Проектування дротяних резисторів постійного опору

Проектування дротяних резисторів постійного опору. Розглянемо порядок проектування резистора з прикладу постійного дротяного резистора. У технічному завданні (ТЗ) на розробку резистора формулюються такі вимоги щодо його параметрів:

1) R n d R н – номінальний опір та відхилення від номіналу, Ом;

2) Р н - номінальна потужність розсіювання, Вт;

3) T max - допустиме нагрівання резистивного елемента, ° С;

4) умови експлуатації;

5) масогабаритні властивості (розміри, маса).

Проектування резистора складається з кількох етапів.

1. Вибір матеріалу дроту (манганін, константан, ніхром). Виготовляється з умов експлуатації, допустимої робочої температури та вимог до стабільності параметрів.

2. Розрахунок діаметра обмотувального дроту без ізоляції d o . З цією метою скористаємося формулою для допустимої щільності струму j, що протікає через резистивний елемент: , А/мм 2 (7.22) де I н - значення струму через резистор, А; q o - переріз дроту, мм 2 . З формули (7.22) випливає, що діаметр дроту резистивного елемента без ізоляції дорівнює . (7.23) У формулі (7.23) величина струму I н через резистивний елемент розраховується виходячи з номінальної потужності розсіювання резистора Рн та номінального опору R н : . (7.24) Щільність струму j вибирається в залежності від допустимого нагріву резистора, діаметра дроту та умов охолодження; для розрахунків можуть бути прийняті наступні значення щільності струму: для стабільних резисторів 1 2 А/мм 2 , для навантажувальних (гасять) резисторів 5 10 А/мм 2 , для резисторів з мікропроводу 200 300 А/мм 2 . За розрахованим діаметром дроту d o з довідника вибирається найближче стандартне значення діаметра і,відповідно до допустимої температури нагрівання, величина діаметра проводу в ізоляції d з . 3. Визначення довжини обмотувального дроту l пр . Для цього скористаємося формулою l пр = , з якої після перетворень випливає

, м, (7.25) де r - Питомий опір проводу, Ом × мм 2 /м. 4. Розрахунок площі поверхні охолодження резистора S охл. Приблизно вважатимуться, що вона дорівнює площі зовнішньої поверхні ізоляційного основания. Для цього скористаємося формулою (7.2), з якої отримаємо, що . (7.26) Для точних резисторів із допусками 0,25; 0,5; 1,0% значення питомої потужності розсіювання Руд = 50? 500 Вт/м 2 ; для резисторів загального застосування з допустимою температурою перегріву 50? 60 ° С величина Руд = 1000? 1500 Вт/м 2 , для навантажувальних резисторів (наприклад, в ланцюгах живлення апаратури) Руд = 3000? 5000 Вт/м 2 ; 5. Розробка конструкції резистора. Виберемо, наприклад, конструкцію резистора на циліндричній ізоляційній основі (каркасі). Основні конструктивні розміри резистора зображено на рис. 7.19. Вважаючи для резистора з одношаровим намотуванням діаметр резистора D н приблизно рівним діаметру каркаса D до, визначаємо довжину намотування за формулою. (7.27) Для резисторов, що гасять значення D к = 12 ¼ 30 мм, для точних резисторів D до = 6 ¼ 19 мм. Визначивши довжину намотування, слід провести перевірочний розрахунок розміщення обмотки на каркасі, перевіривши виконання умови де N – число витків намотування , a = 1,1 ¼ 1,3 – коефіцієнт нещільності укладання проводу. Число витків намотування можна оцінити за формулою. (7.28) Якщо обмотка не розміщується на каркасі в один шар, слід збільшити розрахункове значення L н на відповідну величину. Загальна довжина каркаса визначається виразом L к = L н + 2 d к , де d к = 2 ¼ 3 мм– товщина щік основи (див. рис. 7.19). 6. Розрахунок виробничої похибки опору резистора d R н та розрахунок ТКС a R, T . Використовуємо імовірнісно-статистичний метод аналізу точності параметрів радіокомпонентів (п. 6.2). Для розрахунку виробничої похибки опору резистора використовуємо формулу опору дротяного резистора: .

Підставляючи цю формулу значення l пр = N p D к , отримаємо: . (7.29) З виразу (7.29) випливає, що відносне середньоквадратичне відхилення опору резистора залежить від кількох факторів: середньоквадратичного відхилення питомого опору проводу v r відхилень діаметра проводу діаметра каркаса і числа витків vN . Нехтуючи останнім фактором, згідно з формулами (6.20) та (7.29) розрахуємо відносні коефіцієнти впливу B r = 1, = –2, = 1. Таким чином, відносне середньоквадратичне відхилення опору дротяного резистора дорівнює . (7.30) Вважаючи, що похибки вхідних параметрів розподілені за нормальним законом (п. 6.3), для виробничої похибки опору дротяного резистора отримаємо такий вираз: d R н , % = 3 , % . (7.31) Температурний коефіцієнт опору резистора розраховується за формулою (7.22) a R , T = ar , T – 2 + , 1/ К . (7.32) Отже, ТКС дротяного резистора залежить від ТКС намотувального дроту та ТКЛР матеріалів дроту та каркасу. Як матеріал для каркаса навантажувальних резисторів вибирається установча кераміка. Якщо допустима робоча температура резистора невелика, для виготовлення каркаса можна використовувати прес - матеріали , оксидований чи захищений лаком алюміній, гетинакс , текстоліт. Висновки резистора повинні мати надійне з'єднання зобмоткою та з каркасом. Намотування дроту на ізоляційну основу виготовляють на спеціальному устаткуванні, що дозволяє регулювати натяг дроту та встановлювати необхідний крок намотування.