Rezystory cz. 3.docx

Rezystory cz.3.

W trzeciej części artykułu o rezystorach postanowiliśmy umieścić te parametry rezystorów, które wykraczają poza program nauczania technikum, ale mogą zainteresować ciekawskich elektroników.

Współczynnik szumów - określa szumy wprowadzane przez rezystor. Szumy te ważne szczególnie w przedwzmacniaczach wysokiej klasy zależą przy tym od przyłożonego napięcia stałego. We wszystkich rezystorach powstają szumy. Z jednej strony jest to tzw. szum termiczny, który powstaje w każdym elemencie przewodzącym prąd i który wynika z faktu, że nie wszystkie elektrony płyną w kierunku przepływu prądu, a z drugiej strony - szum prądowy, którego wartość zależy od typu rezystora. Szum termiczny, który jest niezależny od rodzaju rezystora, można obliczyć wg następującego wzoru:

gdzie: U = napięcie szumów, jego wartość skuteczna w V, k = stała Boltzmana (1,38 x 10-23), T = temperatura bezwzględna w stopniach Kelvina, R = rezystancja w i B = szerokość pasma w Hz.

Szum prądowy, który zależy np. od rodzaju materiału użytego na element oporowy, nierównomierności jego powierzchni i zanieczyszczeń, podawany jest z reguły w danych technicznych producenta. Poziom szumów podaje się w uV/V lub w dB. Poziom 0 dB odpowiada 1 uV/V. Szum całkowity jest pierwiastkiem sumy kwadratów szumu termicznego i prądowego.

Zależność rezystancji od napięcia - Rezystancja wszystkich rezystorów jest w jakiś sposób zależna od napięcia i zazwyczaj jest to od 10 do 1000 ppm/V (jednostka ppm/V oznacza milionową część na 1 volt, 10-6/V). Zależność ta powoduje zniekształcenia harmoniczne - jeśli mamy do czynienia z napięciem zmiennym. Często nazywa się to nieliniowością i podaje się w dB jako relację miedzy przebiegiem podstawowym i jego trzecią harmoniczną.

Zależność impedancji od częstotliwości - Rezystor idealny posiadał by tylko rezystancję; niestety rezystor rzeczywisty posiada również inne parametry. Aby łatwiej zrozumieć zachowanie się rezystora, możemy użyć prostego schematu zastępczego:

gdzie: R = rezystancja, CL = pojemność własna (zwana również upływnością), LR = indukcyjność elementu oporowego i Ls = indukcyjność wyprowadzeń.

Widać tu, że rezystor posiada składowe indukcyjne i pojemnościowe. Przy zastosowaniach w obwodach prądu zmiennego (zwłaszcza w.cz.), zaczynają odgrywać rolę reaktancje, które w połączeniu z rezystancją tworzą impedancję, którą w niektórych wypadkach trzeba wziąć pod uwagę.

Przykładowo: jaką impedancję będzie miał rezystor wykonany w technologii cienkowarstwowej o wartości 10 k przy częstotliwości 400 MHz? Zakładamy CL = 0,1 pF. Wyprowadzenia mają długość 10 mm i średnicę 0,6 mm. Przy pomocy wzoru na indukcyjność prostego drutu otrzymamy indukcyjność (Ls) równą 8,4 nH w każdym wyprowadzeniu. Indukcyjność elementu oporowego (LR) można wyliczyć ze wzoru dla jednowarstwowej cewki powietrznej. Zakładamy średnicę korpusu = 2 mm, długość 4 mm i 3 zwoje. Wzór daje nam 6,9 nH. W przeliczeniu na reaktancje uzyskujemy odpowiednio: 3979 dla CL, 21 , dla Ls i 17 , dla LR.

Możemy przyjąć, że reaktancje indukcyjne są do pominięcia. Impedancja (Z) przy połączeniu równoległym będzie więc wynosić:

Opornik o wartości 10 k ma więc przy 400 MHz impedancję tylko 3,7 k.

Rezystory warstwowe poniżej 100 , można z reguły traktować przy w.cz. jako elementy o charakterze indukcyjnym (impedancja wzrasta z częstotliwością), od 100 do 470 jako prawie idealną rezystancję. Rezystory powyżej 470 , nabierają charakteru pojemnościowego (impedancja zmniejsza się ze wzrostem częstotliwości). Im większa wartość rezystancji, tym większa pojemność.

Z następującego wykresu można obliczyć impedancję jako % rezystancji w zależności od częstotliwości dla rezystora metalizowanego o różnej wartości rezystancji (oporności dla prądu stałego).

Rezystory drutowe mają zarówno dużą indukcyjność, jak i pojemność. Ich impedancja będzie największa przy częstotliwości rezonansowej. Przy częstotliwościach niższych od rezonansowej mają charakter indukcyjny, przy wyższych - pojemnościowy.