|
| |
  |
Главная » Книги и журналы 1 2 3 4 5 6 7 ... 52 Необратимые изменения сопротивления проволочных резисторов при эксплуатации во влажной среде невелики. Однако при нахождении токопроводящих деталей резисторов под напряжением может иметь место электрохимическая коррозия проводов, протекающая тем интенсивнее, чем меньше сопротивление изоляции, выше влажность и концентрация агрессивных примесей в окружающей среде. В результате может произойти обрыв провода намотки. Объемное увлажнение изоляционных деталей в условиях повышенной влажности приводит к снижению сопротивления изоляции резисторов. Скорость проникновения влаги зависит от влажиостных характеристик изоляционных материалов (коэффициента диффузии влагн, растворимости и влагопроницаемости), толщины защитного покрытия, температуры и влажности окружающей среды. 5.3. Частотные свойства резисторов и особенности работы в импульсных режимах . Частотные свойства проявляются при работе резисторов на переменном токе, при этом полное сопротивление становится комплексным Z-Ra+jRp, где Z - полное сопротивление резистора на переменном токе; R - активная составляющая сопротивления резистора, jRp - реактивная составляющая сопротивления резистора. Поэтому при использовании резисторов .в цепях переменного тока высокой частоты или в импульсных устройствах с короткими длительностями импульсов (фронтов) необходимо учитывать зависимость их полного сопротивления от частоты, которая обусловлена появлением реактивных составляющих за.счет наличия собственных емкостей и индуктивностей. При этом для непроволочных резисторов с номинальным сопротивлением порядка килоома и выше она определяется в основном собственной емкостью; для иизкоомных (единицы и десятки ом) - индуктивностью арматуры и нарезки резистивного элемента. Резисторы, используемые в аттенюарах, колебательных контурах, усилителях высокой частоты, должны обладать только активным сопротивлением, т. е. быть по возможности безреактивными и сохранять свое -значение неизменным по всему требуемому диапазону частот. Однако, несмотря на применение специальных способов изготовления (тонкие резистивные пленки с малым значением поверхностного эффекта, специальные геометрические, формы токопроводящего элемента, конструкция контактного узла, технологическая обработка и т. д.), в' резисторах на высоких частотах сказывается влияние собственной емкости и индуктивности. Кроме того, появляются потери на вихревые токи в металлических деталях резисторов и диэлектрические потери в керамических основаниях и покрытиях. Частотную погрешность специальных СВЧ резисторов (для этих целей используют только непроволочные резисторы специальной конструкции) нормируют ее допустимым значением в определенном интервале частот. Конструкции высокочастотных резисторов самые разнообразные: цилиндрические (стержневые и трубчатые), дисковые и пластинчатые. Такое разнообразие форм определяется тем, что в высокочастотной аппаратуре резисторы являются не только элементом схемы, а составной, иногда основной, частью конструкции приборов, например волноводов, аттенюаторов, поглотителей и т. п, Реактивность резистора удобно характеризовать интервалом частот или граничной частотой, при которой погрешность не превышает допустимого значения. Считается вполне приемлемым, если полное сопротивление резистора на переменном токе отличается от сопротивления постоянному току на 10 %. Граничная частота, на которой может работать резистор, fip-l/nRC, где R - номинальное сопротивление резистора, С - собственная емкость резистора. Собственные емкости наиболее распространенных типов непроволочных резисторов приведены в табл. 5.2. Зная собственную емкость резистора, граничную частоту можно определить также с помощью номограммы рис. 5.1. Например, соб- Таблица 5.2. Собственная емкость непроволочных резисторов
Rm,MOm W -г 3,3н0м ю -г
1с Рис. 5.1. Зависимость граничной частоты от номинального сопротив-. Ленин и собственной емкости непроволочных резисторов ственная емкость резистора С2-33 (0,5 Вт) составляет 0,2 пФ. На оси ординат находим значение 3,3 кОм и проводим горизонтальную линию до пересечения с наклонной линией С=0,2 пФ. Затем проектируем точку на ось абсцисс и получаем значение граничной частоты 20 МГц. Наименьшие значения реактивности имеют металлодиэлектрические и металлопленочные резисторы. Вклад реактивности в модуль полного сопротивления пренебрежимо мал по сравнению с вкладом активной части сопротивления, особенно у СВЧ резисторов С2-10 и С2-34. Аттенюаторы, собираемые на этих резисторах, могут работать иа частотах порядка 1000 МГц. На более высоких частотах ис-тпользуют специальные пластинчатые резисторы типа Сб. Проволочные резисторы имеют гораздо большие собственные емкости и индуктивности, поэтому их граничные частоты на два-три порядка 1п же, чем нецроволочных. При работе иа переменном токе в фазо-нечувствительных цепях их характеризуют погрешностью полного сопротивления, а в фазочувствительных цепях - дополнительно еще углом фазового сдвига q>. Постоянная времени т, которая характеризует частотные свойства проволочных резисторов, при выполнении условия и-Ссоо в определенном диапазоне не зависит от частоты: x=LIR-CR, где со - круговая частота цепи переменного тока; (Оо=1/АLC - собственная круговая частота резистора, L - индуктивность резистора, С~ емкость резистора, R - сопротивление резистора. Обычно проволочные резисторы применяются в электрических цепях с частотой, значительно меньшей собственной частоты резистора (00=10(0. В этом случае тангенс угла фазового сдвига 1§ф= - (i>(LIR-CR)=(i)x. Если намотка резистивного элемента производилась на металлический каркас или же резистор имел металлический корпус, то на частотную погрешность, кроме индуктивности витков и межвитковой емкости, будут оказывать влияние распределенные емкости между' обмоткой резистивного элемента и металлическим каркасом или кожухом. Все вышеизложенное справедливо для постоянных и переменных проволочных резисторов, включенных по реостатной схеме. У переменных проволочных резисторов, включенных по потенциометрической схеме, основной характеристикой будет фазовый . сдвиг между входным и выходным напряжением. При этом фазовый сдвиг не зависит от индуктивности и межвитковой емкости, а определяется в основном распределенной емкостью между обмоткой резистивного элемента и металлическими деталями резистора (каркасом резистивного элемента и корпусом). Однако прн перемещении подвижного контакта по резистивн(эму элементу фазовый сдвиг может изменяться. Для уменьшения реактивных составляющих при разработке резисторов применяют различные способы намотки резистивного элемента (бифилярная, перекрестная, встречное включение слоев или секций и. т. п.), а также методы компенсации, когда составляющие постоянной времени от емкости и индуктивносГти взаимно компенсируют одна другую. В электрических цепях с частотой до десятков и сотен килогерц используют резисторы низкоомные (до 10 кОм) с однослойной намоткой резистивного элемента. Их постоянная времени составляет 10--Юг- с, Высокоомные резисторы с многослойной намоткой имеют постоянную времени 10--10- с и практически не могут быть использованы на частотах свыше 10-50 кГц. Импульсный режим характеризуется тем, что через резистор проходят периодически повторяющиеся ампульсы тока, мгновенные значения которого могут значительно превышать токи для режима непрерывной нагрузки. При использовании резисторов в импульсных схемах приходиться считаться с тем, что: паразитные емкости и индуктивности вызывают искажения формы импульсов, проходящих через резистор, и уменьшение максимального значения сигнала за счет изменения модуля сопротивления; электрическая энергия, рассеиваемая в резисторе во время действия импульса, расходуется в основном на нагрев резистнвного элемента, поэтому ее значение ограничивается допустимой температурой резистнвного элемента, при этом импульсная мощность рассеяния может значительно превышать мощность рассеяния при непрерывной нагрузке; напряжение на резисторе во время импульса не должно превышать значений, определяемых напряжением пробоя изоляционных материалов и воздушных зазоров. Форма импульса практически сохраняется удовлетворительной при выполнении условия /макс>0,35/тф, где / акс - высокочастотная граница пропускания резистора, прн которой модуль сопротивления изменяется В 1/А2 раз, тф - длительность фронта импульса. Максимально допустимая длительность импульса ограничивается температурой нагрева резистивиого элемента за время действия импульса, т. е. ограничивается допустимой энергией каждого отдельного импульса и средней температурой резистора. Допустимая амплитуда импульсного напряжения 1,= дкиРяот где - номинальное сопротивленне резистора; f дон - допустимая мощность рассеяния резистора на постоянном токе; q - допустимая перегрузка (отношение импульсной мощности к номинальной мощности резистора). Однако расчетное значение им-пульслого напряжения не должно превышать указываемого в документе на поставку предельного импульсного напряжения, обусловленного напряжением пробоя изоляционных материалов и воздушных зазоров, имеющихся в резисторе. При выборе электрического импульсного режима необходимо исходить из уровня средней мощности, при этом оиа не должна превышать номинальной. Средняя мощность, рассеиваемая на резисторе, зависит от формы импульса и вычисляется по формулам при воздействии прямоугольных импульсов ор=иУи/н; . при воздействии импульсов треугольной формы при воздействии трапецеидальных импульсов % = KW)k-(2/3)(t* + Tj]; при воздействии постоянного напряжения с наложением импульсов прямоугольной формы 1- 45 Таблица 5.3. Значения предельно допустимой электрической нагрузки в зависимости от средней мощности и длительности импульсов для непроволочиых резисторов МЛТ, ОМЛТ, МТ, С2-33 С2-ЗЗН. С2-23 S-go, Длительность импульса, мс, не более Допустимая нагрузка (отношение мощности в импульсе к номинальной Рц/Рц)
.Таблица 5.3а. Значения предельно допустимой электрической нагрузки в зависимости от средней мощности и длительности импульсов для непроволочных резисторов С2-Зе, С2-31, С2-13, С2-14 Отиошенне средней мощности к номинальной Длительность импульса, мс, не более 0,1 I 0,2 I 0.4 1 0,5 I 1,0 I 2,5 I 5 ( 10 I 16 I 20 Допус тимая перегрузка (отношение мощности в импульсе
Окончание табл. 5.3а Отношение средней мощности к иолинальной Длительность импульса, мс, ие более 0.1 I 0.2 I 0,4 I 0,5 I 1.0 1 2.5 ) Б Ю 15 20 Допустимая перегрузка (отношение мощности в импульсе 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0.85 0,90 0,95 1,00 2 2 1 1 при воздействий импульсного напряжения сложной формы = J Г Т J R. aJt) dt н где Uk - амплитуда напряжения в импульсе; U - напряжение постоянного тока; ти - длительность импульса; f - частота следования импульсов; - номинальное сопротивление резистора; Тф - длительность фронта импульса; Тс - длительность среза импульса; Г-период следования импульсов; с(f) - аналитическое выражение изменения напряжения во времени. Значения допустимой перегрузки резисторов определяются в зависимости от средней мощности и длительности импульсов. В табл. 5.3, 5.3а приведены ориентировочные данные по импульсным нагрузкам конкретных типов непроволочных резисторов. Допустимые значения перегрузок для резисторов типа ВС при работе с импульсами длительностью более 500 мкс и- прн Рср=0,5Ря приведены в табл. 5.4. Допустимое значение градиента импульсного напряжения на проводящем элементе пленочных резисторов, у которых практически вся энергия в импульсном режиме идет на его нагрев, определяется температурой нагрева резистора, длительностью импульса и конст- Т а блиц а 5.4. Значения электрической нагрузки для резисторов ВС в зависимости от длительности импульсов
рукцией резистора (толщина и однородность проводящего слоя, площадь теплопроводящей поверхности и т. п.). Поэтому резисторы, предназначенные для работы в импульсном режиме, должны обладать высокой степенью однородности резистивного элемента, так как при повыщениом градиенте напряжения в местах неоднороднос-тей возможны существенные локальные перегревы. Проволочные резисторы, имеющие многослойную намотку, могут работать в импульсных режимах с напряжением не выше номинального. При прохождении импульсного тока через проволочный резистор с однослойной намоткой мгновенная мощность рассеяния может существенно превышать мощность рассеяния непрерывной нагрузки. Это объясняется тем, что температура перегрева проволочного резистора за время действия импульса, как правило, меньше, чем при непрерывной нагрузке. Возможность использования проволочного резистора в импульсных схемах необходимо оценивать по максимальной температуре перегрева резистивней проволоки во время действия импульса, а не по средней температуре перегрева, определяемой средней мощностью рассеяния. Максимальная температура перегрева резистивиой проволоки не должна превышать максимально допустимой температуры проволочного резистора, определяемой при непрерывной нагрузке. Иначе может произойти интенсивное окисление поверхности резистивиой проволоки и разрушение изоляционных материалов, находящихся в тепловом контакте с резистивиой проволокой. Этот эффект особенно будет сказываться при прохождении коротких импульсов, так как почти вся энергия импульса будет затрачена на разогрев резистивиой проволоки, постоянная времени нагрева которой значительно меньше постоянной времени нагрева всего резистора. Максимально допустимая амплитуда импульса напряжения на проволочном резисторе, кроме теплового режима, ограничивается также значением пределыю допустимого напряжения, определяемого напряжением пробоя изоляционных материалов и воздушных промежутков. Для всех резисторов при мощности в импульсе, не превышающей номинальную, допускается работа без ограничения длительности импульсов. При необходимости- эксплуатации резисторов в условиях повышенной температуры окружающей среды, а также пониженного давления допустимый уровень средней мощности следует снижать в тех же соотношениях, как и. при постоянной нагрузке. 5.4. Указания по выбору и правильному применению резисторов Эксплуатационная надежность резисторов во многом определяется правильным выбором нужного типа резистора при проектировании аппаратуры и использовании их в режимах, не превышающих допустимые. Следует заметить, что в справочнике рассматривают допустимые режимы работы резистора и налагаемые при этом ограничения в зависимости от воздействующих факторов лишь с точки зрения устойчивой работы самого резистора, не касаясь схемотехники и влияния параметров резистора на другие элементы. Влияние ТКС, ЭДС шумов, коэффициента нелинейности, паразитной емкости и индуктивности должно учитываться дополнительно исходя из конкретных условий применения, Для правильного выбора резистора необходимо на о^цове требований к аппаратуре в части климатических, механических и других воздействий проанализировать условия работы каждого резистора внутри каждого блока аппаратуры-и определить: эксплуатационные факторы (интервал рабочих температур, относительную влажность окружающей среды, атмосферное давление, механические нагрузки и др.); значения параметров и их допустимые изменения в процессе эксплуатации (номинальное сопротивленне, допуск, сопротивление изоляции, шумы, вид функциональной характеристики переменных резисторов, ТКС и др.); допустимые режимы и рабочие электрические нагрузки (мощность, напряжение, частота, параметры импульсного режима и т. д.); показатели надежности, долговечности и сохраняемости; конструкцию резисторов, способ монтажа, габаритные размеры и массу. В целях повышения надежности и долговечности резисторов во всех возможных случаях, следует использовать нх при менее жестких нагрузках и в облегченных режимах по сравнению с допустимыми. Указания по монтажу и креплению. Применяемые споробы монтажа и крепления резисторов должны обеспечивать необходимую механическую прочность, надежный электрический контакт и исключение резонансных явлений во время воздействия вибрационных нагрузок. В зависимости от конструктивного нсполнеиня и условий эксплуатации резисторы могут крепиться на монтажные стойки, платы, панели, шасси и колодки с помощью винтов, шпилек, хомутов, скоб, держателей, а также путем приклейки, заливки, пайки за выводы. Примеры крепления приведены на рис. 5.2 и 5.3..Клей и компаунды для приклеивания и заливки должны обеспечивать хорошую теплопроводность, адгезию и нетоксичность к покрытиям резисторов. Крепежные приспособления не должны повреждать корпус и защитные покрытия резисторов. Устройства для крепления не должны ухудшать условий теплоотвода. Контактирование выводов резисторов с другими элементами производится обычно пайкой или сваркой. Пайку следует произво- Таблица 5.5. Вид вала ВС-1 - сплошной гладкий Размеры, мм
4-715  
Рис. 5.2. Крепление постоянных резисторов; а, б, е - за выводы, г, д - скобой, хомутнком; держателем с последующей распайкой выводов; е - групповой способ, ж, а, и - за выводы с дополнительным креплением клеящими материалами Таблица 5.6. Вид вала ВС-2 - сплошной со шлицем Размеры, мм
Таблица 5.7. Вид вала ВС-3 - сплошной с лыской
  Рис. 5.3. Крепление переменных резисторов: а - гайкой за штуцер, б, е - винтами, г, д - приклеиванием, е - групповой способ с помощью винтов и шпилек, OIC, 3 - пайкой за выводы дить бескислотными флюсами, при этом не должно происходить опасного перегрева выводных узлов резистора. Допускается пайка Таблица 5.8. Вид вала ВС-4 - сплошной с двумя лысками Размеры, мм
1 2 3 4 5 6 7 ... 52 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||