Материал: Непроволочный переменный резистор

Непроволочный переменный резистор

Федеральное агентство по образованию

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

Кафедра физической электроники (ФЭ)

Курсовая работа

по дисциплине "Материалы и элементы электронной техники"

НЕПРОВОЛОЧНЫЙ ПЕРЕМЕННЫЙ РЕЗИСТОР

Студент группы 321 С.А. Бельский

Руководитель: доцент кафедры ФЭ

Л.Р. Битнер

Задание на курсовую работу

Студенту Бельскому Степану Александровичу

группы 321 факультета электронной техники

Тема: Непроволочный переменный резистор

Исходные данные:

. Номинальное сопротивление резистора 0-10 кОм

. ТКС<0.001 К^-1

3. Мощность рассеяния 1 Вт

Перечень вопросов, подлежащих разработке:

.        Материалы для переменных резисторов и технология их получения.

2.      Электрические свойства материалов.

.        Выбор материала резистивного элемента и размеров резистора.

.        Выбор материала и конструкции подвижного контакта.

.        Проверочный расчет.

Дата выдачи задания __________ 2012 г. Руководитель Битнер Л.Р.

Содержание

Введение

1. Общие сведения о резисторах

1.1 Основные понятия

1.2 Основные параметры

1.3 Область применения

1.4 Классификация и типы

1.5 Характеристики переменных резисторов

2. Материалы для изготовления резистров

2.1 Резистивные материалы

2.2 Материалы подвижного контакта

3. Расчет резистора

3.1 Выбор и расчет размеров нанесения резистивного материала

3.2 Выбор и расчет подвижного контакта

3.3 Расчет корпуса

Заключение

Список изпользованной литературы

Введение

Все электронные компоненты делятся на два класса активные и пассивные. Резисторы относятся к классу пассивных элементов, так же к наиболее распространенным деталям радиоэлектронной аппаратуры. Принцип работы резисторов основан на использовании свойства материалов оказывать сопротивление протекающему току. Функция резисторов - регулирование и распределение электрической энергии между цепями и элементами схем.

1. Общие сведения о резисторах

1.1 Основные понятия

Резистор представляет собой радиоэлемент, используемый в радиоэлектронных схемах в качестве активного электрического сопротивления и предназначенный для регулирования или ограничения тока в электрических цепях. Резисторы используются для создания требуемого режима питания ламп, транзисторов и микросхем. Принцип их действия основан на свойстве токопроводящих материалов с большим удельным электрическим сопротивлением.

В зависимости от конструкции и материала токопроводящего элемента резисторы подразделяются на непроволочные и проволочные. В непроволочных резисторах токопроводящий элемент изготовляют методом нанесения на керамическое основание тонкого слоя углерода или сплава металлов, обладающих высоким удельным сопротивлением, а в проволочных - его выполняют из проволоки высокоомного материала (константан, манганин, нихром).

По характеру изменения сопротивления резисторы подразделяются на постоянные и переменные, в том числе подстроечные. На электрических принципиальных схемах резисторы изображаются как представлено на рисунке 1.1 и обозначаются латинской буквой R, далее идет число, указывающее порядковый номер резистора в схеме.

непроволочный переменный резистор контакт

Рисунок 1.1 Изображение резисторов на электрических принципиальных схемах.

1.2 Основные параметры

Основными параметрами резисторов являются: номинальное сопротивление и его допустимое отклонение, номинальная мощность рассеивания, предельное рабочее напряжение, температурный коэффициент сопротивления и шумы.

Номинальное сопротивление постоянных и переменных резисторов указывает значение их сопротивления в омах (Ом), килоомах (кОм) или мегаомах (мОм) и проставляется на резисторах. Установлено шесть рядов номинальных значений сопротивлений: Е6, Е12, Е24, Е48, Е96, Е192. Цифры после букв указывают число номинальных значений в данном ряду.

Допустимое отклонение сопротивления указывает на наибольшее возможное отклонение от номинального значения в сторону увеличения или уменьшения действительного значения активного сопротивления резисторов и выражается в процентах.

Номинальная мощность рассеивания указывает максимально допустимую мощность, которую резистор может рассеивать при длительной электрической нагрузке, нормальных атмосферном давлении и температуре. Непроволочные резисторы изготовляют на номинальную мощность 0,05; 0,125; 0,25; 0,5; 1; 2; 5 и 10 Вт, а проволочные - 0,2-150 Вт. Как показано на pисунке 1.2, на принципиальных электрических схемах номинальную мощность рассеивания обозначают условно чёрточками на изображении резистора для мощностей менее одного Ватта и римскими цифрами при мощностях, превышающих один Ватт. Номинальная мощность рассеивания резисторов должна быть на 20-30 % больше рабочей рассеиваемой мощности.

Рисунок 1.2 Обозначение номинальной мощности рассеивания.

Предельное рабочее напряжение - это максимально допустимое напряжение, приложенное к выводам резистора, которое не вызывает превышения норм технических условий (ТУ) на электрические параметры. Эта величина задается для нормальных условий эксплуатации и зависит от длины резистора, шага спиральной нарезки, температуры, давления окружающей среды и атмосферного давления. Чем выше температура и ниже атмосферное давление, тем выше вероятность теплового или электрического пробоя и выхода из строя резистора.

Температурный коэффициент сопротивления (ТКС) характеризует относительное изменение сопротивления резистора при изменении температуры окружающей среды на 1°С. У непроволочных резисторов, ТКС не превышает ±0,04-0,2 %, а у проволочных - ±0,003-0,2 %.

1.3 Область применения

Непроволочные переменные резисторы используются для плавного изменения напряжений постоянного и переменного токов или других параметров, в частности в качестве регуляторов громкости и тембра радиоприемников, радиол и других радиоаппаратов.

1.4 Классификация и типы

Наибольшее применение получили непроволочные переменные резисторы типа СП, СПО, ТК, ВК и СПЗ. Токопроводящий слой в этих резисторах выполняют из углеродистого или композиционного состава (сажа, бакелитовая смола). Основной элемент конструкции - подковообразная гетинаксовая пластинка с токопроводящим слоем в виде тонкой пленки рисунок 1.3 На концы токопроводящего слоя нанесены контакты из серебряной пасты, к которым присоединяются выводы. По токопроводящему слою в пределах заданного угла поворота скользит щетка ползуна, приводимая в движение от оси.

Рисунок 1.3 Общее строение непроволочного переменного резистора

Для удобства изменения угла поворота ползуна конец оси резистора выполняется со шлицем под отвертку или с риской для закрепления ручек управления. Полный угол поворота в таких резисторах не менее 250°, а износоустойчивость не менее 20 000 поворотов оси от упора до упора.

По характеру изменения сопротивления в зависимости от угла поворота оси непроволочные переменные резисторы выпускают со следующими функциональными характеристиками рисунок 1.4:

А - сопротивление между средним и любым из крайних выводов резистора изменяется линейно;

Б - сопротивление между средним и левым выводом при вращении оси по часовой стрелке изменяется по логарифмическому закону;

В - сопротивление между средним и левым выводом при вращении оси по часовой стрелке изменяется по обратнологарифмическому закону;

Е - в пределах первой половины полного угла поворота оси введенное сопротивление изменяется незначительно и далее резко увеличивается;

И - в пределах, первой половины угла поворот а оси. в веденное сопротивление резко уменьшается, а при дальнейшем повороте оси изменяется незначительно.

Подстроечные пленочные и объемные резисторы изготавливают только с функциональной характеристикой вида А. Регулировочные пленочные резисторы могут, иметь функциональную характеристику любого вида.

Рисунок 1.4 Функциональные характеристики переменных резисторов.

С функциональными характеристиками видов Е и И изготавливают только композиционные сдвоенные регулировочные резисторы с общей осью, причем один из резисторов имеет характеристику вида Е, другой - вида И. Такие резисторы применяют в регуляторах стереобаланса двухканальных стереофонических устройств; один из них включают в левый канал, другой - в правый.

Рассмотрим основные типы непроволочных переменных резисторов. Резисторы СП изготавливают на допустимые мощности рассеяния 0,25; 0,5; 1 и 2 Вт с номинальными величинами сопротивления от 470 Ом до 5 МОм. Допустимое отклонение от номинала составляет для резисторов до 250 кОм ± 20 %; выше 250 кОм - ± 30 %,

По конструктивному исполнению резисторы СП подразделяются на пять видов: СП-1 - одинарные без стопора оси с фиксатором корпуса; СП-Н - одинарные со стопором оси с фиксатором корпуса; СП - III - сдвоенные без стопора оси с фиксатором корпуса; СП-IV - сдвоенные со стопором оси с фиксатором корпуса; СП-V - без стопора оси и без фиксатора корпуса.

Резисторы СПО (переменные объемные) выпускаются следующих видов: СПО-0,15; СПО-0,5; СПО-1 и СПО-2 (цифры обозначают рассеиваемую мощность в ваттах) по III классу точности. Номинальные значения их: СПО-1 и СПО-2 - от 47 Ом до 4,7 МОм; СПО-0,15 - от 100 Ом до 1 МОм; СПО-0,5 - от 100 Ом до 4,7 МОм. Все виды резисторов СПО имеют только линейную зависимость изменения сопротивления от угла поворота оси и обеспечивают нормальную работу в интервале температур от - 60 до + 80.°С при относительной влажности окружающей среды до 100 %. Допустимое рабочее напряжение постоянного и переменного тока резисторов: СПО-0,15 - 100В, СПО-0,5 - 250 В, СПО-1 - 350 В, СПО-2 - 600 В.

Резисторы СП-К (поверхностные композиционные) предназначены для работы в цепях постоянного, переменного и пульсирующего тока. Выпускаются нескольких видов с номинальным сопротивлением от 470 Ом до 4,7 МОм, с допустимым отклонением от номинальных значений. ±10, ±20 и ±30 %

Резисторы СПЗ. Резисторы СПЗ-1а и СПЗ-16 представляют собой неэкранированные резисторы и применяются в качестве подстроечных в радиовещательных и телевизионных приемниках с печатным монтажом. Резисторы СПЗ-3 выпускаются дисковыми небольших габаритов, с выключателем. Резисторы СПЗ-4 применяются в транзисторных радиоприемниках в качестве регулятора громкости и тембра. Они имеют выключатель питания. Резисторы СПЗ-6 и СПЗ-6А применяются для радиоприемников с печатным монтажом. Резисторы СПЗ-7 состоят из двух переменных резисторов, управляемых общей осью. Они используются в стереофонических двухканальных радиоприемниках и усилителях низкой частоты. Резисторы для регулирования тембра выпускаются с линейной зависимостью сопротивления от угла поворота оси, а для регулирования громкости - с обратнологарифмической зависимостью. Резисторы СПЗ-8 применяются в автомобильных радиоприемниках в качестве регулятора тембра, громкости и выключателя питания. Регулятор громкости изготовляется с дополнительным отводом для тонкоррекции, Резисторы СПЗ-12 выполняют одинарными без выключателя источника питания. Используются они для регулирования громкости и тембра в радиоприемниках и радиолах I и высшего классов. Резисторы СПЗ-126 и СПЗ-12в, применяемые для регулирования громкости, выпускаются с одним или двумя дополнительными отводами для подключения цепей ток коррекции.

Изготавливают различные конструктивные варианты непроволочных переменных резисторов: одинарные и сдвоенные (СП, СПЗ-10, СПЗ-17), без стопорения и со стопорением оси (СПЗ-9, СПЗ-6, СПЗ-16, СПУ-1, СПУ-2, СП2-1), для навесного и печатного монтажа (СП4-1, СПЗ-13, СПЗ-16).

Резисторы ТК и В К отличаются от резисторов СП большими размерами и бывают с линейной, логарифмической и обратнологарифмической зависимостью. Резисторы ТК изготовляются с однополюсным выключателем, а ТКД - с двухполюсным. Резисторы типа ВК выпускаются без выключателя с одним или двумя дополнительными отводами. Угол поворота оси составляет около 250°. Номинальная рассеиваемая мощность этих резисторов - 0,2; 0,4 и 0,5 Вт при сопротивлении от 2,5 кОм до 7,5 МОм.

1.5 Характеристики переменных резисторов

Отклонения от заданной кривой определяются допусками. Для резисторов общего применения допуск устанавливается в пределах 2 - 20%, а для прецизионных - в пределах 0,05 - 1%.

Разрешающая способность показывает, при каком наименьшем изменении угла поворота или перемещении подвижной системы может быть различимо изменение сопротивления резистора. У непроволочных резисторов разрешающая способность очень высокая и ограничивается дефектами резистивного элемента и контактной щетки, а также переходным сопротивлением между проводящим слоем и подвижным контактом.

Разрешающая способность переменных проволочных резисторов зависит от числа витков резистивного элемента и определяется изменением сопротивления при перемещении подвижного контакта на один виток. Чем больше витков содержит резистивный элемент, тем выше разрешающая способность. Разрешающая способность резисторов общего применения находится в пределах 0,1 - 3%, а прецизионных - до тысячных долей процента.

Шумами скольжения переменных резисторов принято считать шумы (напряжение помех), возникающие при движении (скольжении) подвижного контакта по резистивному элементу. Причиной таких шумов являются контактная разность потенциалов между щеткой и резистивным элементом, неоднородность структуры переходного контакта и э. д. с., возникающая при быстром вращении подвижной системы. Уровень этих шумов выше уровня тепловых и токовых шумов резистора.

Под износоустойчивостью понимают способность резистора сохранять свои параметры при многократных перемещениях подвижной системы. Износоустойчивость в основном определяется материалом и формой подвижного контакта и резистивного элемента и контактным давлением. При движении происходит износ резистивного элемента и подвижного контакта, интенсивность которого возрастает с увеличением контактного давления. Однако уменьшение контактного давления способствует увеличению шумов вращения и снижению стойкости к механическим воздействиям. Количественно износоустойчивость оценивается максимально допустимым числом циклов перемещения подвижной системы, при котором параметры резистора остаются в пределах норм. Износоустойчивость прецизионных резисторов 10⁵ - 10⁷ циклов, но их вибрационная и ударная стойкость ниже, чем резисторов общего назначения. Регулировочные резисторы общего назначения обладают износоустойчивостью 5000 - 100000 циклов, а подстрочные - не больше 1000.

2. Материалы для изготовления резистров

Переменный резистор состоит минимум из трех конструктивных частей: основного резистивного элемента, создающего заданную величину сопротивления в электрической цепи, и двух соединительных элементов (выводов), один из которых находится на подвижной системе, обеспечивающих получение хорошего электрического контакта, а так же изменение сопротивления для нужных элементов электрической схемы устройства.