4).

Конструкция пленочного переменного резистора показана на рис. 5.4, а. Основание 3, на котором нанесен токопроводящий слой, имеет форму подковки. При вращении оси 1 контактная пружина 2 одним концом скользит по токопроводящему слою 3, другим - по контактной шайбе 4. Благодаря этому изменяется сопротивление между контактами 5 и 6.

Объемные резисторы имеют аналогичную конструкцию, только у них объемный токопроводящий слой запрессован в канавку изоляционного основания.

Переменные резисторы могут иметь разный закон изменения сопротивления от угла поворота оси. На рис. 5.5 показаны наиболее часто встречающиеся характеристики: А-линейная, Б-логарифмическая,. В - обратнологарифмическая. У резисторов типов Б и В удельное сопротивление разных участков токопроводящего слоя различается и распределение мощности по токопроводящему слою получается неравно- .

Рис. 5.4. Пленочный переменный резистор

Рис. 5.5. Зависимость изменения сопротивления переменного резистора от угла поворота оси

мерное. Поэтому у них допустимая мощность всегда ниже, чем у линейных резисторов той же конструкции. Некоторые типы переменных резисторов имеют сдвоенную конструкцию: это означает, что при повороте оси изменяется сопротивление двух резисторов, соединенных соосно. У резистора, который удален от выступающего конца оси, условия теплоотдачи оказываются ухудшенными. Поэтому для такого резистора обычно допустимую мощность рассеяния снижают в 2 раза.

Переменные резисторы используют для изменения параметров изделия в процессе эксплуатации (например, регулятор громкости в приемнике) или для подстройки параметров схемы в процессе регулировки изделия. Регулировочные резисторы должны выдерживать без ухудшения параметров 5000-10 000 поворотов оси. Конструкция оси должна позволять надеть на нее ручку. Подсроеч-ные резисторы рассчитывают на 250-500 поворотов оси; на конце оси делают шлиц и поворачивают ее с помощью отвертки. Кроме того, подстроечные резисторы должны быть выполнены так, чтобы при механических воздействиях, которые могут возникнуть при эксплуатации и транспортировке изделия, ось не поворачивалась самопроизвольно. Для этой цели некоторые типы резисторов при необходимости комплектуют специальными стопорящими устройствами. Такое устройство показано на рис. 5.4, б. При вращении гайки 8 она сжимает конус цангового зажима 7 и он стопорит ось резистора.

Некоторые виды резисторов в своей конструкции содержат выключатели. Выключатель бывает выполнен так, что его контакты разомкнуты, когда сопротивление между одним из концов резистора и его ползуном близко к нулю. При повороте оси резистора на небольшой угол контакты выключателя замыкаются и при дальнейшем повороте оси в ту же сторону остаются замкнутыми. Такие резисторы используют, например, для включения питания и регулировки громкости одной ручкой в радиовещательных приемниках. По конструкции выводов переменные резисторы подразделяются на предназначенные для использования при обьемном монтаже и при печатном монтаже.

Резисторы для объемного монтажа обычно крепят с помощью резьбы на втулке оси и гайки (поз. 9 на рис. 5.4, б). Печатные подстроечные сопротивления запаивают выводами в отверстия печатной платы.

§ 5.4. ПРОВОЛОЧНЫЕ ПОСТОЯННЫЕ РЕЗИСТОРЫ

Для резисторов этой группы используют провода из специальных сплавов, имеющие высокое удельное сопротивление, хорошую теплостойкость и малый температурный коэффициент сопротивления. Поэтому проволочные резисторы могут иметь практически любое сопротивление в диапазоне от тысячных долей ома до десятков тысяч ом, большую допустимую мощность рассеяния, достигающую десятков ватт при отно-

Рис. 5.6. Проволочные постоянные резисторы: а - схема бифилярной намотки; б - резистор типа С5-35В; в-резистор типа ПТМН; / - керамический каркас; 2 - провод; 3 - теплостойкая эмаль

.сительно небольших размерах, высокую точность и хорошую температурную стабильность.

Так как резисторы изготавливают намоткой провода на каркас, то они имеют большую индуктивность и собственную емкость, если в конструкции не предприняты специальные меры по уменьшению паразит-ньк параметров.

На рис. 5.6, а показана схема бифилярной обмотки: обмотка резистора выполнена сдвоенным проводом, благодаря чему поля расположенных рядом витков направлены навстречу и вычитаются. Для уменьшения индуктивности провод наматьшают на плоский каркас. Недостаток бифилярной обмотки - большая собственная емкость. Для получения малой индуктивности и емкости резисторов можно применить разбивку обмотки йа секции, меняя по очереди направления намотки в них на противоположные. Существуют и другие способы малоиндукционной намотки.

Для изготовления проволочных резисторов применяют сплавы, обладающие повышенным удельным сопротивлением и малым значением температурного коэффициента удельного сопротивления. Характеристики некоторых сплавов приведены в табл. 5.2.

Таблица 5.2. Сплавы для изготовления проволочных сопротивлений

На рис. 5.6, б изображен резистор типа С5-35В, полученный путем намотки нихромового провода на керамический каркас. Сверху он покрыт слоем теплостойкой эмали.

Резисторы С5-35В вьшускают на номинальное сопротивление от 3 до 56 0(Ю Ом и номинальную мощность от 3,0 до 100 Вт. На каждый ватт рассеиваемой мощности приходится 1,5-2 см поверхности теплоотдачи, поэтому при работе подобные резисторы нагреваются до температуры 300-350°С. Однако в таких условиях они могут работать в тече-

ние нескольких тысяч часов, так как конструкция содержит теплостойкие материалы, а провод защищен от окисления слоем эмали.

На рис. 5.6, е показан резистор типа ПТМН. Указанные резисторы имеют допустимую мощность рассеяния 0,5 и 1 Вт и выпускаются трех классов точности с отклонением значения сопротивления на +0,25, +0,5 и +1%. В зависимости от мощности и класса точности резисторы имеют сопротивления от 1 Ом до 300 кОм. Температурный коэффициент стабильности сопротивления для резисторов ПТМН составляет (1-4-4-1,5) 10-град-

Отметим, что проволочные резисторы значительно дороже тонкопленочных и применять их следует в тех случаях, когда характеристики тонкопленочных резисторов не удовлетворяют предъявляемым требованиям.

§ 5.5. ПРОВОЛОЧНИКЕ ПЕРЕМЕННЫЕ РЕЗИСТОРЫ

Проволочные переменные резисторы по конструкции можно подразделить на три группы:

а) с круговым перемещением подвижного контакта, однооборотные;

б) с круговым перемещением подвижного контакта, многооборотные;

в) с прямолинейным перемещением подвижного контакта, многооборотные.

Пример конструкции однооборотного резистора показан на рис. 5.7. Он состоит из пластмассового корпуса 1, в который запрессована втулка 2. В канавке, имеющейся в корпусе /, уложена планка 5 из изоляционного материала, на которой расположена обмотка. На оси 7 закреплен изоляционный диск 3, к которому прикреплена контактная пружина (ползун) 4.

Второй конец ползуна скользит по виткам обмотки. Подключение ползуна к схеме аппарата производится через контактное кольцо с лепестком 6. Вращение оси ограничивается выступом корпуса 1, в который упирается планка 8, закрепленная на ош 7 Намотку резистора выполняют на плоской планке, которую при сборке сгибают на круглом каркасе. Резистор имеет выступающую ось, на которой может быть закреплена ручка. Благодаря этому его можно размещать на передней панели аппарата. Такие резисторы можно использовать в качестве регулировочных и подстроечных.

В зависимости от размера и тепло-Рис. 5.7. Переменный резистор СТОЙКОСТИ используемых материалов

Рис 5.8. Регулировочный резистор с круговым перемещением: / - корпус; 2 - изоляционная чашка; 3 - ось; 4 - выводы от намотки и ползуна; 5 - кольцевой каркас с намоткой из провода; б - ползун; 7 - шестерня; 8 - крышка; 9 - червячный винт

Рис 5.9. Регулировочный резистор с поступательным перемещением:

/ - резистивный элемент; 2 - подвижной контакт; 3 - ползун; 4 - микрометрический винт; 5 - корпус

допустимая мощность рассеяния для проволочных переменных резисторов составляет от единиц до нескольких десятков ватт.

У многооборотных резисторов полное изменение сопротивления происходит при многократном повороте управляющей оси. Такие резисторы удобно использовать в качестве регулировочных, так как указанное свойстю позволяет легко установить необходимое значе-. ние сопротивления с требуемой точностью.

Многооборотный резистор с круговым перемещением подвижного контакта показан на рис. 5.8. Регулировочный винт 9 имеет винтовую нарезку и вращает шестерню 7, на которой закреплен ползун 6. Ползун, в свою очередь, скользит по намотке, сделанной на кольцевом каркасе. Для полного изменения сопротивления требуется сделать 40 оборотов регулировочного винта 9, благодаря чему достигается точная установка требуемого сопротивления.

На рис. 5.9 показан многооборотный резистор с поступательным перемещением подвижного контакта. В этом случае резистивный элемент 1 намотан на прямолинейном каркасе. При вращении винта 4 ползун 3 и закрепленный на нем подвижной контакт 2 перемещаются вдоль ре-зистивного элемента.

Многооборотные резисторы Morjrr иметь разную конструкцию выходных контактов: для печатного или для объемного монтажа.

Выбор типа резис ора (постоянного или переменного) для конкретной схемы нужно производить с учетом условий работы (рассеиваемой мощности, температуры окружающей среды и т. д.), а также требований, предъявляемых к характеристикам резисторов.

Следует учитьшать, что надежность резистора существенно зависит от рассеиваемой в нем мощности и температуры окружающей феды.

Характер зависимости коэффициента а от указанных факторов был приведен на рис. 2.2. Как видно из этого графика, при повышенной температуре интенсивность отказов особенно резко возрастает, если коэффи-

циент нагрузки превышает 0,5. Поэтому номинальную мощность резистора следует выбирать такой, чтобы она была в 1,5-2 раза больше фактической.

Глава 6

КОНДЕНСАТОРЫ

§ 6.1. КЛАССИФИКАЦИЯ, ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ И ФУНКЦИИ КОНДЕНСАТОРОВ

Применяемые в радиоаппаратуре конденсаторы подразделяют на конденсаторы постоянной, переменной емкости и подстроечные.

У конденсаторов постоянной емкости в конструкции возможность изменения емкости не предусмотрена. Эти конденсаторы применяют в качестве элементов колебательных контуров, настроенных на фиксированную частоту, в качестве элементов связи, для компенсации изменяющихся параметров элементов контура при воздействии повышенной или пониженной температуры, в качестве разделительных, блокировочных и для других целей.

Разнообразие* выполняемых функций привело к созданию большого количества типов конденсаторов постоянной емкости.

В зависимости от вида используемого диэлектрика конденсаторы подразделяют на следующие группы:

а) с твердым неорганическим диэлектриком (керамика, стеклоэмаль, слюда и т. п.);

б) с твердым органическим диэлектриком (бумага, некоторые пленки и т. п.);

в) с оксидным диэлектриком;

г) с газообразным диэлектриком;

д) с жидким диэлектриком (в радиоэлектронной аппаратуре практически не используются).

Обозначение конденсатора постоянной емкости в конструкторской документации состоит из буквы К, за которой следует двузначное число, указывающее вид диэлектрика; за ним через тире ставят порядковый номер разработки.

Классификация конденсаторов по виду диэлектрика и обозначения каждого типа приведены в табл. 6.1. Например, конденсатор керамический на напряжение ниже 1600 В, имеющий порядковый номер разработки 17, обозначают К10-17.

Конденсатор, в котором можно плавно менять емкость в процессе эксплуатации аппарата, является конденсатором переменной емкости. Конденсаторы переменной емкости используют главным образом для плавной настройки колебательных контуров в пределах некоторого диапазона частот.

Подстроечным (полупеременным) называют конденсатор, емкость которого можно изменять только в процессе регулировки. В процессе эксплуатации емкость подстроечного конденсатора должна оставаться

Таблица 6.1. Обозначения конденсаторов

ПОСТОЯННОЙ. Эти конденсаторы используют для компенсации отклонений параметров элементов схемы.

Подстроечные конденсаторы широко применяют в схемах с плавным изменением частоты для компенсации разброса начальной емкости схемы, для установки требуемой емкостной связи, для настройки контуров на требуемые фиксированные частоты и т. д.

Обозначение нормализованного подстроечного конденсатора начинается с букв КТ, а обозначение переменного конденсатора - с букв КП, за которыми следует однозначная цифра, характеризующая вид диэлектрика: 1 - вакуум; 2 - воздух; 3.- газообразный диэлектрик; 4 - твердый диэлектрик; 5 - жидкий диэлектрик. За ними следует цифра, указывающая порядковый номер разработки.

§ 6.2. ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ КОНДЕНСАТОРОВ

1. Номинальная емкость и допустимое отклонение. Применяемые в' радиоэлектронной аппаратуре конденсаторы имеют емкость от единиц пикофарад до тысяч микрофарад (1Ф= 10*мкФ = 10 нФ= 10 пФ). Номинальная емкость не может быть выбрана произвольно. Ее выбирают из ряда чисел, устанавливаемых соответствующими стандартами.