Общие теоретические сведения. Лабораторный практикум по электронике

Лабораторный практикум по электронике

Учебное пособие

Лабораторная работа №1

Измерение сопротивления резисторов

Цель работы: Получить практические навыки применения мультиметра для измерения сопротивления резисторов. Исследовать свойства последовательного, параллельного и смешанного соединения резисторов.

Оборудование: Учебный стенд.

Общие теоретические сведения

Резистор (от латинского resisto - сопротивляюсь) - промышленное изделие, основное функциональное назначение которого обеспечивать определенное соотношение между током и приложенным к нему напряжением. Резисторы регулируют и распределяют электрическую энергию между цепями и элементами схем. Резисторы выпускают номинальным сопротивлением от единиц Ом до сотен Мегаом. При изготовлении резисторов возможно отклонение сопротивления от номинального значения. Это отклонение, выраженное в процентах, характеризует класс точности. Классы точности введены для того, чтобы знать, насколько может отличаться сопротивление данного резистора от номинального значения и в каких целях, в какой аппаратуре его можно использовать. Резисторы, имеющие отклонение от номинального сопротивления 5 %, относятся к первому классу точности, 10%- ко второму и 20%- к третьему. Резисторы, имеющие отклонение менее 5%, относятся к высшему классу.

Условные обозначения номинальной мощности на принципиальных схемах показаны на рис. 1.

0,05 Вт 0,125 Вт 0,25 Вт 0,5 Вт 1 Вт 5 Вт 10 Вт

Рис.1

На резисторах относительно больших размеров номинальное сопротивление маркируют, применяя общепринятые сокращения обозначения единиц, и указывают возможное отклонение от номинала в процентах.

В связи с миниатюризацией деталей резисторы новых типов маркируют по специальному коду. Принято обозначать: Е- омы, К- килоомы, М- мегаомы.

Все сопротивления от 100 до 910 Ом выражают в долях килоома, например 120 Ом = 0,12 кОм, при этом нуль и запятую заменяют условной буквой - К12, т.е. букву ставят впереди сотых долей. Если нужно обозначить целое число с десятичной дробью, то запятую заменяют буквой, например, 4,7 кОм - 4К7.

Допустимое отклонение от номинального сопротивления постоянного резистора кодируют буквой, располагаемой за последней цифрой, указывающей номинальное сопротивление. Принято обозначать: + 0,1% -Ж, + 0,2% -У, + 0,5% - П, + 1% - Д, + 2% - Р, + 5% - И, + 10% -С, + 20% -В, + 30% -Ф. Тогда резистор сопротивлением 0,7 МОм + 0,1% -Ж будет маркирован М7Ж.

Наименование типов резисторов последних выпусков начинается буквой С, после которой следует цифра, характеризующая токопроводящий слой резистора: 1-пленочный углеродистый, 2-металлопленочный или металлоокисный, 3-пленочный композиционный, 4-обьемный, 5-проволочный. После цифры ставят черточку (дефис) и порядковый номер конструктивного варианта резистора.

Общая классификация составлена по ряду признаков присущих многим изделиям электронной техники: назначению, способу монтажа, способузащиты и т. п. В основу конкретной классификации (рис.2) положен материал резистивного (токопроводящего) элемента. В зависимости от назначения резисторы подразделяются на две группы: 1) общего назначения и 2) специального назначения (прецизионные и сверхпрецизионные, высокочастотные, высоковольтные, высокоомные).

Резисторы общего назначения используются в качестве различных нагрузок, поглотителей и делителей в цепях питания, элементов фильтров, шунтов, в цепях формирования импульсов и т. п. Диапазон номинальных сопротивлений этих резисторов 10 Ом - 10 МОм, номинальные мощности рассеивания 0,062-100 Вт. Допускаемые отклонения сопротивления от номинального значения ±1; ±2; ±5; ±10; ±20%.

Высокомегаомные резисторы имеют диапазон номинальных сопротивлений от десятков мегаом до сотен тераом и рассчитываются на небольшие рабочие напряжения (100-400 В). Поэтому они работают в ненагруженном режиме и мощности рассеивания их малы (менее 0,5 Вт). Высокомегаомные резисторы применяют в электрических цепях с малыми токами, в приборах ночного видения, дозиметрах и в измерительной аппаратуре.

В зависимости от способа монтажа в аппаратуре как постоянные, так и переменные резисторы могут выполняться для печатного и навесного монтажа, а также для микромодулей и микросхем или для сопряжения с ними.

В зависимости от способа защиты от внешних воздействующих факторов резисторы конструктивно выполняются: изолированными, неизолированными, герметизированными и вакуумными.

Неизолированные резисторы (с покрытием или без покрытия) не допускают касания своим корпусом шасси аппаратуры. Напротив, изолированные резисторы имеют достаточно хорошее изоляционное покрытие (лаки, компаунды, пластмассы и т. п.) и допускают касания корпусом шасси или токоведущих частей аппаратуры.

Герметизированные резисторы имеют герметичную конструкцию корпуса, которая исключает возможность сообщения окружающей среды с его внутренним пространством. Герметизация осуществляется с помощью керамических или металлических корпусов, а также с помощью опрессовки специальным компаундом.

Вакуумные резисторы - резисторы, у которых резистивный элемент с основанием помещается в стеклянную вакуумную колбу. По существу, это разновидность герметизированного резистора.

Рис. 2

По характеру изменения сопротивления все резисторы подразделяются на постоянные и переменные. Переменные, в свою очередь, делятся на подстроечные и регулировочные.

Постоянные резисторы имеют фиксированное сопротивление, которое в процессе элксплуатации не регулируется. Переменные резисторы - регулировочные, допускают изменение сопротивления в процессе их функционирования в аппаратуре. Сопротивление подстроечных резисторов изменяется при разовой или периодической регулировке и не изменяется в процессе функционирования аппаратуры.

Переменные резисторы по конструкции могут быть выполнены:

· одноэлементными и многоэлементными (сдвоенные, строенные и счетверенные);

· с круговым и прямолинейным перемещением подвижного контакта;

· однооборотными и многооборотными;

· с выключателем и без выключателя;

· с упором и без упора;

· с фиксацией и без фиксацииположения подвижной системы;

· с дополнительными отводами и без дополнительных отводов.

В зависимости от материала резистивного элемента (рис.3) резисторы подразделяют на следующие группы: проволочные с резистивным элементом из волоченой или литой проволоки с высоким удельным сопротивлением; непроволочные; металлофольговые с резистивным элементом из фольги определенной конфигурации, нанесенной на изолированное основание.

Непроволочные резисторы можно подразделить на тонкопленочные (толщина слоя — нанометры), толстопленочные (толщина — доли миллиметра), объемные (толщина — единицы миллиметра). Разумеется, приведенное разделение слоев весьма условное. Четкой градации по толщине, вообще говоря, не существует.

Тонкопленочныерезисторы подразделяются: на металлодиэлектрические, металлоокисные и металлизированные с резистивным элементом в виде микрокомпозиционного слоя из диэлектрика и металла, или тонкой пленки окиси металла, или сплава металла; углеродистые и бороуглеродистые, проводящий элемент которых — пленка пиролитического углерода или борорганических соединений.

К толстопленочным резисторам относят лакосажевые, керметные и резисторы на основе проводящих пластмасс. Объемные резисторы могут быть с органическим и неорганическим связующим диэлектриком. Проводящие резистивные слои толстопленочных и объемных резисторов представляют собой гетерогенную систему (композицию) из нескольких фаз, получаемую механическим смешением проводящего компонента, например графита или сажи, металла или окисла металла, с органическими или неорганическими связующими (смолы, стеклоэмали), наполнителем, пластификатором и отвердителем. После соответствующей термообработки образуется гетерогенный монолитный слой с необходимым комплексом резистивных параметров.

Лакосажевые композиции формируются на основе синтетических смол в виде лаковых растворов. Проводящим компонентом является сажа. Резисторы на основе этих композиций называют лакосажевыми, лакопленочными или пленочными композиционными.

В объемных резисторах в качестве связующего компонента используют органические смолы или стеклоэмали. Проводящей фазой является сажа.

В резистивных керметных слоях основным проводящим компонентом являются металлические порошки и их смеси, представляющие собой керамическую, стеклянную или полимерную основу с равномерно распределенными частицами металла. Широкое применение нашли системы палладий - окись палладия - серебро - стекло и системы на основе рутения.

В резисторах на основе проводящих пластмасс резистивный элемент формируется горячим прессованием из проводящей композиции в виде пресспорошков, изготовленных на основе связующих полимеров (диаллилфталатных, фенольных и других смол) и сажи. Возможны металлопластмассовые композиции, проводящим компонентом которых являются металлы.

Рис. 3.

Полупроводниковый резистор является простейшим элементом электрической цепи. Он применяется для ограничения тока в цепи и создания необходимого потенциала на том или ином участке цепи. Резисторы классифицируются на постоянные, переменные и подстроечные. Также они отличаются по типу материала и области применения. Единица измерения сопротивления резистора Ом. Производные единицы измерения: КОм=10³ Ом, МОм=10⁶ Ом, ГОм=10⁹ Ом и т.д. В некоторых случаях используется последовательное и параллельное соединение резисторов. При последовательном соединении резисторов, общее сопротивление цепи равно сумме сопротивлений резисторов и находится по формуле:

R_общ=R₁+R₂+….+ Rn.

При параллельном соединении резисторов, общее сопротивление находится по формуле:

R_общ =(R₁*R₂)/ (R₁+R₂)

При смешанном соединении резисторов, общее сопротивление находится с учётом схемы соединения, основываясь на вышеприведённых формулах.

При измерении величины сопротивления резистора, необходимо обесточить цепь, т.е. отключить питание схемы.

Рис. 4