MCE Lab 2 [PDF]

Zitiervorschau

Lucrare de laborator Nr. 2 Cercetarea parametrilor rezistoarelor fixe şi variabile Scopul lucrării: studierea sistemului de marcare, proprietăţilor constructive, parametrii şi caracteristicile a diferitor tipuri de rezistoare 2.1. Date principale despre rezistoare Rezistoarele se numesc elementele (componentele) aparatelor electronice, care au proprietatea de rezistenţă electrică activă şi sunt destinate pentru repartizarea şi reglarea puterii electrice între elementele schemei. În dependenţâ de materialele aplicate, rezistoarele pot fi liniare (scăderea tensiunii pe rezistor depinde de curentul electric linear, adică rezistenţa rămâne constantă) şi neliniare, la care rezistenţa se schimbă sub acţiune curentului sau tensiunii. Rezistoarele liniare pot fi fixe sau variabile. Rezistenţa rezistoarelor fixe este determinată în procesul de fabricaţie, in timp ce la rezistoarele variabile există posibilitatea de a regla rezistenţa mecanic (cu ajutorul unui al treilea contact, sau fără contact, cu ajutorul comenzilor digitale). În lucrarea de laborator dată se studiază rezistoarele fixe si variabile lineare. După caracterul schimbării rezistenţei toate rezistoarele se împart în fixe si variabile. Rezistoarele fixe (liniare) au o rezistenţă constantă care in procesul de exploatare nu se reglează şi în dependenţă de scop se împart în rezistoare pentru diferite scopuri, de înaltă precizie, de înaltă frecvenţâ, pentru tensiuni înalte, de o rezistenţâ mare. Ei se împart in trei categorii: peliculare, bobinate si de volum. Rezistoarele bobinate puternice (de la 5 la 1000W) au un carcas tubular ceramic, pe care se spiralizează sârma de nicrom (Ni80%,Cr-20%) sau alte aliaje, care conţin Ni si Cr. La cele mai puternice rezistoare sârma este goală, si la rezistoare cu puterea de 250W e acoperită cu o peliculâ de email vitrificat. Rezistoarele bobinate de precizie se fabrică cu puterea de la 0.05 la 5W. Ele au un corp, înăuntrul căruia se află o spirală de constantan (Cu 55%, Ni 45%) sau manganin (Cu 86%, Ni 2%, Mn 12%).

Rezistoarele peliculare (de obicei 0.075 la 2W) conţin material rezistibil în formâ de peliculă, care este depusă pe un suport dielectric, în formă de cilindru. Rezistoarele peliculare se împart in: rezistoare peliculare de carbon (materialul peliculei - carbon pirolitic); rezistoare cu peliculâ de metal si metalodielectrice (pelicule de oxizi, sticle conductoare şi emailurilor). Rezistoarele de volum (de obicei 0.125 la 2W) prezintă în sine un amestec multicomponent polimerizat sau sinterizat la temperaturi mari, care conţin materialul - legăturâ şi componentele conductoare (rezistori compuşi). Rezistoarele variabile se împart in reglabili si ajustabili. Rezistoarele reglabile permit schimbarea repetată a rezistenţei în procesul funcţionării în aparaturâ. Rezistenţa rezistoarelor ajustabile se schimbă odată (tehnologic ) sau periodic în procesul funcţionării aparatului. Rezistoarele variabile de asemenea se fabrică bobinate, peliculare şi de volum. Construcţia rezistoarelor variabile este cu mult mai complicată decât a rezistoarelor fixe. Pe lângă elementul rezistiv (bobinat) şi a terminalelor electrice la început şi capăt (iar în unele construcţii şi în punctele intermediare) rezistoarele variabile au un sistem mobil de schimbare a curentului. Sistemul mobil asigură o deplasare lină a contactului pe elementul rezistent si fixarea lui. Parametri de bază a rezistoarelor garantate de producător: - Rezistenta noninala Rnom. Este acea rezistenţa, care se indicâ pe corpul rezistorului. Valoarea rezistenţei nominale se garantează cu o toleranţa prestabilită în domeniul de temperaturâ de lucru (de obicei de la -55 º la +70 ºC). - Deviaţia admisibiilă a rezistenţei (toleranţa) rezistorului:  = (R-Rnom)/Rnom ∙100% , unde R - rezistenţa reală a rezistorului. Valoarea toleranţei este însoţită de semnul ± aşa ca valoarea reală a rezistenţei poate sa fie mai înalta sau mai joasă. Valoarea rezistenţei nominale este standardizată. Sunt expuse nişte şire de rezistenţe: E6, E12, E24, E48, E96, E192. Cifra după litera E arată numărul de valori în fiecare interval zecimal. De exemplu rândul E6 conţine 6 valori: 1.0, 1.5, 2.2, 3.3, 4.7, 6.8. Rezistenţa trebuie să ia valorile indicate, sau valorile care se primesc înmulţind cu 10n. Valoarea reală a rezistenţei poate să se deosebească

de cele nominale în limita anumitor valori. Şirul de abateri admisibile, arătate în procente, de asemenea este standardizat. În tabelul 2.1 în calitate de exemplu sunt expuse cele mai folosite şire de valori nominale ale rezistenţei rezistoarelor si toleranţilor: Tabelul 2.1 Indicel Valoarea nominala, Toleranta ,% n e înmulţita cu 10 ± 20 E6 1.0 , 1.5 , 2.2 , 3.3 , 4.7 , 6.8 1.0 , 1.5 , 2.2 , 3.3 , 4.7 , 6.8 ±10 E12 1.2 , 1.8 , 2.7 , 3.9 , 5.6 , 8.2 1.0 , 1.5 , 2.2 , 3.3 , 4.7 , 6.8 E24 1.1 , 1.6 , 2.4 , 3.6 , 5.1 , 7.5 ±5 1.2 , 1.8 , 2.7 , 3.9 , 5.6 , 8.2 1.3 , 2.0 , 3.0 , 4.3 , 6.2 , 9.1 Pentru şire standarde sunt caracteristice următoarele proprietăţi: - in fiecare următorul şir sunt incluse toate valorile precedente; - celor “mai dese” rânduri le corespund toleranţe mai mici; - valorile in şir sunt aranjate aşa, încit la variaţia maximă a rezistenţei în limita toleranţei, rezistenţa reală va fi mai aproape de valoarea nominală, decât cele de alături. La rezistoare de largă folosinţâ rezistenţa nominală este corelatâ în aşa mod încât se primeşte aşa numita “scara fără pierderi”: rezistenţa nominală şi toleranţâ a unui rezistor se apropie de valorile rezistenţei din preajmâ. - Puterea nominalâ disipatâ Pnom. este acea putere, care poate fi disipată de rezistorul în mediul ambiant la o presiune atmosferică normalâ la sarcina electrică continuă. Puterea P, care este disipată de rezistor într-un circuit dat, este egală cu produsul dintre intensitatea curentului I si tensiunea U: P=UI. Folosând legea lui Ohm având rezistenta R, găsim formula pentru putere: Р = I 2R = U 2/R (2.1) - Coeficientul termic al rezistentei (CTR sau R ). Acest coeficient caracterizează sensibilitatea rezistentei la schimbarea temperaturii. CTR se exprimă în unităţi relative. Astfel încât

dependenţa rezistenţei rezistoarelor de temperatura este foarte micâ, CTR se indică în milionimi în raport cu un grad ( 10-6 /K). La momentul actual in mai multe manuale în loc de 10-6 aprobată de simbolizarea americană ppm (Parts Per Million –“părţi la milion”). CTR se măsoară în acest caz în ppm/K. Valoarea CTR rezistorului (în ppm/K) poate să fie determinatâ din rezultatele măsurărilor dependenţei rezistentei de temperaturâ din formula:

α R = (1 /R )⋅(dR /dT )⋅106 =(1/ R )⋅( ΔR / ΔT )⋅106 ,

(2.2) unde R - rezistenta rezistorului la o temperature data; ΔR-schimbarea rezistentei la schimbarea temperaturii ΔT. În rând cu parametrii expuşi, pentru rezistoare mai sunt reglamentat şi: tensiunea maximală între bornele rezistorului (V), tensiunea de zgomot (μV/V), durata de funcţionarea fără defectări (ore), durata păstrării (ore), puterea maximă de impuls (W) etc. Pentru rezistoarele variabile sunt indicate de asemenea unele caracteristici si parametri speţifici: - caracteristica funcţională- dependenţa rezistenţei dintre contactul mobil şi cel fix a rezistorului de unghiul de rotire a sistemului mobil; - capacitatea de rezoluţie - care caracterizează reglarea cu caracter lin şi apreciază ca schimbarea minimă a rezistenţei la deplasarea contactului; - rezistenţa la frecări – se determină după numărul de cicluri de rotire a sistemului mobil, in timpul căreia parametrii rezistoarelor rămân in limita toleranţei etc. În afarâ de parametrii de bază toate rezistoarele au nişte parametri parazitari, aşa ca inductanţa si capacitatea, care limitează folosirea rezistoarelor la frecvenţe înalte. Inductanţa şi capacitatea in rezistoarele variabile este cu mult mai mare decât în cele fixe. Marcarea rezistoarelor Pentru marcajul rezistoarelor se folosesc, de obicei, marcarea alfanumerică cu ajutorul literelor si cifrelor, care se depune pe corpul rezistorului şi se indicâ în documentaţie. Rezistoarele, fabricarea cărora a început în 1968 şi care continuă şi azi, sunt confecţionate după vechile denumiri. Exemple de simbolizări:

МЛТ (OМЛТ, MT, МУН) - rezistoare сu peliculă metalică, lăcuite, termostabile; BC (OBC) - de înaltă stabilitate; БЛП – cu carbon - bor, lăcuit, de precizie; УЛМ – cu carbon, lăcuit, de dimensiuni mici; МОН – cu oxid de metal, de valoare omicâ micâ; КЛМ – de compziţie, lăcuit, de megaohmi; ПЭВ – bobinat, emailat; СПО – rezistenţa variabilă de volum; ТВO- termorezistent, rezistent la umiditate, de volum etc. Din anul 1968 pentru rezistoarele noi a fost introdusâ marcarea alfanumerică. Litera indică grupa fabricaţiilor: C-rezistori fixe (de la cuvântul “rezistenţa”), CП-rezistori variabili, HC-seturi de rezistenţe. Cifra care stă după litera înseamnă tipul rezistorului în dependenţa de materialul rezistent: 1- nebobinat, cu carbon, în straturi subţiri; 2nebobinat, cu oxid de metal, în straturi subţiri; 3- nebobinat, pelicular, de compziţie; 4- nebobinat, de compziţie, de volum); 5- bobinat; 6nebobinat, în straturi subţiri, metalizat. După primă cifra după apostrof se pune a doua cifra (cifre), care arată numărul de înregistrare a elaborării rezistorului. Din anul 1980 s-a introdus un nou sistem de marcare a rezistoarelor la care: - prima litera (litere) înseamnă subclasa rezistorului (Prezistoarele fixe, PП-rezistoare variabile, HP- seturi de rezistoare); - al doilea element al simbolului - cifra care arată grupa rezistorului după materialul rezistiv (1- nebobinate; 2- bobinate; - al treilea element al simbolului - cifra după apostrof arată numărul de înregistrare a elaborării acestui rezistor. De exemplu, P1-33 –rezistor fix nebobinat înregistrat sub numărul 33. Marcajul convenţional complet al rezistoarelor constă din notarea scurtă (urmărită mai sus), tipul de construcţie, semnificaţia celor mai importanţi parametri si caracteristici a rezistoarelor, influenţa factorului climatic şi notarea documentului la furnizare. De exemplu, marcarea P1-33- И- 0.25W- 100kΩ 20% A 0.467. 027.TУ înseamnă un rezistor fix nebobinat cu numărul de înregistrare 33, de puterea 0.25W, rezistenţa nominală de 100kΩ, valoarea toleranţei de 2%, grupa după tensiunea de zgomot A, notat in documente 0.467.0270.TУ. Majoritatea rezistoarelor care se fabrică au marcaj, de la care se citesc direct tipul, puterea nominala, rezistenţa si toleranţa. De

exemplu rezistorul fix bobinat de tipul C5-5 cu puterea de 8W, având rezistenţa de 68Ω şi toleranţa de 1% au pe corp următoarea notare: C5-5-8 - 68Ω1%. Cum reiese din relatarea exemplului, dimensiunea puterii nominale nu se indică deoarece puterea totdeauna se exprimă în W. Aceasta se referă şi la rezistoarele de mica putere de exemplu: MЛT-0.25 -10kΩ+-10% (rezistor de tipul MЛT cu puterea de 0.25W). Rezistenţa nominală la notarea completă constă din cifre si notare unităţii de măsură (Ω-omi, kΩ-kiloomi, MΩ-megaomi, GΩgigaomi, TΩ-teraomi). De exemplu: 220Ω; 150kΩ; 2.2M; 8.2GΩ; 1TΩ. În scopul micşorării numărului de simboluri pe rezistor deseori la notarea rezistentei se introduc multiplicatori notaţi prin litere. Literele latine R, K, M, G, T, corespund multiplicatorilor: 1, 10e3, 10e6, 10e9, 10e12 (rar în transcripţia rusă pentru însemnarea 1Ω in loc de R se pune E, si corespunzător pentru gigaom Г). Rezultatul decodării unui astfel de notaţii tot timpul se indicâ in omi. De exemplu: 0.1Ω=R10 sau E10; 1Ω=1R0 sau 1E; 5.6Ω=5R6 sau 5E6; 330Ω=330R sau 330E; 1kΩ=1k0; 3.3kΩ=3k3; 2.2MΩ=2M2; 2.2MΩ=2M2; 6.8GΩ=6G8 sau 6Г8. Încă o formă de însemnarea rezistenţei nominale a rezistoarelor produse in străinătate este notarea cu patru cifre. În acest cod primele trei cifre exprimă partea semnificativă a nominalului rezistorului, şi a patra înseamnă puterea 10e, la care se înmulţeşte partea semnificativă, pentru a obţine valoarea finală în Ω. De exemplu: 3332 corespunde cu 333∙10²Om sau 33,3 kOm; 9510 corespunde 951∙10° sau 951Om; 8251 corespunde 825∙10=8,25 kOm ş.a.m.d. În corespundere cu normativele internaţionale CEI62 ale toleranţilor admisibile, în locul cifrelor pot fi codificate cu litere (tab. 2.2). Tabelul 2.2 Codificarea simbolizărilor a toleranţilor rezistenţei Toleranţa

±0.05 ±0.1 ±0.25 ±0.5

±1

±2

±5

±10

F

G

H

J

identificare codificată A

B

C

D

Alt des răspândit sistem de marcaj ai rezistoarelor este codificarea in culori. Pe rezistor în acest caz se depun inele de diferite culori, formând un cod, cu care se codificâ valoarea nominală şi toleranţa (codificarea cu 4 sau 5 inele). Mai puţin răspândită codificare cu 6 inele se codificâ încă şi valoarea lui CTR, fig 2.1. Multiplu (Om)

A doua cifra Prima cifra

Toleranţa

a) Marcarea cu patru inele b) Marcarea cu cinci sau şase inele Trei cifre

CTR Toleranţa

Multiplu (Om)

Fig.2.1. Marcarea rezistoarelor cu cod de culori Datele despre corespundere culorilor cifrelor semnificative a rezistenţei nominale, valorilor multiple, toleranţelor şi CTR sunt date în tabelul. 2.3. Tabelul 2.3 Culori ale inelelor

Rezistenţe nominale, Om Toleranţa,  1-ma cifră

2-ua cifră

3-ia cifră

Multi - plu

CTR ppm/K

Argintiu Auriu Negru Cafeniu Roşu Oranj Galben Verde Albastru Violet Sur Alb

1 2 3 4 5 6 7 8 9

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

1 2 3 4 5 6 7 8 9

10-2 10-1 1 10 102 103 104 105 106 107 108 109

±10 ±5 ±1 ±2 ±0.5 ±0.25 ±0.1 ±0.05 -

200 100 50 15 25 10 5 1 -

2.2. Descrierea standului de laborator Cercetarea rezistoarelor fixe de diferite tipuri se produc cu ajutorul schemei, demonstrată în fig. 2.2.

Fig. 2.2. Schema pentru măsurare dependenţei de temperatură ai rezistenţei rezistoarelor cercetate Rezistoarele R1, R2…R10 sudate pe o placă textolit de sticlâ pot să conecteze pe rând cu un comutator SA la un Ohmmetru PR (multimetru de tipul DT-830B). Rezistoarele cercetate pot fi amplasate în termostat şi conectate la schemâ cu ajutorul fişei fixate în

spatele termostatului. Temperatura termostatului se reglează cu manivelă reostatului şi se măsoară cu ajutorul termometrului. Cercetarea rezistorului bobinat de mare putere R2 de tipul ПЭВ-10 se efectueazâ cu ajutorul schemei, indicatâ în fig. 2.3. În calitatea de aparate de măsurat (PA, PV1 şi PV2) se folosesc multimetre de tipul DT-830B. Pentru alimentarea schemei se utilizează sursa de alimentare ce regleză tensiunea curentului continuu (U≤50B). Temperatura rezistorului cercetat (R2 în fig. 2.3) se determină cu ajutorul termocuplului, amplasat în interiorul corpului rezistorului şi se calculează după formula T = T cam + 25Ut (mV), unde Ut - forţa electromotoare termice a termocuplului în mV, măsurată cu milivoltmetru PV2.

Fig. 2.3. Schema pentru măsurare dependenţei de temperatură ai rezistenţei rezistorului bobinat de mare putere Pe o machetă aparte sunt instalate rezistoarele variabile R1…R4. În jurul fiecărui este trasată scara cu unităţi unghiulare. Bornele de ieşire ale rezistoarelor sunt unite cu jacurile, ce servesc pentru conectarea multimetrului la ridicarea caracteristicilor funcţionale ale rezistoarelor. 2.3. Ordinea efectuării lucrării 1. Se scoate din termostat setul de rezistoare şi se le înscrie în tabelul 2.4 marcarea lor. Se produce decodarea rezistenţelor nominale, toleranţilor şi puterilor nominale (dacă acestea sunt indicate). Tabelul 2.4

Tipul Rnom, Ω de după marcare rezistor

N

Toleranţă, %

Rnom, Ω măsurată

Pnom, W

1 2 … 10 2. Se măsoară rezistenţile rezistoarelor R1…R10 la temperatura de cameră. Pentru aceasta conectăm la jacurile corespunzătoare pe macheta (fig.2.2) ommetru (măsurătorul E7-15, sau multimetrul DT-830В), amplasăm placa cu rezistoare în termostat, şi le conectăm la fişa înăuntru termostatului, producem măsurările rezistenţei rezistoarelor în poziţiile 1…10 folosind comutatorul SA. Rezultatele se introduc în tabelul 2.4. 3. Conectaţi termostatul şi cercetaţi dependenţa rezistenţilor rezistoarelor (3...4 bucăţi) de temperatură în diapazonul de la temperatura de cameră până la 80°C peste fiecare 10°C. Rezultatele măsurărilor se introduc în tab. 2.5. De calculat αR rezistoarelor cercetate la temperatura de cameră Tcam şi T=80°C. Tabelul 2.5 T,

R1

0

C

R,Оhм

R2 αR, ppm/К

R,Оhм

… αR, ppm/К

20 (Тcam.) … 80

4. Ridicaţi şi construiţi caracteristica voltampericâ (CVA) a rezistorului de mare putere ПЭВ - 10. Pentru aceasta asamblaţi schema prezentată în fig.2.3, conectând multimetrele în calitate de miliampermetru şi voltmetru, respectiv şi sursa de alimentare reglată de tensiunea curentului continuu (după indicaţiile inginerului). Luaţi datele pentru CVA, mărând valoarea tensiunii U peste 5V prin intermediul blocului de alimentare şi potenţiometrului R1 până la valoarea, la care curentul ce

trece prin rezistorul R2 nu depăşeşte 200 mA. Odată cu luarea datelor pentru CVA este necesar de aflat temperatura rezistorului R2 cu ajutorul termocuplului, sudura fierbinte a cărui este introdus în interiorul rezistorului, iar sudura rece se conectează la milivoltmetru PV2. Trecerea la altă măsurare se efectuează numai după stabilizarea indicaţiilor aparatelor de măsurat. Rezultatele măsurărilor se introduc în tabelul 2.6. Tabelul 2.6 P, W - puterea Temperatura U, V I, mA R, Ω disipată de R2 rezistorului R2, T,°C

Conform datelor din tabelul 2.6 calculaţi valoarea rezistenţei rezistorului R2 şi construiţi dependenţa rezistenţei R2 de temperatură, de asemenea construiţi dependenţa temperaturii de puterea disipată P = U·I. Din graficul R2 = f(T) calculaţi valoarea maximă a αR în diapazonul de temperatură studiat. 5. Determinaţi capacitatea de rezoluţie a rezistoarelor variabile R1...R4. Pentru aceasta fixaţi cursorul rezistorului variabil în poziţia din mijloc şi măsuraţi rezistenţa nominală Rn a rezistorului între bornele de la margine, după aceasta măsuraţi rezistenţa stabilită RS1 între o bornă din mijloc şi una de la margine. După aceasta schimbaţi minimal posibil unghiul cursorului a sistemului mobil şi măsuraţi rezistenţa RS2. Capacitatea de rezoluţie se calculează după formula:

ΔR=

|R S1 −R S2| ⋅100 % Rn

6. De luat datele şi de construit caracteristica funcţională

R α =f Rn αn

( )

a rezistoarelor variabile R1...R4. Conectaţi multimetru în calitate de ommetru la unul din rezistoarele variabile şi măsuraţi rezistenţa lui la diferite valori a

unghiului  de la 0° până la limită a sistemului mobil de măsurare n peste fiecare 20°. Rezultatele măsurărilor fixaţi în tabelul 2.7. , grad /n R1 R1/R1n ......

0

20

40

60

80

100

…

Tabelul 2.7 … 300

După datele din tabelul 2.7 construiţi curba dependenţei R α =f Rn αn

( )

a rezistoarelor cercetate pe un singur grafic. 2.4. Conţinutul dării de seamă

1. Schema instalaţiei de laborator. 2. Tabelele 2.4...2.7 cu rezultatele măsurărilor. 3. Decodificarea marcărilor rezistoarelor cercetate. 4. Graficele dependenţilor de temperatură a rezistenţei şi α R ale rezistoarelor cercetate, graficele dependenţelor R2=f(T), T = f(P) a rezistorului de mare putere R2. 5. Graficele caracteristicilor funcţionale ale rezistoarelor variabile. 2.5. Întrebările de control 1. Clasificarea rezistoarelor. 2. Marcarea rezistoarelor. 3. Materialele rezistive. 3. Parametri de bază a rezistoarelor fixe şi variabile. 4. Tipul caracteristicilor funcţionale a rezistoarelor variabile. 2.6. Bibliografie 1. Drâgulescu N., Miroiu C., Moraru D. A,B,C... Electronica în imagini: Componente pasive. Ed. Tehnica, Bucureşti, 1990. 2. Ianculescu R. Manual radioamatorului începâtor.- Bucureşti: Ed. Tehnicâ, 1989.

3. Рычина Т. А., Зелинский А. В. Устройства функциональной электроники и электрорадиоэлементы. –М.: Радио и связь, 1989. 4. Резисторы: Справочник / под ред. И. И. Четверткова и В. М. Терехова. М.: Радио и связь, 1991.