Параметры резисторов

Номинальное сопротивление – значение, под которым резистор выпускается и обозначается в документации. Его измеряют в омах. Для больших значений используют килоомы и мегаомы, для малых – миллиомы.

Фактическое сопротивление конкретного экземпляра может отличаться от номинала в пределах допуска. Результат измерения также зависит от температуры, точности прибора, сопротивления щупов и способа подключения. Это особенно заметно при проверке низкоомных шунтов.

В даташите номинальный диапазон иногда зависит от корпуса, допуска и температурного коэффициента. Поэтому наличие нужного значения в стандартном ряду ещё не означает, что оно выпускается в выбранной серии и типоразмере.

Допуск задаёт допустимое начальное отклонение сопротивления от номинала при определённых условиях измерения. Например, резистор 10 кОм с допуском ±1 % может иметь сопротивление от 9,9 до 10,1 кОм до учёта последующих температурных и долговременных изменений.

Номиналы группируются в стандартные ряды E6, E12, E24, E48, E96 и другие. Чем больше значений содержит ряд в пределах одной декады, тем меньше шаг между соседними номиналами. Однако номер ряда не заменяет допуск конкретной детали: соответствие номинала и доступного допуска проверяют по каталогу производителя.

При расчёте цепи учитывают неблагоприятное сочетание отклонений нескольких компонентов. В делителе напряжения важны отношения сопротивлений, а в точном усилителе – согласованность и температурное слежение резисторов. Простая замена всех деталей на более точные не устраняет ошибки источника, нагрузки и измерительного входа.

Мощность, выделяемая на резисторе, определяется напряжением и током. Для установившегося режима применяются эквивалентные выражения:

Номинальная мощность указывается для условий, описанных производителем. Для выводной детали значение может зависеть от температуры воздуха и длины выводов, для SMD – от материала платы, площади контактных площадок и теплового сопротивления монтажа.

Выше заданной температуры допустимую мощность обычно уменьшают по кривой снижения нагрузки – derating curve. Универсального процента запаса для всех резисторов не существует: его выбирают с учётом температуры, вентиляции, длительности работы и требуемой надёжности.

Резистор ограничен не только мощностью, но и максимальным напряжением между выводами. При слишком высоком напряжении возможны пробой покрытия, поверхностная утечка, электрическое повреждение резистивного слоя или дуговой разряд между проводящими частями.

Допустимый режим одновременно должен удовлетворять двум ограничениям: рассчитанная мощность не превышает разрешённую для данных условий, а приложенное напряжение не превышает предела серии. Для высокоомного резистора ограничение по напряжению может наступить раньше ограничения по мощности.

Например, на сопротивлении 1 МОм при напряжении 200 В рассеивается 0,04 Вт. Это небольшая тепловая нагрузка, но само напряжение может оказаться недопустимым для конкретного компактного корпуса. Проверяют максимальное непрерывное рабочее напряжение, а для кратковременного воздействия – отдельный предел перегрузки, если он указан производителем.

Температурный коэффициент сопротивления показывает, насколько изменяется сопротивление при изменении температуры. Обычно он указывается в миллионных долях на кельвин – ppm/K. Для небольшого температурного интервала изменение можно приблизительно оценить:

Если температурный коэффициент равен 100 ppm/K, а температура изменилась на 50 K, расчётное изменение составляет около 0,5 % от исходного сопротивления. Знак коэффициента и линейность зависимости определяются технологией и диапазоном температур.

Допуск и температурный коэффициент описывают разные явления. Допуск характеризует начальное отклонение от номинала, а коэффициент – изменение при нагреве или охлаждении. Долговременная стабильность, влажность, пайка и электрическая нагрузка могут добавить другие изменения. В точной цепи оценивают совокупную погрешность за весь срок и диапазон условий.

Короткий импульс способен создать мгновенную мощность, значительно превышающую допустимую непрерывную мощность резистора. Компонент может выдержать такой режим, если энергия, амплитуда напряжения, длительность и частота повторения остаются в пределах, заданных производителем.

Средняя мощность не описывает локальный нагрев резистивного слоя во время короткого импульса. Поэтому расчёт только по среднему значению может дать ложное ощущение запаса. В даташитах применяются графики допустимой импульсной мощности, энергии или перегрузочного напряжения в зависимости от длительности воздействия.

Пусковые токи, заряд конденсаторов, разрядные цепи, снабберы и силовые преобразователи требуют отдельной импульсной проверки. Для повторяющихся импульсов учитывают не только каждый отдельный фронт, но и накопление тепла между ними. Если импульсная характеристика для серии не приведена, нельзя переносить данные от внешне похожего резистора.

Любой резистор создаёт тепловой шум, уровень которого зависит от сопротивления, абсолютной температуры и полосы частот. Дополнительный избыточный шум связан с технологией и током через компонент. В малосигнальных усилителях и измерительных входах эти свойства могут быть важнее различия номинальной мощности.

Реальный резистор содержит паразитную индуктивность и ёмкость. Выводы и спиральный токопроводящий путь увеличивают индуктивную составляющую, а близко расположенные проводящие участки образуют ёмкость. С ростом частоты полное сопротивление перестаёт совпадать с указанным сопротивлением постоянному току.

Проволочные резисторы часто требуют особого внимания к индуктивности, но существуют и специальные малоиндуктивные исполнения. Для высокочастотных цепей проверяют графики импеданса, частотный диапазон модели и геометрию монтажа. По одному номиналу и размеру корпуса оценить такое поведение нельзя.