|
После того, как произведен расчет сопротивления того или иного резистора в схеме, необходимо выбрать ближайшее к нему
стандартное значение промышленного компонента. Эти стандартизованные значения сопротивлений образуют последовательности
(нормали), которые известны под названием Е-серий или Е-рядов (например, серии Е6, Е12, Е24, Е48 и Е96). Точные значения
сопротивлений, образующих каждую из серий номинальных значений резисторов, приведены в разделе Приложения. Каждая из серий
характеризуется количеством тех номиналов, которые входят в один десятичный разряд величин сопротивлений.
Например, значения сопротивлений, образующие серию резисторов Е6, составляют числовой ряд, включающий 6 значений в пределах
одного десятичного разряда: 1; 1,5; 2,2; 3,3; 4,7; 6,8. В случае, если необходимо иметь набор резисторов, диапазон изменения
величины сопротивлений которых изменяются от 1 Ом до 1 МОм (то есть изменение величины сопротивления достигает 7 порядков),
то в результате необходимо будет иметь 43 номинальных значения для резисторов данного ряда (6 значений в каждом из 7 разрядов
и значение 10 МОм в качестве первого значения нового разряда). То есть, например, числу 1,5 ряда Е6, будут соответствовать
значения стандартных сопротивлений 1,5 Ом, 15 Ом, 150 Ом, 1,5 кОм и т. д. Для формирования полного набора номинальных значений
резисторов, образующих серию Е24 (наиболее часто используемую на практике серию), понадобится 169 различных значений сопротивлений.
Кроме величины номинального сопротивления, все радиокомпоненты, в том числе резисторы, обладают определенной точностью
изготовления, которая для деталей, выпускаемых по нормалям рядов Е, чаще всего напрямую связана с количеством чисел в самой
нормали. Так, например, резисторы серии Е6 имеют точность изготовления ±20%. Причина этого заключается в том, что величина
сопротивления, соответствующего верхнему полю допуска, будет равно сопротивлению следующего по ряду значению, но имеющего
нижнее поле допуска, что не приводит к перекрытиям в ряду. Правда, этот принцип несколько нарушается для резисторов серии
Е24, где допуска +5%: (1,3 + 5%) < (1, 5 - 5%).
Тепловые параметры резисторов
При протекании электрического тока I через резистор R на нем (благодаря закону Ома) всегда падает некоторое
напряжение V, а также электрическая энергия преобразуется в тепловую (благодаря закону Джоуля — Ленца), что приводит
к рассеиванию на резисторе некоторой мощности Р. Количество энергии, выделяющееся в единицу времени, например в
секунду, является той самой мощностью Р, которая, будучи выделенной на резисторе, приводит к увеличению его температуры.
Для резистора, установленного в цепи, по которой проходит только слабый сигнал, выделяющаяся мощность окажется незначительной,
зато на резисторе анодной нагрузки выделяющаяся мощность может достигать значительных величин и быть опасной для резистора.
Ее можно, на первый взгляд, достаточно просто рассчитать, используя соотношение V2/R, и выбрать компонент,
удовлетворяющий необходимым требованиям.
На практике все обстоит не так просто, как кажется, и существует множество причин, по которым с помощью простой формулы
будет получен неправильный результат.
Производители обычно указывают мощность, которую способен рассеивать компонент при температуре 70 °С.
Если оборудование эксплуатируется при стандартной температуре окружающей среды, составляющей 20 °С, то температура его
компонентов должна быть выше, так как любое оборудование (особенно мощное) в процессе работы нагревается, поскольку потребляет
электроэнергию, часть которой, выделяется в виде тепла на элементах устройства, так как его КПД меньше 100%. Наиболее вероятной
внутри работающего устройства на электронных лампах будет средняя температура, составляющая около 40 °С, хотя отдельные элементы
схемы (те же лампы) могут иметь гораздо более высокую температуру. Если учесть, что некоторые люди считают для себя комфортной
более высокую температуру окружающей среды, чем 20 °С, то можно принять, что даже температура 35 °С не будет являться чем-то
уж очень необычным. Но при этих условиях возрастет и температура внутри корпуса аппаратуры.
По законам физики тепло всегда переходит от более нагретого предмета к более холодному, это позволяет провести некоторые
аналогии с электротехникой.
Разность температур ΔT(°С) может считаться эквивалентной разности потенциалов.
Выделяющаяся тепловая мощность q (Вт) может в первом приближении считаться эквивалентной электрическому току.
Тепловое сопротивление R0 (°С/Вт) может считаться эквивалентным электрическому сопротивлению.
Используя данные аналогии можно выразить своего рода тепловой «закон Ома» для тепловой цепи:
В соответствии с этим законом превышение температуры на тепловом сопротивлении, имеющем определенное значение, над температурой
окружающей среды будет тем больше, чем больше будет рассеваемая мощность. В технических паспортах резисторов приводится
значение теплового сопротивления R0, однако, следует учитывать, что значения приведены для случая, когда
поток воздуха, охлаждающий резистор за счет конвекционных потоков, не имеет никаких препятствий на своем пути перемещения.
На практике же резистор практически всегда монтируется на печатной плате, которая в значительной мере препятствует конвекционным
потокам, особенно, если плата устанавливается горизонтально. Даже в случае вертикальной установки платы на ней могут находиться
крупные детали или компоненты, например, конденсаторы, которые препятствуют свободному обтеканию резистора воздухом.
Если учесть всю совокупность аргументов, которые ограничивают протекание воздушных потоков, и возможное увеличение температуры
окружающей среды, то общепринятой является рекомендация, чтобы рабочая температура резистор не превышала указанного номинального
значения 70 °С, за исключением тех случаев, когда имеется возможность провести полный тепловой расчет схемы. Даже при этой
оговорке, резистор, работающий при условии выделения одной трети от номинального значения мощности, будет нагрет значительно
сильнее других окружающих его элементов. Поэтому, если изменяется его температура, то следует ожидать изменения его электрических
параметров, вплоть до отказа. И они действительно будут наблюдаться.
Электрическое сопротивление резистора изменяется с изменением его температуры в соответствии с температурным коэффициентом
сопротивления, обычно приводимого в миллионных долях изменения полного сопротивления, приходящегося на изменение температуры
в один градус Цельсия. Несмотря на то, что такие изменения кажутся очень незначительными, увеличение температуры на 30 °С
может привести к значительному изменению сопротивления резистора. Следовательно, если приходится использовать достаточно
дорогие резисторы, имеющие точность изготовления 0,1 %, в наиболее ответственных за качество сигнала цепях схемы, то следует
позаботиться о том, чтобы на таких резисторах не происходило значительного тепловыделения, с тем, чтобы значение этого
резистора оставалось неизменным при работе схемы. При этом максимальное допустимое рассеяние, часто рекомендуемое разработчиками,
и составляющее одну девятую от номинального значения выделяемой мощности, не кажется таким уж очень нереальным требованием.
Дополнительно к этому следует всегда убедиться, что такой резистор не будет нагреваться за счет близко расположенных и сильно нагретых
соседних элементов.
|
