Дротяні резистори 1

Дротяні резистори зазвичай призначені для установки в ті ланцюги, де на них відбувається розсіювання значних потужностей, причому, компонент, розрахований на потужність 50 Вт, є досить поширеним, можливо знайти компоненти, розраховані на потужності до 1 кВт. Значення опорів таких резисторів перекривають кілька розрядів, як і у плівкових металізованих резисторів, однак граничне значення опору становить, як правило, близько 100 Ом.

В процесі виробництва дротяних резисторів також в якості основи для нанесення резистивного матеріалу використовуються керамічні прутки або трубочки. Однак в якості резистивного матеріалу використовується високоомних дріт або стрічка, яка навивається на стрижень, а потім її кінці приварюються до торцевих ковпачкам, до яких згодом приварюються висновки резистора. Резистори, що мають невелику потужність розсіювання (до 20 Вт) потім покриваються керамічною глазур'ю, що запобігає зміщення витків дроту, а також герметизуючої сам елемент. Резистори, розраховані на великі потужності, можуть мати нагвинчують торцеві ковпачки та встановлюватися в пресовані алюмінієві екрани, що забезпечують хороший тепловідвід від резистивного елемента до зовнішнього тепловідвідними радіатора. Однак резистори з високими значеннями опорів мають, як правило, велика кількість щільно розташованих витків з тонкого високоомного дроти, тому ймовірність розвитку дугового розряду між сусідніми витками визначає величину робочої напруги, а цей фактор може надати більший вплив на максимально допустиму потужність розсіювання.

Процес старіння дротяних резисторів

Шуми і індуктивність дротяних резисторів

Так як резистивним елементом плівкових резисторів є тонка спіралеподібного доріжка, то величина надлишкового шуму в них пропорційна падінню на них постійної напруги (приблизно 0,1 мкВ / В). На противагу цьому, вплив дефектів поверхневих слів (якщо їх розглядати щодо площі поперечного перерізу дроту, використовуваної в дротяних резисторах) становитиме незначну частку, тому вплив надлишкових шумів можна вважати несуттєвим, що дозволяє з успіхом використовувати їх в якості ідеальної анодного навантаження в малошумливих предпідсилюючий каскадах.

Дротяні резистори намотуються подібно котушці дроселя, і навіть у разі, коли для керамічного сердечника відносна магнітна проникність # 956; ≈ 1 (що робить її порівнянної з дроселем, які не мають магнітного сердечника), все одно кожен дротяний резистор має індуктивний реактивне опір, величина якого може досягати великих значень в порівнянні з активним опором.

Активний опір провідника визначається виразом:

# 961; - питомий об'ємний опір провідника,

L - довжина провідника,

А - поперечний переріз провідника.

Підставляючи площа в перший вираз, отримаємо:

Так як поперечний переріз провідника представляє коло, то його площа виражається:

Щоб здешевити виробництво резисторів, високоомних дріт намотується на сердечники зі стандартними розмірами. Для того, щоб забезпечити ефективне відведення тепла в навколишнє середовище і зменшити ймовірність утворення перегрітих областей, на сердечник повністю, від одного кінця до іншого, намотується один шар дроту з нескінченно малим межвиткового зазором. Кількість витків дроту, необхідної для повного заповнення сердечника, що має довжину С, визначається виразом:

Загальна довжина високоомного дроту складе:

Підставляючи отримані співвідношення в формулу для розрахунку опору R, отримаємо для одношарового дротяного резистора:

Індуктивність L пропорційна n 2. а так як п пропорційно 1 / d, то

Для простоти можна вважати, що величина опору обернено пропорційно d 3:

Як вже зазначалося в попередніх розділах, має значення відношення величин L до R, а не їх абсолютні значення. Тому:

Отриманий результат має дуже велике значення, так як він наочно показує, що величина співвідношення L / R буде зростати, якщо використовувати більш товстий дріт. Тому можна очікувати, що дротяні резистори з малим значенням опору будуть мати більш високими значеннями індуктивності. Ця теорія була піддана перевірці з використанням вимірювача параметрів компонентів, який дозволяє використовувати різні еквівалентні схеми заміщення і моделі для дротяних резисторів. Так як резистори мали алюмінієві обкладання, можна було б очікувати, що на зниження індуктивності впливає ефект трансформаторного взаємодії з короткозамкненим витком обкладання, однак подальше розтин резистора показало, що діаметр котушки становив лише половину значення внутрішнього діаметра обкладання, що має на увазі слабку зв'язок і незначне трансформаторне взаємодія (рис. 5.1).

Мал. 5.1 Еквівалентні схеми заміщення для реальних дротяних резисторів різних типів

Як видно з наведених моделей резисторів, виконані вимірювання підтверджують теорію тим фактом, що тільки низькоомні дротяні резистори мають значну величину індуктивності. Крім розрахунку моделей кожен резистор був протестований в діапазоні зміни частоти від 100 Гц до 100кГц з метою визначити кут зсуву фази в порівнянні з ідеальним резистором. Тільки для резистора 220 Ом було зафіксовано вимірюється приладами відхилення, яке становило 0,2%.

Для всіх еквівалентних схем заміщення присутній невеликий шунтирующий конденсатор (паразитна ємність резистора), при цьому, якщо значення опору були характерні для резисторів, що використовуються як анодного навантаження, значення ємності цього паралельновключеного конденсатора найчастіше прагне до значення 3 ± 1 пФ, тобто значенням, соизмеримому зі значенням паразитних ємностей, які характерні для реальних схем.

Підсумовуючи все викладене, слід зазначити, що індуктивність дротяних резисторів нехтує мала, якщо значення їх опорів перевищує 10 кОм, однак, при зниженні значення опору резистора, величина індуктивності стає значною. Цей висновок є дуже сприятливим, так як для стандартних каскадів, які використовують електронні лампи, величина опору навантаження RL> 10 кОм, при цьому необхідний резистор, який має велику потужність розсіювання. Тоді як резистори катодного зміщення мають опору, як правило, Rk <1 кОм, но на них выделяется небольшая мощность, поэтому в качестве таковых можно использовать металло-пленочные резисторы, а также специальные безиндуктивные компоненты, которые обычно предназначаются для применения в измерительных мостах.

Основні критерії підбору резисторів для схеми

• Перш за все, необхідно відповісти на питання, чи дійсно потрібно компонент з абсолютно точним значенням опору. Якщо резистор використовується в ланцюгах, що визначають роботу схеми фільтра, або еквалайзера, то необхідно використовувати резистори, що мають високу точність виготовлення (можливо, допуск на номінальне значення має становити 0,1%). Це необхідно, щоб звести до мінімуму неточності корекції частотної характеристики.

• Точний підбір. Чи є використовуваний компонент частиною узгодженої за своїми параметрами пари? Анодні навантаження в диференціальному підсилювачі повинні бути узгодженими, такими ж узгодженими повинні підбиратися відповідні елементи в схемах фільтрів для кожного стереоканалу.

• Точність всіх інших резисторів цілком може становити 5%. Резистори з такою точністю є найбільш поширеними.

Чи буде нагріватися резистор за рахунок інших близько розташованих компонентів? Наскільки буде змінюватися при нагріванні величина його опору? Чи будуть носити такі зміни критичний характер? Користуючись рекомендаціями, наведеними вище, багатьох проблем, можливо, вдасться уникнути!

• Розрахований використовуваний компонент схеми на напругу, яка використовується в схемі, особливо за умови максимального значення сигналу? (Розгляд даного чинника може виявитися вельми важливим в разі резистора сіткового зсуву для потужних радіоламп, що мають низьке значення посилення, наприклад, таких, як лампа 845.)

• Чи не викличе падіння напруги постійного струму на резисторі неприйнятно високий рівень надлишкових шумів? Якщо це так, необхідно розглянути питання застосування об'ємних фольгових, або дротяних резисторів.

Потужність розсіювання резистора

Чи буде рівень потужності, що розсіюється резистором, достатній при всіх режимах роботи? Чи зможе змінний сигнал звукової частоти значно нагріти резистор, щоб викликати зміна номінального значення і викликати порушення в роботі схеми? Якщо необхідно використовувати компонент з високим значенням потужності розсіювання, то які необхідно вжити заходів, щоб забезпечити ефективне відведення тепла, що виділяється цим компонентом схеми? Чи не буде цей компонент нагрівати інші, близько розташовані компоненти, які можуть виявитися дуже чутливими до виділяється тепла?

Конденсатори мають здатність накопичувати і зберігати електричний заряд. Заряд зберігається на двох ізольованих один від одного пластинках конденсатоpa, між якими докладено зовнішня напруга. Якщо напруга між обкладками конденсатора відсутня, то заряд також відсутній і прийнято вважати, що конденсатор розряджений.

Всі конденсатори, застосовувані в електротехніці, складаються з двох основних частин: пари струмопровідних пластин, або обкладок, і ізолюючого матеріалу, званого діелектриком, який розділяє обкладки. У найпростішому вигляді конденсатор складається з двох плоско-паралельних пластин, розділених вакуумом.

Цілком очевидним є той факт, що ємність плоского конденсатора прямо пропорційна площі А його пластин і обернено пропорційна відстані d між ними. Цього слід було очікувати, так як якщо розсовувати пластини на нескінченно велику відстань, то дедалі менші заряди пластин не зможуть взаємодіяти один з одним, а кожна пластина окремо вже не буде конденсатором. Якщо заряд накопичується на пластинах, то можна покласти, що внесення будь-якого матеріалу k між пластинами вплине на ємність конденсатора, шляхом ослаблення взаємодії між зарядженими пластинами. Вищенаведені аргументи можна викласти кілька формальним способом, використовуючи наступне співвідношення:

Для того, щоб розрахувати реальне значення ємності конденсатора, необхідно ввести деяку постійну, що характеризує ступінь ослаблення взаємодії між пластинами за рахунок введення діелектрика. З фізики відомо, що під дією електро-статичного поля, що виникає між двома зарядженими обкладками, відбувається поляризація діелектрика, в результаті викликає ослаблення напруженості цього самого поля. Для обліку цього явища, замість емпіричного коефіцієнта k, в формулу необхідно ввести спеціальні фізичні величини, звані діелектричними постійними: щоб отримати рівняння, наведене нижче:

В даному виразі присутні дві діелектричні проникності: постійна # 949; 0 відомий, як абсолютна діелектрична проникність вакууму і для системи одиниць СІ дорівнює: # 949; 0 = 8,854 * 10 -12 Ф / м. Константа # 949; r. характеризує відносну діелектричну проникність матеріалу, вміщеного в якості діелектрика між пластинами конденсатора, пов'язана зі значенням абсолютної діелектричної проникності, причому завжди значення # 949; r> 1.

Нескладний розрахунок, проведений з використанням даного рівняння, показує, що в умовах вакууму (хоча з відомим наближенням можна вважати, що результат, отриманий для умов повітряного зазору, буде майже ідентичний результату, отриманого для умов вакууму) плоский конденсатор, що має площу пластин 1 м 2. і які розділені відстанню 10 см, матиме ємність 88,5 пФ. Якщо подивитися на реальні схеми лампового підсилювача, то це не така вже й велика ємність, а подібні розміри конденсатора, просто неприпустимо великі. Зрозуміло конструкції реальних конденсаторів такі, що їх розміри набагато менше, ніж в розглянутому прикладі.

Зменшення зазору між пластинами і збільшення кількості пластин

Найпростішим способом збільшити ємність конденсатора без збільшення його геометричних розмірів, є зменшення зазору між пластинами, тому в промислово випускаються конденсаторах величина відстані між ними становить 5 мкм або ще менше.