Rezystory.

Rezystory

Materialy oporowe:
Materialy oporowe dziela sie na:
a) metalowe - maja dodatni TWR (Temperaturowy wspólczynnik rezystancji) tzn, ze ze wzrostem temperatury ich rezystywnosc rosnie.
b) niemetalowe - maja ujemny TWR.

Wlasnosci materialów oporowych:
a) duza rezystywnosc
b) maly TWR
c) odpornosc na utlenianie
d )odpornosc na dzialanie czynników chemicznych
e) wysoka temperatura topnienia
f) duza trwalosc

Do materialów oporowych zaliczamy:
- manganin
- konstantan
- kantal
- nikielina
- nichrom
- silit
Materialy oporowe stosujemy w rezystorach, elementach grzejnych oraz termoelementach.


Cos o samych rezystorach.
Obecnie rezystory sa produkowane jako: drutowe, warstwowe, objetosciowe i cienkowarstwowe. Moga one byc nienastawne i nastawne. W rezystorach drutowych i warstwowych na cylindrze lub plytce z materialu izolacyjnego jest nawinieta spirala z drutu oporowego (nikieliny, konstantanu, manganinu, kantalu) lub naniesiona warstwa oporowa (ze stopów metalowych lub wegla pyrolitycznego). Konce rezystora sa dolaczone do metalowych pierscieni z przewodami wyprowadzeniowymi (koncówkami). Rezystory objetosciowe sa zbudowane z masy oporowej, w której sa zaprasowane wyprowadzenia metalowe.

Najwazniejszymi parametrami rezystorów sa:
-Rezystancja znamionowa, podawana z najwiekszymi dopuszczalnymi odchylkami (tolerancjami) zawartymi w przedziale 0,1% - 20%
-Moc znamionowa, równa najwiekszej dopuszczalnej mocy mozliwej do wydzielenia w rezystorze.
-Napiecie znamionowe, równe najwiekszemu napieciu nie powodujacemu zmiany wlasciwosci rezystora, a w szczególnosci jego uszkodzenia. Wartosci znamionowe napiec dla wiekszosci rezystorów wynosza od kilkudziesieciu do kilkuset woltów.

Do celów regulacyjnych, np plynnej nastawy poziomu sygnalu, sluza rezystory, noszace nazwy potencjometrów (np: potencjometr to wlasnie to, czym podglaszasz radio czy telewizor). Element taki sklada sie z czesci izolacyjnej pokrytej masa oporowa (lub z nawinietym drutem oporowym) oraz szczotki przemieszczajacej sie po czesci oporowej. Potencjometr ma trzy koncówki - dwie zewnetrzne (p i k) oraz szczoteczke (s) Parametry potencjometrów sa analogiczne do parametrów rezystorów nienastawnych. Rezystancja miedzy koncówka poczatkowa (p) i szczoteczka (s), w zaleznosci od jej polozenia, moze zmieniac sie liniowo, logarytmicznie lub wykladniczo.
Rezystory ograniczaja przeplyw pradu, zapewniajac w ten sposób wlasciwe napiecie i prad (natezenie) w innych miejscach obwodu.


Rezystory w obwodach
Rezystory w obwodzie mozemy montowac szeregowo lub równolegle.

a) laczenie szeregowe - jest to takie laczenie w którym miejsca polaczen rezystorów nie sa rozgalezieniami



- Uklad taki charakteryzuje sie tym, ze natezenie pradu plynacego przez obwód jest jednakowy dla wszystkich rezystorów (odwrotnie bedzie w laczeniu równoleglym )
- Napiecie calkowite jest suma napiec na poszczególnych rezystorach. ( Uklad szeregowy rezystorów nazywamy tez dzielnikiem napiecia poniewaz napiecie calkowite przylozone do obwodu dzieli sie na poszczególne oporniki i jest zalezne od ich rezystancji)
- Dowolna ilosc szeregowo polaczonych rezystorów mozna zastapic jednym. Obliczamy go sumujac rezystancje poszczególnych rezystorów.


Rz = R1 + R2 + R3...

Przykladowo: mam trzy rezystory polaczone szeregowo: pierwszy ma 2W (czytaj "om"), drugi 3W i trzeci, który ma 4W. Tak wiec te trzy rezystory mozemy zastapic jednym o rezystancji Rz = 2 + 3 + 4 = 9W. Prawda, ze proste?

Dzielniki napiecia:
Fakt, ze w szeregowym polaczeniu rezystorów napiecie calkowite rozklada sie na poszczególne rezystory (dzieli sie) wykorzystano w dzielnikach napiec. Sa to uklady sluzace do regulacji czyli zmiany napiecia. Dzielniki napiec tworzy sie:
a) z uzyciem rezystorów stalych
b) z uzyciem potencjometrów
c) laczenie równolegle - to takie, w którym odbiorniki (rezystory) sa wlaczone w 2 te same wezly obwodu.


Mamy trzy rezystory polaczone równolegle

- Laczenie takie charakteryzuje sie tym, ze prad (inaczej natezenie) doplywajacy do polaczenia jest suma pradów poszczególnych rezystorów.
- Napiecia na elementach polaczonych równolegle sa jednakowe.
- Dowolna ilosc równolegle polaczonych rezystorów mozna zastapic jednym.

Rezystory sa najczesciej spotykanymi elementami w ukladach elektronicznych. Skladaja sie zwykle z korpusu izolacyjnego z wyprowadzeniami oraz z czesci oporowej wyprodukowanej z materialu o znanej opornosci wlasciwej (r). Maja postac preta, rurki, folii, warstwy powierzchniowej, lub drutu o pewnej dlugosci (I) i powierzchni przekroju (A). Opisane to jest wzorem.

R = r x I / A

Jednostka miary rezystancji R jest 1 om (W). 1 om jest to rezystancja, która przy napieciu o wartosci 1 V odpowiada przeplywowi ladunku 1 C/sek, czyli pradowi o wartosci 1 A.

Opornik, który ma rezystancje niezalezna od pradu, napiecia i czynników zewnetrznych takich jak np. temperatura i swiatlo, nazywany jest rezystorem liniowym, lub po prostu rezystorem. Jesli rezystor zmienia swoja rezystancje w zaleznosci od pradu, napiecia, lub jakiegos czynnika zewnetrznego, to wówczas nazywamy go rezystorem nieliniowym, albo uzywamy nazwe wskazujaca od czego zalezna jest rezystancja.

Zeby uproscic konstrukcje oraz dystrybucje rezystorów, produkuje sie je ze standardowymi wartosciami rezystancji. Najczesciej spotykany jest w handlu szereg wartosci E, R oraz szeregi dekadowe. Szeregi E i R tworzone sa wg harmonicznego podzialu kazdej dekady. Pelniejsze okreslenie szeregu to np. E192, E24 i R40. Okreslenie E192 oznacza, ze w dekadzie wystepuje 192 wartosci. Obliczajac je wychodzi sie z liczby 10, która sie dzieli przez pierwiastek 192-stopnia z 10. Wynikiem tego bedzie 9,88, które dzieli sie ponownie przez pierwiastek 192-stopnia z 10, z czego otrzymuje sie 9,76 itd., az sie dojdzie do wartosci 1,00 po 192 dzieleniach. W ten sam sposób otrzymuje sie 24 wartosci dla szeregu E24 poprzez dzielenie przez pierwiastek 24 stopnia z 10. W szeregu E96 co druga wartosc jest wartoscia z szeregu E192, zas w szeregu E48 - co czwarta. To samo dotyczy szeregu E12: wystapi tam co druga wartosc z szeregu E24 itd. Szereg R (R od Renard) jest skonstruowany w ten sam sposób, z tym ze podstawa jest szereg R40 i pierwiastkiem 40 stopnia z 10 jako dzielnikiem. Szereg R stosuje sie czasami do rezystorów mocy, lub reostatów, ale najczesciej spotykamy sie z nim wsród innych elementów jak np. cewki filtrów i bezpieczniki.

Starszy szereg - dekadowy - o wartosciach 1,0; 1,5; 2,0 itd., stosuje sie w dalszym ciagu w rezystorach precyzyjnych, wykorzystywany jest tez m.in. przez amerykanskie sily zbrojne.

Oznaczanie rezystorów
Male rezystory maja najczesciej oznaczenia rezystancji, tolerancji i czasami wspólczynnika temperaturowego wykonane przy pomocy 4 do 6 znaków barwnych.

Czasami spotykamy tylko trzy paski barwne. Oznacza to, ze tolerancja wynosi +/- 20 %, Inne warianty kodów barwnych wystepuja bardzo rzadko, np. w niektórych rezystorach spelniajacych parametry wojskowe MIL, w których obwódka kolorowa wskazuje na poziom niezawodnosci (failure rate). Dawniej stosowano ostatni pasek w kolorze rózowym do rezystorów o wysokiej stabilnosci.

Pamietajmy o tym, ze cewki, kondensatory, termistory i bezpieczniki moga miec podobny wyglad zewnetrzny, i moga byc oznaczone kolorami w taki sam sposób.

Wieksze rezystory oznacza sie czesto symbolami literowymi. Wówczas piszemy R, lub E (dla W), k (dla kW) i M (dla MW) w miejscu przecinka.

0R1 =0,1W
0E1 = 0,1W
4k7 = 4,7 kW
22M = 22 MW

Czasami stosuje sie kody 3- lub 4-cyfrowe, w których dwa lub trzy pierwsze znaki sa cyframi o najwyzszym znaczeniu, a ostatnia cyfra oznacza liczbe zer.

100 = 10W
101 = 100W
103 = 10kW
4754 = 4,75 MW

Zaleznosc od czestotliwosci
Aby latwiej zrozumiec zachowanie sie rezystora mozemy uzyc prostego schematu zastepczego:


gdzie: R = rezystancja, CL = pojemnosc wlasna (zwana równiez uplywnoscia), LR = indukcyjnosc elementu oporowego i Ls = indukcyjnosc wyprowadzen.

Widac tu, ze rezystor posiada skladowe indukcyjne i pojemnosciowe. Przy zastosowaniach w obwodach pradu zmiennego (zwlaszcza w.cz.) zaczynaja odgrywac role reaktancje, które w polaczeniu z rezystancja tworza impedancje, która w niektórych wypadkach trzeba wziac pod uwage.

Przyklad : jaka impedancje bedzie mial rezystor wykonany w technologii cienkowarstwowej o wartosci 10 kW przy czestotliwosci 400 MHz? Zakladamy CL = 0,1 pF. Wyprowadzenia maja dlugosc 10 mm i srednice 0,6 mm. Przy pomocy wzoru na indukcyjnosc prostego drutu otrzymamy indukcyjnosc (Ls) równa 8,4 nH w kazdym wyprowadzeniu. Indukcyjnosc elementu oporowego (LR) mozna wyliczyc ze wzoru dla jednowarstwowej cewki powietrznej. Zakladamy srednice korpusu = 2 mm, dlugosc 4 mm i 3 zwoje. Wzór daje nam 6,9 nH. W przeliczeniu na reaktancje uzyskujemy odpowiednio: 3979 W dla CL, 21W dla Ls i 17 W dla LR.


Mozemy przyjac, ze reaktancje indukcyjne sa do pominiecia. lmpedancja (Z) przy polaczeniu równoleglym bedzie wiec wynosic:

1/Z= ( ( 1/R )2 + ( 1/XL )2 )

Wzór ten mozna równiez mozna zapisac jako:

Z = R x XL x 1 / ((R2 + XL2))

Z = 10 k x 3979 x 1 / ((10k2 + 39792)) = 3967 W

Opornik o wartosci 10 kQ ma wiec przy 400 MHz impedancje tylko 3,7 kW.

Rezystory warstwowe ponizej 100 W mozna z reguly traktowac przy w.cz. jako elementy o charakterze indukcyjnym (impedancja wzrasta z czestotliwoscia), od 100 do 470W jako prawie idealna rezystancje. Rezystory powyzej 470W nabieraja charakteru pojemnosciowego (impedancja zmniejsza sie ze wzrostem czestotliwosci). Im wieksza wartosc rezystancji, tym wieksza pojemnosc.

Rezystory drutowe maja zarówno duza indukcyjnosc, jak i pojemnosc. lch impedancja bedzie najwieksza przy czestotliwosci rezonansowej. Przy czestotliwosciach nizszych od rezonansowej maja charakter indukcyjny, przy wyzszych - pojemnosciowy.

Zaleznosc od temperatury
Prad przeplywajacy przez rezystor powoduje jego nagrzewanie. llosc ciepla zalezna jest od wydzielanej w nim mocy (P). Równa sie ona iloczynowi pradu (I) plynacemu przez rezystor i napiecia (U) , które wywoluje ten przeplyw ( P = U x I ).

Róznica temperatur miedzy powierzchnia rezystora i otoczeniem podzielona przez wydzielona w nim moc nazywana jest rezystancja termiczna (Rth). Temperature rezystora mozna wyliczyc z wzoru:

Ths = Tamb + P x Rth

Gdzie: Ths = temperatura w najgoretszym punkcie powierzchni,
Tamb = temperatura otoczenia,
P = moc w W,
Rth = rezystancja termiczna w K/W.
Wartosc maksymalna Ths zalezy od np. materialów izolacyjnych, obudowy i izolacji termicznej (Rth) pomiedzy elementem oporowym i powierzchnia.

Podawana w danych technicznych moc maksymalna jest to moc, przy której wzrost temperatury (P x Rth) i temperatura otoczenia (Tamb) wspólnie spowodowaly wystapienie maksymalnej temperatury , która rezystor wytrzymuje bez zmiany parametrów, np. stabilnosci dlugotrwalej i tolerancji.

Jesli temperatura otoczenia jest wyzsza niz temperatura dla której jest okreslona moc maksymalna (z rególy 25, 40 lub 70 stopni C) to maksymalna moc uzyteczna rezystora zmniejsza sie liniowo ze wzrostem temperatury az do zera; jest to tzw, temperatura mocy zerowej i wynosi dla rezystorów lakierowanych epoksydem ok. 150 C, rezystorów izolowanych silikonem i zamknietych w aluminium ok. 200 C, a dla rezystorów pokrytych szkliwem ok. 350 C.

Jesli przekroczy sie maksymalna temperature (Ths) rezystora, oznaczac to bedzie skrócona zywotnosc. Jezeli przekroczymy ja w sposób znaczny, to czas zycia moze wynosic sekundy, lub nawet ich czesci.

Istnieja rózne normy badania wytrzymalosci stosowane przez producentów. Normy te róznia sie od siebie wymaganiami na sposób montazu, dlugosc wyprowadzen, cyrkulacje powietrza (montaz pionowy, lub poziomy), temperature otoczenia, przyrost temperatury , temperature powierzchni i oczekiwana zywotnosc. Dlatego rezystor, który wg jednego producenta wytrzymuje 1 W, wg innego moze wytrzymac tylko 1/10 W mimo, ze jest tej samej wielkosci.

Doswiadczenie uczy ze moc maksymalna wykorzystywana jest bardzo rzadko równiez z tego wzgledu, ze temperatura polaczenia lutowanego nie powinna przekraczac 100 stopni C, aby nie ulegalo szybszemu starzeniu.

Tolerancja rezystancji jest to maksymalna odchylka od rezystancji nominalnej wyrazona w procentach. Rezystancje mierzy sie standardowo, biorac pod uwage typ urzadzenia pomiarowego, napiecie, temperature, dlugosc wyprowadzen itd. W rezystorach standardowych, tolerancja wynosi +/- (1-10) %, ale istnieja równiez wykonania specjalne, dla których tolerancja jest bardzo niska i wynosi +/- 0,005 %.

Wszystkie rezystory sa w jakis sposób zalezne od temperatury, co opisuje sie przy pomocy wspólczynnika temperaturowego. Jednostka najczesciej stosowana jest ppm/K (milionowa czesc na 1 stopien, 10-6/K). Wspólczynnik temperaturowy zmienia sie w zaleznosci od typu rezystora, Rezystory weglowe maja wzglednie duzy ujemny wspólczynnik (-200 do -2 000 ppm/K w zaleznosci od wartosci rezystancji), podczas gdy istnieja specjalne rezystory metalizowane o wspólczynniku ponizej +/- 1 ppm/K.

Maksymalne napiecie pracy jest to maksymalne stale lub zmienne napiecie, które w sposób ciagly moze byc przylozone do rezystora. Dotyczy to tylko rezystorów powyzej tzw , rezystancji krytycznej, tzn. takiej, przy której maksymalne napiecie daje maksymalna moc, która wytrzymuje rezystor. Dla opornosci powyzej rezystancji krytycznej maksymalne napiecie wyniesie:

U =(R x P)

Napiecie izolacji (wytrzymalosc napieciowa) - jest to napiecie, które wytrzymuje izolacja wokól elementu oporowego.


Szumy
We wszystkich rezystorach powstaja szumy. Z jednej strony jest to tzw. szum termiczny, który powstaje w kazdym elemencie przewodzacym prad i który wynika z faktu, ze nie wszystkie elektrony plyna w kierunku przeplywu pradu, a z drugiej strony - szum pradowy, którego wartosc zalezy od typu rezystora. Szum termiczny, który jest niezalezny od rodzaju rezystora, mozna obliczyc wg nastepujacego wzoru :

U =(4kTRB)

gdzie: U = napiecie szumów, jego wartosc skuteczna w V,
k = stala Boltzmana (1,38 x 10-23),
T = temperatura bezwzgledna w stopniach Kelvina,
R = rezystancja w W,
B = szerokosc pasma w Hz.

Szum pradowy, który zalezy np. od rodzaju materialu uzytego na element oporowy, nierównomiernosci jego powierzchni i zanieczyszczen, podawany jest z reguly w danych technicznych producenta. Poziom szumów podaje sie w mV/V lub w dB. Poziom 0 dB odpowiada 1 mV/V. Szum calkowity jest suma szumu termicznego i pradowego.

Szum calkowity = (szum pradowy2 + szum termiczny2)

Zaleznosc od napiecia
Rezystancja wszystkich rezystorów jest w jakis sposób zalezna od napiecia i zazwyczaj jest to od 10 do 1000 ppm/V. Zaleznosc ta powoduje znieksztalcenia harmoniczne - jesli mamy do czynienia z napieciem zmiennym. Czesto nazywa sie to nieliniowoscia i podaje sie w dB jako relacje miedzy przebiegiem podstawowym i jego trzecia harmoniczna.



Budowa
Rezystory weglowe kompozytowe, lub masowe sa starszym typem rezystora. Zbudowane sa w postaci walka, lub rurki weglowej z przylutowanymi wyprowadzeniami. Sklad materialowy czesci weglowej decyduje o wartosci rezystancji. Zaleta tych rezystorów jest ich niska indukcyjnosc. Dlatego sa one wlasciwe do zastosowan w ukladach przelaczajacych, jak np. w ukladach gasikowych RC i zasilaczach przetwornicowych. Inna ich zaleta jest to, ze wytrzymuja chwilowe przeciazenia bez uszkodzenia. lch duza wada jest wysoka pojemnosc wlasna ok, 0,2-1 pF w zaleznosci od typu i wartosci rezystancji. Wysoka pojemnosc wlasna, która wynika z budowy czasteczek weglowych ze srodkiem wiazacym stanowi, ze rezystory weglowe sa mniej lub bardziej bezuzyteczne przy czestotliwosciach powyzej 5-10 MHz. Posiadaja one wysoki wspólczynnik temperaturowy (-200 do - 2000 ppm/K), duza zaleznosc od napiecia ( 200-500 ppmN), wysoki szum i zla stabilnosc dlugotrwala.

Rezystory warstwowe weglowe, lub rezystory z warstwa weglowa. Skladaja sie z rurki ceramicznej, na której jest naparowana warstwa wegla o danej wartosci rezystancji. W tej warstwie mozna wykonac naciecia spiralne az do 10 zwojów przy pomocy ostrza diamentowego, lub lasera, aby osiagnac wlasciwa wartosc rezystancji. Reaktancja tej indukcyjnosci, która wystapi z powodu tej spirali jest niewielka w porównaniu z reaktancja, która wynika z pojemnosci wlasnej ok. 0,2 pF. Posiadaja one wysoki wspólczynnik temperaturowy (-200 do -1 000 ppm/K). Zaleznosc napieciowa jest ponizej 100 ppmN. Poziom szumu jest dosc wysoki, a stabilnosc dlugotrwala jest zla. Rezystory weglowe powierzchniowe sa jednakze bardzo tanie w produkcji.

Rezystory warstwowe metalowe róznia sie od weglowych tym, ze warstwa wegla zostala zastapiona warstwa metalu. Proces produkcji jest podobny. Dobre wlasciwosci dla wysokich czestotliwosci ze wzgledu na niska pojemnosc wlasna (ponizej 0,2 pF). Dla wysokich wartosci rezystancji i przy wysokiej czestotliwosci reaktancja moze jednakze odgrywac pewna role. Wspólczynnik temperaturowy jest niski (5 - 100 ppm/K). Zaleznosc od napiecia jest ok, 1 ppmN, niski poziom szumów i dobra stabilnosc dtugotrwala. Wytrzymalosc na przeciazenia impulsowe jest jednak niska, nizsza nawet niz dla rezystorów warstwowych weglowych. Dlatego nalezy byc ostroznym z wymiana rezystorów weglowych na metalowe w zastosowaniach impulsowych.

Rezystory grubowarstwowe nazywane sa czasami rezystorami "metalglaze", lub cermetowymi. Warstwa zewnetrzna sklada sie z mieszaniny tlenków metali i szkla, lub ceramiki, i jest nakladana metoda sitodrukowa na korpus ceramiczny. Tego typu rezystory maja dobre wlasnosci przy wysokich czestotliwosciach i niskich rezystancjach. Pojemnosc wlasna wynosi ok. 0,1-0,3 pF. Zaleznosc rezystancji od napiecia jest ponizej 30 ppmN. Stabilnosc dlugotrwala jest bardzo dobra. Rezystory sa wytrzymale na przeciazenia impulsowe, sa niezawodne i wytrzymuja wysokie temperatury. Poziom szumów jest porównywalny z rezystorami warstwowymi weglowymi. Rezystory do montazu powierzchniowego sa najczesciej produkowane jako grubowarstwowe.

Rezystory cienkowarstwowe maja bardzo cienka warstwe metalu, najczesciej niklu i chromu, który jest naparowywany na korpus szklany, lub ceramiczny. Rezystory sa trawione i dopasowywane przy pomocy lasera aby uzyskac wlasciwa rezystancje. Wlasnosci dla wysokich czestotliwosci na ogól nie sa dobre. Wspólczynnik temperaturowy rezystancji jest bardzo dobry, daje sie uzyskac nawet ponizej 1 ppm/K. Wspólczynnik napiecia lezy ponizej 0,05 ppm/V. Stabilnosc dlugotrwala jest nadzwyczaj dobra. Szumy sa najnizsze ze wszystkich typów rezystorów warstwowych powierzchniowych. Moc i odpornosc na impulsy jest niska. Wysoka stabilnosc powoduje, ze rezystory tego typu czesto stosuje sie w ukladach precyzyjnych jako np, bardzo dokladne dzielniki napiecia.

Rezystory z tlenków metali maja warstwe zewnetrzna np, z tlenku cyny z którego mozna tworzyc spirale. Wlasnosci dla wysokich czestotliwosci sa umiarkowane, ze wzgledu na pojemnosc wlasna ok, 0,4 pF. Wspólczynnik temperaturowy wynosi ok. +/- 200 ppm/K, zaleznosc od napiecia jest ponizej 10 ppm/V, a poziom szumów jest niski. Sa one odporne na impulsy i znosza wysokie temperatury, co czyni je bardzo dobra alternatywa dla rezystorów drutowych duzej mocy, szczególnie przy wysokich rezystancjach.

Matryce rezystorowe (drabinki) sa produkowane w wersji grubo- albo cienkowarstwowej. Skladaja sie one z ceramicznego korpusu z nadrukowanymi rezystorami i wyprowadzeniami. Istnieja dwa rodzaje matryc rezystorowych do montazu przewlekanego: obudowa jednorzedowa SIL (Single In Line) z liczba wyprowadzen od 4 do 14 i liczba rezystorów od 2 do 24, oraz obudowa dwurzedowa DIL (Dual In Line) z liczba wyprowadzen od 14 do 20 i liczba rezystorów od 7 do 36. Do montazu powierzchniowego produkuje sie duzo roznych typów obudów. Czesto produkuje sie specjalne matryce rezystorowe do zastosowan specjalnych. Wówczas mozna uzyskac dowolne wewnetrzne polaczenia miedzy rezystorami, rózne wartosci rezystancji, jak równiez mozna wyposazyc matryce w inne elementy takie jak kondensatory, czy diody.

Jedna z zalet matryc rezystorowych jest to, ze zajmuja malo miejsca na plycie drukowanej, mozna kontrolowac temperature pracy rezystorów, montaz jest prosty i nie czasochlonny, co z kolei oznacza nizsza cene montazu elementów.

Rezystory drutowe nawijane skladaja sie z drutu o wysokiej rezystancji na ogól nikrotalu (CrNi), kantalu (CrAIFe), lub konstantanu (CuNi), nawinietego na korpus z ceramiki, szkla lub wlókna szklanego. Izoluje sie je plastikiem, silikonem, glazura, albo sa zamkniete w obudowie aluminiowej, aby latwiej mogly przenosic cieplo do chlodzacego podloza. Produkuje sie je do zastosowan precyzyjnych, gdzie wymagana jest wysoka jakosc i stabilnosc, oraz do zastosowan o duzej mocy, dla których potrzebny jest gruby i wytrzymaly drut. Wlasnosci dla wysokich czestotliwosci, nie sa dobre. Wysoka indukcyjnosc (0,1-10mH) i wysoka pojemnosc (0,2-10 pF) zaleza od liczby zwojów drutu i wymiarów korpusu. W celu zmniejszenia indukcyjnosci mozna nawijac druty w rozny sposób np, bifilarnie, krzyzowo (uzwojenie Ayrtona Perry), albo sekcyjnie w roznych kierunkach. W typach precyzyjnych wspólczynnik temperaturowy jest niski (1- 100 ppm/K). Zaleznosc napieciowa wynosi ok, 1 ppm/V. Szum jest bardzo niski, a stabilnosc dlugotrwala - dobra. Jednakze wytrzymalosc na przeciazenia jest niska. Rezystory mocy maja wspólczynnik temperaturowy miedzy -50 a +1000 ppm/K w zaleznosci od typu drutu. Zaleznosc napieciowa i szumy - takie jak w typie precyzyjnym. Stabilnosc dlugotrwala jest silnie zalezna od temperatury powierzchni rezystora (Ths). Przy montowaniu drutowych rezystorów mocy wazne jest aby pamietac, ze temperatura na powierzchni moze dochodzic az do 200 - 400 C. Tak wysokie temperatury moga miec wplyw na otaczajace elementy, materialy i punkty lutownicze.

Termistor NTC jest nieliniowym rezystorem, którego rezys tancja zalezna jest silnie od temperatury materialu oporowego. Jak wskazuje angielska nazwa - Negative Temperature Coefficient - termistor posiada ujemny wspólczynnik temperaturowy, czyli rezystancja maleje ze wzrostem temperatury. Sa one zbudowane z polikrystalicznych pólprzewodników, które stanowia mieszaniny zwiazków chromu, manganu, zelaza, kobaltu i niklu. Sa zmieszane z plastycznym srodkiem wiazacym.
Rezystancja termistora zmienia sie wg wzoru:

R = A x eB/T

gdzie A i B sa stalymi zaleznymi od materialu, a T jest temperatura. Jednakze jest to uproszczony wzór. W szerokich zakresach temperatur wartosc B zmienia sie nieco wraz z temperatura. W celu obliczenia przyblizonej wartosci rezystancji (R1) przy pewnej temperaturze (T1) mozna wykorzystac powyzszy wzór, o ile znana jest rezystancja ( R2) w temperaturze ( T2) i wartosc B.

R1 = A x eB/T1
R2 = A x eB/T2

Jezeli podzielimy te dwa wyrazenia przez siebie to otrzymamy:

R1/R2 = A x eB/T1 / A x eB/T2

Upraszczamy przez A, przenosimy R2 i w ten sposób otrzymamy wzór Beta:

R1 = R2 x e(B/T1 - B/T2)

Wzór Beta okresla relacje w zakresie temperatur, dla którego podawana jest wartosc B. B 25/85 oznacza, ze wartosc B jest wlasciwa dla zakresu temperatur od 25 do 85 C.

Stala mocy (D) jest wielkoscia mocy w W (lub mW) , potrzebna do podniesienia temperatury rezystora o 1 K powyzej temperatury otoczenia.

Stala czasowa t jest to czas, który termistor NTC potrzebuje do osiagniecia 63,2% (1 - e-1) tej nowej wartosci rezystancji przy zmianie temperatury, ale wzrost temperatury nie moze wynikac z przeplywajacego pradu. Jest to miara szybkosci reakcji i zalezy to od np, masy oporowej.

Termistory NTC stosuje sie do np, pomiarów i regulacji temperatury, kompensacji temperaturowej, opóznienia czasowego i ograniczenia pradów rozruchu.

Termistor PTC ma dodatni wspólczynnik temperaturowy, tzn, rezystancja wzrasta wraz ze wzrostem temperatury. Produkowane sa one w podobny sposób jak termistory NTC, ale ich podstawa jest BiTiO3, który domieszkuje sie z róznymi zwiazkami chemicznymi. Poprzez obfite dodanie tlenu w czasie procesu chlodzenia, otrzymuje sie silnie dodatni wspólczynnik temperaturowy. Rezystancja nieco maleje przy niskich temperaturach, ale po przekroczeniu punktu Curie materialu (Tc) - silnie wzrasta.

Temperatura przemiany (T sw) jest to temperatura, przy której wartosc rezystancji równa jest dwukrotnej wartosci rezystancji minimalnej. Termistory PTC produkowane sa z temperatura Tsw pomiedzy 25 i 160o C (az do 270o C o ile sa one produkowane jako elementy grzewcze).

Czas przemiany (tsw) to jest czas, jakiego potrzebuje termistor PTC, aby osiagnac temperature Tsw w wyniku przeplywu pradu przy stalym napieciu. W tym momencie prad zmniejsza sie do polowy. Czas przemiany mozna obliczyc z nastepujacego wzoru:

tsw = h x v x (T sw - T amb) / ( It2 x R25 - D x (Tsw - Tamb))

gdzie h = charakterystyczna stala ceramiki 2,5-10-3,
v = objetosc ceramiki w mm3,
Tsw = temperatura przemiany
T amb = temperatura otoczenia
lt = prad w A
D = stala mocy w W/K

Wspólczynnik temperaturowy oznacza maksymalny wspólczynnik temperaturowy termistora PTC w tej czesci charakterystyki, w której jest ona najbardziej stroma.

Bardzo wazne jest, aby nie przekraczac maksymalnego napiecia. Moze wówczas nastapic przebicie i termistor zostanie zniszczony. Nie mozna takze szeregowo laczyc wielu termistorów PTC, aby osiagnac wyzsza wytrzymatosc napieciowa. Znaczny spadek napiecia powstanie i tak na jednym termistorze i on wlasnie zostanie wtedy uszkodzony.

Termistory PTC stosuje sie jako zabezpieczenia przeciwko nadmiernemu pradowi np. w silnikach elektrycznych, samoregulujacych elementach grzewczych, do obwodu rozmagnesowania w telewizorach kolorowych, obwodach opózniajacych i do wskazywania temperatury.

Warystor lub VDR (Voltage Dependent Resistor) jest rezystorem, którego wartosc rezystancji zmniejsza sie silnie wraz ze wzrostem napiecia. Warystory produkuje sie obecnie najczesciej z granulowanego tlenku cynku, domieszkowanego róznymi pierwiastkami jak Bi, Mn, Sb, itd., uformowanego w pastylke. Powierzchnie wielu styków ziaren dzialaja jako pewnego rodzaju zlacza pólprzewodnikowe o spadku napiecia ok. 3 V przy 1 mA i tworza dlugie lancuchy. Calkowity spadek napiecia zalezy od wielkosci ziarna i grubosci warystora. Az do napiecia charakterystycznego (napiecia warystora), kiedy prad jest <;lub= 1 mA, warystor bedzie mial wysoka rezystancje. Po przekroczeniu napiecia progowego warystora, przeplywajacy prad wzrasta w sposób logarytmiczny, tzn. wartosc rezystancji zmniejsza sie. Warystor moze przejsc ze swojego stanu wysokoomowego do niskoomowego w czasie krótszym niz 20 ns. Srednica warystora decyduje o mocy i czasie zycia. Budowa ziarnista powoduje, ze warystor posiada pojemnosc wlasna rzedu 50-20 000 pF w zaleznosci do napiecia i wielkosci.

Nieliniowosc mozna wykorzystac dla zabezpieczenia przed krótkimi przepieciami, które powstaja np. podczas burz, lub przelaczania obciazen o charakterze indukcyjnym. Warystory mozna stosowac zarówno do pradu stalego, jak i zmiennego. Bardzo wysokie przepiecie zmniejsza rezystancje warystora do 0,1 - 50 W w zaleznosci od wartosci szczytowej piku napieciowego, napiecia i srednicy warystora.

Warystory montowane sa w instalacjach zasilajacych 230 V~Sl miedzy faza i zerem lub ziemia, w celu tlumienia przychodzacych pików napieciowych, przy pomiarach w ukladach zasilajacych miedzy + i -, miedzy przewodem i ziemia w ukladach sygnalizacyjnych, na styku przerywajacym obwód cewki aby zapobiec iskrzeniu, na triaku aby zmniejszyc zaklócenia radiowe, itd.

Fotorezystor, zwany równiez LDR ( Light Dependent Resistor), jak nazwa wskazuje ma opornosc zmieniajaca sie w zaleznosci od ilosci padajacego nan swiatla. Silniejsze swiatlo wywoluje spadek rezystancji.

Fotorezystor produkowany jest przewaznie z dwóch roznych materialów. Siarczek kadmu (CdS) jest wrazliwy w przyblizeniu na to samo widmo swiatla co ludzkie oko. Czulosc selenku kadmu (CdSe) jest przesunieta w strone podczerwieni, CdS posiada maksymalna czulosc przy 515 nm, a CdSe przy 730 nm, ale poprzez zmieszanie tych dwóch materialów, mozna otrzymac rózne charakterystyki - z maksymalna czuloscia pomiedzy 515 a 730 nm.

Siarczek kadmu i selenek kadmu w ciemnosci nie posiadaja w ogóle (albo niewiele) wolnych elektronów przez co wartosc rezystancji jest bardzo wysoka. Energia naplywajaca w postaci swiatla powoduje wyzwolenie elektronów walencyjnych i ich przeniesienie do pasma przewodzenia. Wartosc rezystancji bedzie wówczas niska.

Wielkosc zmian rezystancji zalezy, oprócz skladu materialowego, od typu procesu produkcyjnego, powierzchni i odleglosci miedzy elektrodami, jak równiez od powierzchni, która jest oswietlana. Fotorezystor ma wzglednie duza zaleznosc temperaturowa: 0,1 do 2%/K.

Czas odpowiedzi zmienia sie od 1 ms do wielu sekund, w zaleznosci od natezenia swiatla, jak równiez czasu oswietlenia i czasu pozostawania bez oswietlenia. Typ CdSe jest szybszy niz typ CdS. Oba posiadaja pewien "efekt pamieciowy" - po dlugotrwalym statycznym oswietleniu wartosc rezystancji zostaje przesunieta na pewien czas. Typ CdSe ma silniejszy efekt pamieciowy niz typ CdS.