ιπλωματική Εργασία του φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ:ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙO YΨΗΛΩΝ ΤΑΣΕΩΝ ιπλωματική Εργασία του φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών ΤΟΜΑΡΑΣ ΜΙΛΤΙΑ ΗΣ ΤΟΥ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΥ Αριθμός Μητρώου: 5788 Θέμα ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ ΥΨΗΛΗΣ ΤΑΣΗΣ Επιβλέπουσα καθηγητρια ΠΥΡΓΙΩΤΗ ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ Αριθμός ιπλωματικής Εργασίας: Πάτρα, 29 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΥ

2 ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ Πιστοποιείται ότι η ιπλωματική Εργασία με θέμα ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ ΥΨΗΛΗΣ ΤΑΣΗΣ Του φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών ΤΟΜΑΡΑ ΜΙΛΤΙΑ Η ΤΟΥ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΥ Αριθμός Μητρώου:5788 Παρουσιάστηκε δημόσια και εξετάστηκε στο Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών στις.../../ Η Επιβλέπουσα Ο ιευθυντής του Τομέα 2

3 Αριθμός ιπλωματικής Εργασίας: Θέμα: ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ ΥΨΗΛΗΣ ΤΑΣΗΣ Φοιτητής: Επιβλέπουσα: 3

4 Περίληψη Κατά την διάρκεια των τελευταίων δεκαετιών η εξέλιξη στον τεχνολογικό τομέα έχει κάνει αλματώδη πρόοδο. Η πρόοδος αυτή εισάγει νέες εφαρμογές οι οποίες απαιτούν κυκλώματα υψηλής ακρίβειας και αξιοπιστίας αυτό οδήγησε σε ανάπτυξη των κυκλωματικών στοιχείων και ειδικότερα των αντιστάσεων, οι οποίες αποτελούν βασικά στοιχεία στην λειτουργία κάθε κυκλώματος, έτσι ώστε να υπάρχουν πλέον αντιστάσεις διαφόρων τύπων, ώστε να ικανοποιούνται όλες οι ανάγκες. Τα βασικά ηλεκτρικά μεγέθη κάθε αντίστασης οποιουδήποτε τύπου είναι η ωμική τιμή της και η ονομαστική της ισχύ. Ωστόσο, υπάρχουν και δευτερεύοντα μεγέθη τα οποία βοηθούν στην καλύτερη γνώση των χαρακτηριστικών και της λειτουργίας κάθε αντίστασης. Τα χαρακτηριστικά αυτά μεταβάλλονται από τον κατασκευαστή της αντίστασης ώστε να ικανοποιούνται όλες οι εφαρμογές. Οι αντιστάσεις διαχωρίζονται σε 3 βασικές κατηγορίες: Σταθερές, μεταβλητές και μεταβαλλόμενες. Ο διαχωρισμός αυτός γίνεται με βάση την δυνατότητα ρύθμισης της τιμής τους από αυτόν που την χρησιμοποιεί. Οι σταθερές αντιστάσεις έχουν τιμή αντίστασης και ισχύος που ορίζεται από τον κατασκευαστή και παραμένει σταθερή για όλη την διάρκεια ζωής της αντίστασης. Κατασκευάζονται με διάφορες μεθόδους, με αποτέλεσμα να δημιουργούνται αντιστάσεις που έχουν διαφορετικά χαρακτηριστικά, τα οποία εξαρτώνται άμεσα από τον τρόπο και τα υλικά κατασκευή τους. Καλύπτονται, έτσι όλες οι ανάγκες λόγω της μεγάλης ποικιλίας. Οι μεταβλητές αντιστάσεις έχουν τιμή που μπορεί να ρυθμιστεί από όποιον την χρησιμοποιεί. Οι μεταβαλλόμενες αντιστάσεις είναι αυτές που δεν υπακούουν στον νόμο του Ohm(V=I*R), αλλά μεταβάλλουν την αντίσταση τους σε συνάρτηση με την μεταβολή διαφόρων μεγεθών όπως η θερμοκρασία, το φώς ή η τάση. Οι αντιστάσεις σύρματος είναι σταθερές αντιστάσεις με πολύ καλά ηλεκτρικά χαρακτηριστικά, καθώς έχουν μικρές ηλεκτρικές ανοχές επιτυγχάνουν καλή ευστάθεια και πολύ χαμηλούς συντελεστές θερμότητας. Διαχωρίζονται σε χαμηλής ισχύος και υψηλής ανάλογα με την ισχύ της εφαρμογής στην οποία τις 4

5 χρησιμοποιούμε. Τα τυλίγματα κατασκευάζονται από μεταλλικά κράματα, τα οποία μπορούν να γίνουν πιο ανθεκτικά σε μηχανικές καταπονήσεις, και επιτυγχάνουν υψηλή ειδική αντίσταση. Για την κατασκευή του πυρήνα χρησιμοποιούνται διάφορα μονωτικά. Τα χαρακτηριστικά αυτού του τύπου των αντιστάσεων τις καθιστά ιδανικές για την κατασκευή μιας αντίστασης υψηλής τάσης. Έτσι, επιλέξαμε μια αντίσταση ονομαστικής τιμής 700 ΚΩ και ισχύος 250 W, δημιουργώντας μια σειρά από 10 αντιστάσεις συνολικής αντίστασης 7ΜΩ και ισχύος 2.5 ΚW. Πάνω σε αυτή την αντίσταση διεξήγαμε σειρά μετρήσεων για να μελετήσουμε την συμπεριφορά τους υπό την επίδραση υψηλής τάσης. Παρατηρήσαμε, λοιπόν, ότι υπάρχει εξάρτηση της τιμής της αντίστασης από το ρεύμα που την διαρρέει, καθώς αυτή λειτουργεί σαν πηνίο. Αυτό οφείλεται στον τρόπο κατασκευής της αντίστασης σύρματος και ήταν αναμενόμενο. Παρ όλα αυτά παραμένει ο ιδανικός τύπος αντίστασης για εφαρμογές υψηλών τάσεων, καθώς έχουν μεγάλη αξιοπιστία και παρέχονται σε μεγάλες τιμές ισχύος. 5

6 ABSTRACT At the duration of last decades the development in the technological sector has made swift progress. This progress imports new applications that require circuits of high precision and reliability. This led to growth of circuit elements and more specifically to the resistances, which constitute basic elements in the operation of each circuit, so as to exist henceforth resistances of various types, in order to meet all needs. The basic electric sizes of each resistance of any type are her omik value and her nominal force. However, there are also secondary sizes which lead to better knowledge of the characteristics and the operation of each resistance. These features vary from manufacturer of resistance so as to suit in all applications. The resistances are separated into 3 main categories: Constant, variable and altered. This distinction is based on the adjustment of value by the person who uses it. The constant resistances have a value of resistance and a value of power that is provided by the manufacturer and is constant throughout the life of resistance. They are formed by various methods, so that are created resistances that have different characteristics, which depend directly on the construction methods and the materials manufacture. This covers all the needs of the large variety. The variable resistances have value that can be set from whoever uses it. The altered resistances are those that do not obey the law of Ohm (V = I * R),but they change their resistance according to the change of various sizes such as temperature, light or voltage. The resistances of wire are constant resistances with very good electrical characteristics as they have small electric tolerances and can achieve a good level of stability and very low rates of heat. They are separated into low and high power, depending on the strength of the application in which we use them. The windings are made of metal alloys, which can be more resistant to mechanical stress and can achieve high special resistivity. For the manufacture of core there are used different 6

7 insulating materials. The characteristics of this type of resistances make them ideal for the construction of a high voltage resistance. Thus, we selected a resistance with nominal value 700 KOS and power 250 W, generating a series of 10 resistances with total resistance 7[MO] and power 2.5 KW. Over these series we had resistance measurements to study their behaviour under the influence of high voltage and we noticed that there is dependence of the resistance value with the stream which flows through, as it acts as ballast.. This is owed in the way the resistance wire is manufactured and the result was expected. Nevertheless, it remains the ideal type of resistance for high voltage applications, while they are very reliable and are provided in big prices of power. 7

8 ΣΚΟΠΟΣ Σκοπός της συγκεκριμένης διπλωματικής εργασίας είναι η κατασκευή μιας αντίστασης υψηλής ωμικής τιμής και ισχύος, ώστε να μπορεί να δεχτεί στα άκρα της υψηλή τάση. Η αντίσταση αυτή κατασκευάζεται έτσι ώστε να μπορεί να χρησιμοποιηθεί στο εργαστήριο υψηλών τάσεων για την πραγματοποίηση των απαραίτητων δοκιμών και εργαστηρίων μετρήσεων. 8

9 Πίνακας περιεχομένων ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΑΝΤΙΣΤΑΣΕΩΝ Εισαγωγή ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ Θερμική Αντίσταση Θερμικός Συντελεστής (ή Συντελεστής Θερμοκρασίας,TRC) Ολίσθηση Γραμμικότητα Συντελεστές Τάσης Συντελεστής Παραμόρφωσης Θόρυβος Ονομαστική Ισχύς Απωλειών Σταθερότητα Μέγιστη Θερμοκρασία Λειτουργίας Aνοχή ΣΤΑΘΕΡΕΣ ΑΝΤΙΣΤΑΣΕΙΣ Αντιστάσεις ανθρακόμαζας (carbon resistors) Αντιστάσεις στρώματος άνθρακα(carbon film resistors) Αντιστάσεις με επίστρωση μετάλλου(metal thin film resistors) Αντιστάσεις με επίστρωση οξειδίου μετάλλου(metal oxide thin film resistors) Αντιστάσεις σύρματος(wire wound resistors) Αντιστάσεις με επίστρωση μετάλλου γυαλιού(metal glass thin film resistors)

10 1.2.7 Αντιστάσεις MELF επιφανειακής στήριξης(metal electrode face bonding) Επίπεδες αντιστάσεις επιφανειακής στήριξης(surface mount resistors) Κεραμικές αντιστάσεις(ceramic resistors) Αντιστάσεις τυπωμένων κυκλωμάτων(printed resistors circuits, PRC) ΜΕΤΑΒΛΗΤΕΣ ΑΝΤΙΣΤΑΣΕΙΣ Ρυθμιζόμενες αντιστάσεις Αντιστάσεις μεταβλητής τιμής ΒΛΑΒΕΣ ΚΑΙ ΕΛΕΓΧΟΣ(ΣΤΑΘΕΡΕΣ ΚΑΙ ΜΕΤΑΒΛΗΤΕΣ) ΜΕΤΑΒΑΛΛΟΜΕΝΕΣ ΑΝΤΙΣΤΑΣΕΙΣ Θερμίστορ Φωτοαντιστάσεις Βαρίστορ Χαρακτηριστική τάσης ρεύματος Συντελεστής θερμότητας Επιτρεπόμενη ισχύς κατανάλωσης Χαρακτηριστικά συχνότητας των βαρίστορ ΑΛΛΑ ΕΙΔΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΕΩΝ ΒΛΑΒΕΣ ΚΑΙ ΕΛΕΓΧΟΣ(ΜΕΤΑΒΑΛΛΟΜΕΝΕΣ) ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΑΝΤΙΣΤΑΣΕΙΣ ΣΥΡΜΑΤΟΣ (WIREWOUND RESISTORS) Εισαγωγή Αντιστάσεις χαμηλής ισχύος (low power resistors) Αντιστάσεις υψηλής ισχύος (high power resistors) Ηλεκτρικά και μηχανικά χαρακτηριστικά ΤΥΛΙΓΜΑΤΑ

11 2.5.1 Κράματα χαλκού νικελίου και χαλκού μαγγανίου νικελίου Κράμα νικελίου χρωμίου Μηχανισμός αγωγής σε μαγνητικά κράματα ΠΥΡΗΝΑΣ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΔΙΑΣΦΑΛΙΣΗ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΤΑΞΗ Εισαγωγή Μελέτη διάταξης και τύπου αντιστάσεων που θα χρησιμοποιηθούν Πειραματικές μετρήσεις ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

12 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΑΝΤΙΣΤΑΣΕΩΝ Εισαγωγή Ηλεκτρικό ρεύμα είναι η κίνηση των ηλεκτρονίων μέσα στους αγωγούς. Η κίνηση αυτή είναι πολύ αργή αφού τα ηλεκτρόνια καλύπτουν αποστάσεις μερικών μέτρων το δευτερόλεπτο, ενώ η ενέργεια που μεταφέρουν διαδίδεται από ηλεκτρόνιο σε ηλεκτρόνιο με την ταχύτητα του φωτός, που είναι τελικά και η ταχύτητα μετάδοσης του ηλεκτρικού ρεύματος. Ο αριθμός των ηλεκτρονίων στη μονάδα του χρόνου καθορίζει την ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος, η οποία εξαρτάται από την φύση του αγωγού, μια και ο αριθμός των ελεύθερων ηλεκτρονίων είναι διαφορετικός από υλικό σε υλικό. Όποια υλικά έχουν πολλά ελεύθερα ηλεκτρόνια (χαλκός, αλουμίνιο κτλ),δεν εμποδίζουν την κίνηση των ηλεκτρονίων, δηλαδή ενεργούν σαν αγώγιμα υλικά ή αγωγοί. Αντίθετα όσα έχουν λίγα ελεύθερα ηλεκτρόνια προβάλουν αντίσταση στην κίνηση των ηλεκτρονίων δηλαδή ενεργούν σαν μονωτικά. Αντίσταση λοιπόν ενός υλικού στην ηλεκτρολογία, εννοούμε την δυσκολία που παρουσιάζει το υλικό αυτό στην κίνηση του ρεύματος. Κάθε κατασκεύασμα που παρουσιάζει την ιδιότητα αυτή ονομάζεται αντιστάτης. Έχει επικρατήσει βέβαια η έννοια της αντίστασης, η οποία θα χρησιμοποιείται στη συνέχεια. Η αντίσταση, λοιπόν, ενός υλικού εξαρτάται και καθορίζεται από το είδος του υλικού, από την γεωμετρική του μορφή και από τη φύση του, δηλαδή από το πόσο καθαρό είναι ή πόσες ξένες προσμίξεις έχει. Η σχέση που συνδέει το είδος του υλικού με την αντίσταση και την μορφή του καθορίζεται από την σχέση R=ρ (σε 12

13 ohm), ενώ η μεταβολή της τιμής της αντίστασης από την θερμοκρασία από την σχέση (σε ohm).η αντίσταση ενός αγωγού μεταβάλλεται επίσης με τη μεταβολή της συχνότητας του ρεύματος που τον διαρρέει. Όσο αυξάνει η συχνότητα αυξάνει και η τιμή της αντίστασης, λόγω της κατανεμημένης αυτεπαγωγής της. Η ιδιότητα αυτή του ρεύματος να μεταδίδεται από την επιφάνεια του υλικού όσο αυξάνει η συχνότητα ονομάζεται επιδερμικό φαινόμενο. Αναλόγως, με την μείωση της συχνότητας, μειώνεται και η τιμή της αντίστασης. Οι αντιστάσεις χρησιμοποιούνται γενικά για τον περιορισμό της ροής του ρεύματος σ ένα κύκλωμα ή για να επιτευχθεί μια επιθυμητή τιμή τάσης στα άκρα τους, μια και ισχύει ο νόμος του Ohm σύμφωνα με τον οποίο η τάση στα άκρα μιας αντίστασης ισούται με την τιμή της αντίστασης επί το ρεύμα που την διαρρέει( ). Τα βασικά χαρακτηριστικά των αντιστάσεων είναι η ωμική τους τιμή και η μέγιστη ισχύς που μπορούν να καταναλώσουν. Έτσι έχουμε αντιστάσεις των οποίων η τιμή κυμαίνεται από κλάσμα του ohm μέχρι και μερικά εκατομμύρια ohm, και η ισχύ μέχρι μερικές εκατοντάδες watt. Αυτό μας δίνει την δυνατότητα εύρεσης της κατάλληλης αντίστασης για την κάθε εφαρμογή. Ωστόσο, υπάρχουν διάφορες τεχνολογίες στην κατασκευή αντιστάσεων, καθεμία από τις οποίες έχει βέλτιστη λειτουργία σε κάποιον από τους τομείς της ηλεκτρολογίας ή των ηλεκτρονικών. Οι αντιστάσεις χωρίζονται σε τρεις βασικές κατηγορίες: Σταθερές, των οποίων η τιμή είναι σταθερή και προκαθορισμένη από τον κατασκευαστή, Μεταβλητές, των οποίων η τιμή μεταβάλλεται από τον χρήστη και Μεταβαλλόμενες, των οποίων η τιμή μεταβάλλεται σε συνάρτηση με κάποιο φυσικό μέγεθος όπως την θερμοκρασία, το φως, την τάση κτλ. 13

14 1.1 ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ Θερμική Αντίσταση Όταν μέσα από μία αντίσταση περνά ρεύμα, τότε αυτή θερμαίνεται και ένα μέρος από αυτήν αποδίδεται στο περιβάλλον μέσω του αέρα, των ακροδεκτών της αντίστασης και της ψυκτικής επιφάνειας που μπορεί να την περιβάλει. Αν η θερμότητα που δημιουργείται στην αντίσταση και η θερμότητα που αποβάλλεται στο περιβάλλον είναι σταθερές, τότε θα επέλθει κάποια στιγμή ισορροπία. Η σχέση μεταξύ αυτών των μεγεθών αποδίδεται από την θερμική αντίσταση: Όπου : η θερμική αντίσταση, : η θερμοκρασία της αντίστασης, : η θερμοκρασία του περιβάλλοντος, : η υπερθερμοκρασία δηλαδή η διαφορά της θερμοκρασίας αντίστασης και περιβάλλοντος και Ρ: το φορτίο. Οι ογκώδεις αντιστάσεις έχουν μεγαλύτερη θερμική αδράνεια και δεν θερμαίνονται τόσο γρήγορα. Έτσι μπορούν να αντέξουν πιο πολύ σε παλμικά φορτία. Το πόσο γρήγορα θα γίνεται η ψύξη μίας αντίστασης από τον αέρα που την περιβάλλει και από την θερμική ακτινοβολία της ίδιας της αντίστασης, εξαρτάται από την εξωτερική επιφάνεια του εξαρτήματος και την θερμοκρασία του περιβάλλοντος. Η θερμική ακτινοβολία αποκτά σημασία μόνο σε θερμοκρασιακές επιφάνειες από και πάνω. Οι λιγότερο ογκώδεις αντιστάσεις, ψύχονται κυρίως με απαγωγή θερμότητας μέσω των ακροδεκτών τους. Αν η θερμοκρασία περιβάλλοντος είναι αυξημένη τότε η απαγωγή θερμότητας είναι πιο δύσκολη και η οικονομική ισχύς μειώνεται Θερμικός Συντελεστής (ή Συντελεστής Θερμοκρασίας,TRC) Ένα άλλο φαινόμενο είναι η μεταβολή της τιμής της αντίστασης σε συνάρτηση με την θερμοκρασία. Ο θερμικός συντελεστής (temperature coefficient) α (ή διαφορετικά ΤRC) είναι: 14

15 όπου : τιμή της αντίστασης στην θερμοκρασία t, : τιμή της αντίστασης στην θερμοκρασία περιβάλλοντος, : διαφορά θερμοκρασίας t με τη θερμοκρασία περιβάλλοντος, και μας δείχνει τη σχέση μεταξύ της σχετικής μεταβολής της αντίστασης και της αντίστοιχης διαφοράς θερμοκρασίας. Ο θερμικός συντελεστής μπορεί επίσης να εκφραστεί σε ppm (ppm=α x ) Ολίσθηση Ολίσθηση ονομάζουμε την μόνιμη μεταβολή της αντίστασης που οφείλεται στις αλλαγές της δομής του υλικού. Η μεταβολή αυτή είναι εκθετική και συμβαίνει με την πάροδο του χρόνου πράγμα που σημαίνει ότι όσο πιο παλιό είναι το εξάρτημα τόσο μικρότερη ολίσθηση παρουσιάζει. Για τον λόγο αυτό σε κυκλώματα ακριβείας χρησιμοποιούνται πεπαλαιωμένα εξαρτήματα. Παράγοντες που μπορούν να αυξήσουν την ολίσθηση είναι η θερμοκρασία, η υγρασία, η μηχανική καταπόνηση και τα μεγάλα φορτία Γραμμικότητα Η γραμμικότητα και ο συντελεστής τάσης είναι ένα μέτρο συμπεριφοράς της καμπύλης ρεύματος τάσης. Αν η χαρακτηριστική καμπύλη της αντίστασης δεν είναι γραμμική, τότε το ημιτονικό ρεύμα προκαλεί διάφορες αρμονικές οι οποίες τελικά οδηγούν στην παραμόρφωση της τάσης. Η γραμμικότητα δίνεται σαν ποσοστιαία μεταβολή της αντίστασης σε σχέση με την εφαρμοζόμενη τάση ή σαν λογάριθμος του λόγου της θεμελιώδους συχνότητας της εφαρμοζόμενης τάσης προς τη συχνότητα της τρίτης αρμονικής δηλαδή: 15

16 1.1.5 Συντελεστές Τάσης Σε πολλές αντιστάσεις παρατηρείται το φαινόμενο της μεταβολής της τιμής τους με την μεταβολή της εφαρμοζόμενης σε αυτές τάσης V.Οι μεταβολές αυτές γίνονται με πολύπλοκο τρόπο αλλά χωρίς μεγάλο σφάλμα και ακολουθούν την σχέση : όπου R: η τιμή της αντίστασης στην τάση V, : η τιμή της αντίστασης στην τάση αναφοράς και : ο συντελεστής τάσης της αντίστασης σε Συντελεστής Παραμόρφωσης Οι αντιστάσεις είναι παθητικά εξαρτήματα, δηλαδή δεν κάνουν ενίσχυση. Παρ όλα αυτά όμως προκαλούν παραμορφώσεις στα σήματα. Οι παραμορφώσεις βέβαια είναι πολύ μικρές, σε καμία όμως περίπτωση δεν είναι αμελητέες. Για να μετρήσουμε την παραμόρφωση που εισάγει μια αντίσταση εφαρμόζουμε σε αυτήν μια τάση συχνότητας και μετράμε την εναλλασσόμενη τάση σε αυτήν. Στη συνέχεια αναλύουμε την και μετράμε την τάση της τρίτης αρμονικής. Ο λόγος των δύο αυτών τάσεων μας δίνει την παραμόρφωση στην τρίτη αρμονική (οι άλλες αρμονικές προκαλούν αμελητέες παραμορφώσεις) σύμφωνα με την σχέση: Όπου : ο συντελεστής παραμόρφωσης της τρίτης αρμονικής. Η τιμή του εξαρτάται από τον τύπο της κατασκευής, το είδος και την τιμή της αντίστασης. 16

17 Γενικά είναι εντυπωσιακά τα χαρακτηριστικά παραμόρφωσης των αντιστάσεων μια και μπορεί να φτάσουν τα 30dB Θόρυβος Ο θόρυβος δίνεται σαν σχετική τάση θορύβου ρεύματος και χαρακτηρίζει την τάση θορύβου που προκαλείται με την εφαρμοζόμενη τάση. Μετράται σε μv/v Ονομαστική Ισχύς Απωλειών Μια αντίσταση που λειτουργεί σε ένα κύκλωμα αναπτύσσει μια ισχύ η οποία αποδίδεται στο περιβάλλον σαν απώλεια. Βέβαια η ισχύς αυτή δεν πρέπει σε καμία περίπτωση να μεταβάλλει την δομή των υλικών κατασκευής γιατί έχουμε μη αναστρέψιμα φαινόμενα που μπορούν να οδηγήσουν στην καταστροφή της. Οι κατασκευαστές δίνουν σε διαγράμματα την αύξηση της θερμοκρασίας Δt στην αντίσταση σε σχέση με την ισχύ που χάνεται σαν απώλειες Σταθερότητα Αν μια αντίσταση λειτουργεί σε ένα περιβάλλον που μεταβάλλεται, παρουσιάζεται σταθερή μεταβολή της τιμής της. Ο βαθμός σταθερότητας δίνεται από την μεταβολή της αντίστασης προς την αρχική της τιμή, δηλαδή: Βαθμός σταθερότητας %= Μέγιστη Θερμοκρασία Λειτουργίας Η μέγιστη θερμοκρασία λειτουργίας καθορίζει τα όρια λειτουργίας της αντίστασης πέρα από τα οποία αλλάζουν δομή τα κατασκευαστικά υλικά της. Για τις 17

18 μεταλλικές αντιστάσεις, επιστρώσεως και σύρματος, τα όρια αυτά είναι ιδιαιτέρως ανεπτυγμένα, ενώ για τις αντιστάσεις άνθρακος δεν ξεπερνούν τους Aνοχή Όταν μια αντίσταση κατασκευάζεται, πάνω στο σώμα της αναγράφεται η ονομαστική της τιμή. Η πραγματική τιμή όμως της αντίστασης ανάλογα με τον τρόπο και το υλικό κατασκευής μπορεί να διαφέρει από την θεωρητική. Το ποσοστό λοιπόν επί τις εκατό που διαφέρει ονομάζεται ανοχή. Οι αντιστάσεις που υπάρχουν στο εμπόριο μπορεί να έχουν απόκλιση από την τιμή τους 20% 10% 5% 2% 1% 0.5% 0.25% 0.1%. 1.2 ΣΤΑΘΕΡΕΣ ΑΝΤΙΣΤΑΣΕΙΣ Επειδή η τιμή των σταθερών αντιστάσεων είναι προκαθορισμένη ήταν αναγκαίο να τυποποιηθούν οι τιμές τους ούτως ώστε να είναι πιο μαζική η παραγωγή τους. Έτσι δημιουργήθηκε ο κανονισμός IEC 63 με βάση τον οποίο παράγονται αντιστάσεις συγκεκριμένων τιμών, έτσι ώστε οι διαθέσιμες αντιστάσεις να καλύπτουν όλες τις τιμές που μπορεί να ζητηθούν. Στο παράρτημα παρατίθεται ο πίνακας των τυποποιημένων αυτών τιμών. Οι αντιστάσεις που ακολουθούν τον νόμο του Οhm είναι γραμμικά στοιχεία και στο εμπόριο συναντώνται σε τρεις κυρίως τύπους, ανάλογα με το υλικό κατασκευής: Αντιστάσεις άνθρακος Μεταλλικές αντιστάσεις Κεραμικές αντιστάσεις Ανάλογα τώρα με τον τρόπο κατασκευής έχουμε τα εξής είδη αντιστάσεων: 18

19 Εικόνα 1.1 Αντιστάσεις φτιαγμένες με διάφορα υλικά και διάφορους τρόπους Αντιστάσεις ανθρακόμαζας (carbon resistors) Οι αντιστάσεις αυτές, εικόνα 1.2, αποτελούνται από ένα κύλινδρο που φτιάχνεται από άνθρακα και κόλλα. Η μάζα άνθρακα κόλλας θερμαίνεται και συμπιέζεται μαζί με τους ακροδέκτες που είναι αγωγοί από επαργυρωμένο ή μη χαλκό. Η εξωτερική επιφάνεια βάφεται με χρώμα για να μην επηρεάζεται από τις εξωτερικές συνθήκες. Τα σωματίδια του άνθρακα δεν έχουν πολύ καλή επαφή μεταξύ τους και γι αυτόν τον λόγο οι αντιστάσεις ανθρακόμαζας δεν είναι πολύ αξιόπιστες και παρουσιάζουν μεγάλο θόρυβο. Επίσης η τιμή της αντίστασης εξαρτάται κατά πολύ από την τάση. Παρόλο που είναι πολύ φθηνές δεν χρησιμοποιούνται πλέον σχεδόν καθόλου εξ αιτίας των κακών χαρακτηριστικών τους. Κατασκευάζονται από κλάσμα του ohm έως 100ΜΩ, με ισχύ από 0.125W έως 2W και ανοχή από 2% έως 20%. α) β) Εικόνα 1.2 Τομή αντίστασης ανθρακόμαζας: α) σχηματικά και β)φωτογραφικά 19

20 1.2.2 Αντιστάσεις στρώματος άνθρακα(carbon film resistors) Πάνω σε ράβδο μονωτικού υλικού (γυαλί, κεραμικό, αλουμίνα κτλ), γίνεται απόθεση λεπτού στρώματος άνθρακα με θερμική μέθοδο (πυρόλυση).στη συνέχεια χαράσσεται ελικοειδώς η επιφάνεια του άνθρακα, τοποθετούνται τα καπάκια με τους ακροδέκτες στον κύλινδρο, καλύπτεται με ειδικά υλικά και βάφεται με τον κώδικα χρωμάτων ή αναγράφεται η τιμή της με τον αριθμητικό κώδικα. Η τιμή της αντίστασης εξαρτάται από το είδος του μείγματος του άνθρακα, το πάχος του τοποθετημένου στρώματος και το είδος της χάραξης, ενώ κυμαίνεται από κλάσμα του Ohm έως 100ΜΩ, με ισχύ από 1/32W έως 3W και ανοχή από 1% έως 5%.Ο θερμικός συντελεστής κυμαίνεται στα 300ppm/k, ο θόρυβος ρεύματος 0.2μV/V και η γραμμικότητα στα 100dB(εικόνα 1.3). Εικόνα 1.3 Αντιστάσεις στρώματος άνθρακα Αντιστάσεις με επίστρωση μετάλλου(metal thin film resistors) Οι αντιστάσεις αυτές κατασκευάζονται συνήθως με τη μέθοδο της καθοδικής διάσπασης. Στην καθοδική διάσπαση με τη βοήθεια εκφόρτισης παράγονται ιόντα αερίου τα οποία αφού επιταχυνθούν με ηλεκτρικά πεδία, προσκρούουν στην κάθοδο. Με την πρόσκρουση αποσπώνται άτομα από το υλικό της καθόδου τα οποία στη συνέχεια δεσμεύονται από ένα υπόστρωμα σχηματίζοντας ένα στρώμα. Τα σπουδαιότερα κράματα μετάλλου που 20

21 χρησιμοποιούνται είναι τα κράματα χρωμίου νικελίου Gr/Ni 80/20 και Gr/Ni 60/40. Αν προστεθεί και τρίτο μέταλλο, π.χ. τιτάνιο, πυρίτιο ή αλουμίνιο και κάποιο ενεργό μείγμα των αερίων που χρησιμοποιείται για την παραγωγή των επιταχυνόμενων ιόντων μπορεί να πετύχουμε αντιστάσεις με θερμικό συντελεστή 5ppm/K. Αφού γίνει η επίστρωση του κυλίνδρου με το αντίστοιχο υλικό του μετάλλου ή του κράματος ακολουθεί η συνήθης διαδικασία που χρησιμοποιείται και στις αντιστάσεις επίστρωσης άνθρακα. Τα τυπικά χαρακτηριστικά τους είναι: θερμικός συντελεστής 25ppm/K, θόρυβος 0.05μV/V, και γραμμικότητα 120dB.Οι τιμές αυτές διαφοροποιούνται για τιμές αντίστασης μεγαλύτερες των 10ΚΩ(εικόνα 1.4). Οι αντιστάσεις με επίστρωση τανταλίου (tantalum thin film resistors) ή με κράμα χρυσού ή πλατίνα κατασκευάζονται με τη μέθοδο της πυρόλυσης. Ο θερμικός συντελεστής κυμαίνεται από 25ppm/k έως 5000ppm/k, ο οποίος αν και πολύ μεγάλος αντισταθμίζεται από το γεγονός της αργής γήρανσης. Εικόνα 1.4 Αντιστάσεις με επίστρωση τανταλίου Αντιστάσεις με επίστρωση οξειδίου μετάλλου(metal oxide thin film resistors) Στις αντιστάσεις αυτές η επίστρωση γίνεται με ένα οξείδιο, συνήθως οξείδιο του ψευδαργύρου( )(εικόνα 1.5).To εξάρτημα στο τέλος καλύπτεται με 21

22 τσιμέντο σιλικόνης. Από χημικής πλευράς είναι τόσο ανθεκτικές που μπορούν να λειτουργούν μέχρι τους, ενώ η θερμοκρασία τους μπορεί να φτάσει τους 500 με χωρίς να καούν. Αυτό οφείλεται στην οξειδωμένη επίστρωση η οποία καίγεται πολύ δύσκολα. Το φαινόμενο αυτό δεν είναι πάντα επιθυμητό καθώς όταν καίγεται μια αντίσταση ουσιαστικά προστατεύει το κύκλωμα, διακόπτοντας το ρεύμα. Οι αντιστάσεις οξειδίων, όμως, δεν καίγονται σχεδόν ποτέ και γι αυτό δεν παρέχουν προστασία στο κύκλωμα με τον παραπάνω τρόπο. Τα τυπικά τους χαρακτηριστικά είναι: θερμικός συντελεστής στα 200ppm, θόρυβος ρεύματος 0.04μV/V, και γραμμικότητα 120dB.Τα χαρακτηριστικά αυτά χειροτερεύουν για τιμές αντίστασης πάνω από 50ΚΩ. Εικόνα 1.5 Αντιστάσεις ισχύος μεταλλικών οξειδίων Αντιστάσεις σύρματος(wire wound resistors) Αυτός ο τύπος κατασκευής είναι ο παλαιότερος(εικόνα 1.6).Στη συμπεριφορά αυτών των αντιστάσεων, σε ό,τι αφορά την παλαίωση και τον θερμικό συντελεστή, δεν παίζει ρόλο μόνο το κράμα από το οποίο αποτελείται το σύρμα αλλά και η μηχανική του μεταχείριση, όπως το λύγισμα και ο εφελκυσμός που έχει υποστεί. Το σύρμα τυλίγεται σαν πηνίο μιας στρώσης γύρω από έναν κύλινδρο από κεραμικό υλικό ή γυαλί. Για να μην βραχυκυκλώσουν οι σπείρες μεταξύ τους, το 22

23 σύρμα επιστρώνεται με μονωτικό υλικό. Η σύνδεση του σύρματος της αντίστασης με τους ακροδέκτες έχει πολύ μεγάλη σημασία για την ποιότητα της αντίστασης γιατί μπορεί να επιφέρει θόρυβο, παραμόρφωση, διακυμάνσεις στην τιμή της αντίστασης και πρόωρη γήρανση. Το μεγαλύτερο μειονέκτημα των αντιστάσεων σύρματος είναι ότι η τιμή τους εξαρτάται από την συχνότητα γιατί συμπεριφέρονται σαν πηνία. Βέβαια η επαγωγή μπορεί να μειωθεί αρκετά αν το τύλιγμα γίνει σε δύο σε δύο στρώσεις ή αν χρησιμοποιηθεί δίμιτη περιέλιξη(διπλωμένο στα δύο σύρμα που περιελίσσεται έτσι ώστε τα ρεύματα στο ένα να είναι αντίθετα από ότι στο άλλο και να εξουδετερώνουν τα επαγωγικά φαινόμενα). Υπάρχουν αντιστάσεις σύρματος που καλύπτονται με ένα στρώμα τσιμέντου, το οποίο όμως δεν είναι απολύτως στεγανό και απορροφά υγρασία. Υπάρχουν επίσης αντιστάσεις με επίστρωση ασφάλτου ή γυαλιού για να προστατεύονται από την διάβρωση και τις υψηλές θερμοκρασίες. Η ονομαστική ισχύς των αντιστάσεων σύρματος αρχίζει από 0.5W, όμως στην πράξη εξαρτάται πάντα από την θερμοκρασία του περιβάλλοντος. Σε μερικούς τύπους υπάρχει μια ασφάλεια η οποία διακόπτει το κύκλωμα μόλις η τιμή του ρεύματος υπερβεί κάποιο ανώτατο όριο. Η ασφάλεια είναι ένα είδος ελατηρίου που σχηματίζει ένα λυγισμένο σύρμα κολλημένο με ένα άλλο με κόλληση από καλάι. Όταν λοιπόν το διερχόμενο ρεύμα προκαλέσει αύξηση της θερμοκρασίας το καλάι λιώνει, η επαφή ανοίγει και το κύκλωμα διακόπτεται. Τα νεότερα είδη αντιστάσεων δεν μπορούν πάντα να αντικαταστήσουν εντελώς τις αντιστάσεις σύρματος γιατί δεν μπορούν να επιτύχουν τόσο μικρές ηλεκτρικές ανοχές, ούτε τέτοια ευστάθεια και πολύ χαμηλούς συντελεστές θερμότητας. Τα τεχνικά τους χαρακτηριστικά θα μελετηθούν παρακάτω καθώς θα αναλυθούν περεταίρω. 23

24 Εικόνα 1.6 Αντιστάσεις σύρματος διαφόρων τύπων Αντιστάσεις με επίστρωση μετάλλου γυαλιού(metal glass thin film resistors) Οι αντιστάσεις αυτές φτιάχνονται με την τεχνική των αντιστάσεων επίστρωσης μόνο που εδώ σαν υλικό επίστρωσης χρησιμοποιείται ένα μείγμα μετάλλου και γυαλιού το οποίο επικάθεται σε μονωτικό υπόβαθρο στους.η επίστρωση, που είναι και η αντίσταση, έχει πάχος συνήθως 20μm και είναι αρκετά σκληρή. Σαν σκόνη μετάλλου συνήθως χρησιμοποιούνται τα κράματα αργύρουπαλαδίου, βολφραμίου ανθρακοβολφραμίου, τανταλίου ανθρακοτανταλίου και για μικρότερες αντιστάσεις κράματα χαλκού νικελίου. Μερικές φορές χρησιμοποιούνται και οξείδια μετάλλων οπότε μιλάμε για αντιστάσεις ΜΟx(εικόνα 1.7). Οι αντιστάσεις μετάλλου γυαλιού είναι συνήθως μεγάλες και φθάνουν από 100ΚΩ έως 30ΜΩ.Αυτό σημαίνει ότι οι επιφάνειές τους πρέπει να είναι καθαρές διότι αλλιώς μπορεί να δημιουργηθούν επιφανειακά ρεύματα που μπορεί να αλλοιώσουν την ονομαστική τους τιμή. Είναι αρκετά αξιόπιστες και περισσότερο ανθεκτικές από τις αντιστάσεις διοξειδίου του ψευδαργύρου. 24

25 Εικόνα 1.7 Αντιστάσεις μετάλλου καλίου Αντιστάσεις MELF επιφανειακής στήριξης(metal electrode face bonding) Οι metal electrode face bonding,melf, κατασκευάζονται με τρόπο παρόμοιο με τις αντιστάσεις επίστρωσης μετάλλου. Σε κενό αέρος σχηματίζεται πάνω σε μια μονωτική ράβδο, επίστρωση από μέταλλο, συνήθως οξείδιο του αλουμινίου. Στη συνέχεια τοποθετούνται τα πλαϊνά καπάκια ακροδέκτες και γίνεται η ελικοειδής χάραξη με ακτίνες laser για να καθοριστεί η τιμή της αντίστασης και με διαδοχικά στάδια εργασίας επικασσιτερώνονται τα καπάκια ακροδέκτες. Βάφεται με τον κώδικα χρωμάτων ή αναγράφεται η τιμή της με τον αριθμητικό κώδικα. 25

26 Πίνακας 1. Χαρακτηριστικά διαφόρων τύπων αντιστάσεων Οι αντιστάσεις MELF (εικόνα 1.8 α) επιφανειακής στήριξης έχουν εξίσου καλές ιδιότητες με τις αντιστάσεις επίστρωσης μετάλλου και παρ όλο που είναι μικρές σε μέγεθος έχουν ισχύ μέχρι 0.25W.Η μεγάλη για το μέγεθος ισχύς οφείλεται κατά κύριο λόγο στην μεγάλη επιφάνεια των καπακιών ακροδεκτών που μαζί με τους χαλκοδιαδρόμους του τυπωμένου κυκλώματος αποτελούν ένα καλό απαγωγό θερμότητας. α) β) Εικόνα 1.8 α) Αντιστάσεις MELF, β) Επίπεδες αντιστάσεις SID Επίπεδες αντιστάσεις επιφανειακής στήριξης(surface mount resistors) Σε ένα ορθογώνιο παραλληλεπίπεδο μονωτικό υλικό σχηματίζονται επαφές από ασήμι στα δύο άκρα του, δηλαδή, στις δύο πλευρές του συγκολλάται ασήμι. Στη συνέχεια δημιουργούνται αντιστάσεις με τη μέθοδο της επίστρωσης στην επιφάνεια μεταξύ των επαφών από ασήμι. Με ακτίνα laser ή με αμμοβολή δημιουργείται η ακριβείς τιμή της αντίστασης(εικόνα 1.8 β). Όλο το πλακίδιο βάφεται, κόβονται οι άκρες του και υφίσταται παραπέρα επεξεργασία ώστε με διαδοχικές επιμεταλλώσεις, με ηλεκτρόλυση των άκρων της, να είναι έτοιμη να κολληθεί σε τυπωμένο κύκλωμα. Οι ηλεκτρικές τους ιδιότητες εξαρτώνται κατά 26

27 πολύ από τις φυσικές τους διαστάσεις, ενώ οι μικρών διαστάσεων αντιστάσεις δεν έχουν καλή γραμμικότητα Κεραμικές αντιστάσεις(ceramic resistors) Οι κεραμικές αντιστάσεις κατασκευάζονται από 10Ω έως 3600ΜΩ και με τιμές ισχύος από 1W έως 30W. Πάνω σε κυλινδρικής μορφής μονωτικό υλικό, στρώνεται μάζα που αποτελείται από μείγμα ψηγμάτων ή σκόνης μετάλλου και κεραμικού υλικού. Στη συνέχεια χαράσσεται ελικοειδώς για δημιουργία της επιθυμητής τιμής της αντίστασης, προστίθενται οι ακροδέκτες(καπάκια και αγωγοί) και βάφεται με τον κώδικα χρωμάτων ή αναγράφεται η τιμή της με τον αριθμητικό κώδικα Μια ειδική κατηγορία κεραμικών αντιστάσεων που κατασκευάζεται για μεγάλες τιμές μόνο, έχει την μορφή ράβδου με δύο επαφές στις άκρες και σπείρωμα για την ρύθμιση της τιμής(εικόνα 1.9). Εικόνα 1.9 Κεραμική αντίσταση τύπου ράβδου Αντιστάσεις τυπωμένων κυκλωμάτων(printed resistors circuits, PRC) Οι αντιστάσεις αυτές κατασκευάζονται από 100Ω έως 200ΚΩ και με τιμές ισχύος από 1/32 έως 1/8W. Η περιοχή τάσης λειτουργίας είναι από 50V έως 100V για θερμοκρασίες από έως, με ανοχή από 1% έως 20% και μεταβολή της τιμής της αντίστασης κατά 0.02%/V. 27

28 Ουσιαστικά μιλάμε για αντιστάσεις επίστρωσης ταινίας άνθρακα ανάμεσα σε δύο ή περισσότερες ωμικές επαφές από χαλκοδιαδρόμους. Οι διαστάσεις των χαλκοδιαδρόμων καθώς και της επίστρωσης είναι σχεδόν τυποποιημένες και εκείνο που διαφέρει είναι το ποσοστό πρόσμειξης κεραμικού υλικού στην ανθρακόμαζα. Σήμερα οι αντιστάσεις αυτού του τύπου έχουν σχεδόν αντικατασταθεί από τις αντιστάσεις επιφανειακής στήριξης. 1.3 ΜΕΤΑΒΛΗΤΕΣ ΑΝΤΙΣΤΑΣΕΙΣ Οι μεταβλητές αντιστάσεις είναι δύο τύπων: Οι ρυθμιζόμενες αντιστάσεις(adjustable resistors) και Τα ποτενσιόμετρα και οι ροοστάτες(potensiometers, rheostats) που ονομάζονται και αντιστάσεις μεταβλητής τιμής. Εικόνα 1.10 Διάφορα είδη ρυθμιζόμενων αντιστάσεων Ρυθμιζόμενες αντιστάσεις (εικόνα 1.10) είναι συνήθως σταθερές αντιστάσεις σύρματος ή γραφίτη και έναν ή περισσότερους ακροδέκτες λήψης (σταθερής ή μεταβλητής θέσης) ώστε να παίρνουμε τμήμα ή τμήματα της όλης αντίστασης. Τα χαρακτηριστικά των αντιστάσεων αυτών είναι όμοια με όσα περιγράψαμε για τα ανάλογα είδη σταθερών αντιστάσεων. 28

29 1.3.2 Αντιστάσεις μεταβλητής τιμής είναι οι αντιστάσεις εκείνες στις οποίες εύκολα μπορούμε να μεταβάλουμε την τιμή τους. Το σώμα της αντίστασης κατασκευάζεται με όλους τους τρόπους κατασκευής των αντιστάσεων και παίρνει ευθύγραμμη, ημικυκλική, κυκλική ή ελικοειδή μορφή. Πάνω στο σώμα της αντίστασης αυτής με τα δύο άκρα εφάπτεται τρίτο άκρο που με τη μορφή δρομέα μπορεί να αλλάξει θέση και έτσι να παίρνουμε τιμές αντιστάσεων από μηδενική ή πολύ μικρή μέχρι την μέγιστη τιμή της αντίστασης. Η διάκριση των αντιστάσεων μεταβλητής τιμής σε ποτενσιόμετρα και ροοστάτες δίνεται ανάλογα με τον τρόπο σύνδεσης και την χρήση τους. Στο σχήμα 1.1 έχουμε τα σχηματικά σύμβολα των μεταβλητών αντιστάσεων. Έτσι στο ποτενσιόμετρο η παρεχόμενη τάση δίνεται στα άκρα του και η τάση εξόδου παίρνεται από την λήψη και το ένα άκρο, ενώ στο ροοστάτη το ρεύμα δίνεται στο ένα άκρο του και η έξοδος (ή το περιορισμένο ρεύμα) παίρνεται από την λήψη του. Έτσι λοιπόν ποτενσιόμετρα είναι αυτά που μας δίνουν μέρος ή ολόκληρη την εφαρμοζόμενη τάση ενώ ροοστάτες είναι αυτά που μας δίνουν μέρος ή ολόκληρο το εφαρμοζόμενο ρεύμα. Θα μπορούσαμε ακόμη να πούμε ότι το ποτενσιόμετρο συνδέεται παράλληλα προς την τάση και ο ροοστάτης σε σειρά με το ρεύμα, όμως και τα δύο είναι όμοια στην κατασκευή και το ένα μπορεί να αντικαταστήσει το άλλο. Σχήμα 1.1. Σχηματικά σύμβολα α) Ποτενσιόμετρο, β) και γ) Ροοστάτης 29

30 Κατασκευαστικά έχουμε πολλών ειδών αντιστάσεις μεταβλητής τιμής όπως βλέπουμε και στην εικόνα1.11.τα είδη αυτά διαφέρουν ως προς το σχήμα, το μέγεθος, τους ακροδέκτες, τους άξονες και τον τρόπο μεταβολής της αντίστασης. Έτσι έχουμε ποτενσιόμετρα τύπου βίδας που η μεταβολή της αντίστασης γίνεται μια φορά με τη βοήθεια κατσαβιδιού(κυρίως σε κυκλώματα πόλωσης σε διάφορες συσκευές π.χ. ραδιόφωνα, τηλεοράσεις, ενισχυτές κτλ) και σπάνια μεταβάλλονται. Ένας άλλος τύπος είναι τα ευθύγραμμα τα οποία επίσης συναντάμε σε συσκευές κυρίως για μεταβολή της έντασης ή τον τόνο ήχου της ρύθμισης balance σε ενισχυτές κτλ. Η μεταβολή της τιμής της αντίστασης μπορεί να γίνει γραμμικά ή λογαριθμικά, σχ.2 21.Γραμμική μεταβολή σημαίνει ότι η τιμή της αντίστασης μεταβάλλεται απευθείας ανάλογα με τη γωνία στροφής του άξονά του, ή ακολουθεί τη σχέση: R=0.027θ (1) όπου θ: η γωνία μεταβολής. Στα λογαριθμικά, η μεταβολή της αντίστασης ακολουθεί τη σχέση: logr=θ/180 Γενικά θα λέγαμε ότι η αντίσταση μεταβάλλεται αρχικά αργά και στη συνέχεια γρηγορότερα καθώς περιστρέφεται ο άξονας του ποτενσιόμετρου. Τα λογαριθμικά ποτενσιόμετρα χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές ηλεκτρακουστικής και ξεχωρίζουν από τα γραμμικά στα οποία αναγράφεται η λέξη Lin ή το γράμμα Α ενώ στα λογαριθμικά αναγράφεται το γράμμα Β ή η λέξη Log. 30

31 Σχήμα 1.2. Γραμμική και λογαριθμική μεταβολή αντίστασης ποτενσιόμετρου Τα ποτενσιόμετρα συνδεσμολογούνται με τέτοιο τρόπο ώστε το μεταβλητό μέρος της αντίστασης να αυξάνεται, όταν στρέφουμε τον άξονά του από τα αριστερά προς τα δεξιά. Συνήθως με την περιστροφή τους ορισμένα ποτενσιόμετρα παράγουν θόρυβο. Αυτό σημαίνει ότι η αντίστασή του έχει χαλάσει ή ο δρομέας δεν κάνει καλή επαφή. Ο καλύτερος τρόπος διόρθωσης αυτής της κατάστασης είναι η αντικατάστασή τους. Μια πρόχειρη αντιμετώπιση είναι η επάλειψη της αντίστασης με γραφίτη. Εικόνα 1.11 Διάφορα είδη ποτενσιόμετρων 31

32 1.4 ΒΛΑΒΕΣ ΚΑΙ ΕΛΕΓΧΟΣ(ΣΤΑΘΕΡΕΣ ΚΑΙ ΜΕΤΑΒΛΗΤΕΣ) βλάβες: Οι ωμικές αντιστάσεις (σταθερές και μεταβλητές) μπορεί να πάθουν τις εξής 1. Η αντίσταση να κοπεί. Η κομμένη αντίσταση μπορεί να παρουσιαστεί είτε από υπερβολική θέρμανση ή από κακή ωμική επαφή των ακροδεκτών ή από μηχανική καταπόνηση. Επίσης κακή επαφή του δρομέα ενός ποτενσιόμετρου μπορεί να δημιουργήσει φαινόμενα διακοπής. Η κακή επαφή μπορεί να οφείλεται σε ακαθαρσίες ή φθορά της επαφής. Η μηχανική καταπόνηση μπορεί να προκαλέσει διακοπή στο σώμα της αντίστασης, στις επαφές ή στο σύρμα αν είναι αντίσταση σύρματος. 2. Η αντίσταση να βραχυκυκλώσει. Μια σπάνια βλάβη που συνήθως δεν πραγματοποιείται. Εκείνο που μπορεί να συμβεί και κυρίως στις αντιστάσεις σύρματος είναι να βραχυκυκλώσουν μερικές σπείρες μεταξύ τους από ακαθαρσίες, χτύπημα ή θέρμανση. 3. Η αντίσταση να αλλάξει τιμή. Αυτό συμβαίνει κυρίως όταν η αντίσταση θερμαίνεται είτε από μεγάλο ρεύμα είτε από γειτνίαση με θερμαινόμενα υλικά. Είναι μια βλάβη η οποία μπορεί να προκαλέσει διάφορες καταστάσεις σε μια συσκευή. 4. Η αντίσταση να αλλάξει χαρακτηριστικά. Στην περίπτωση αυτή η αντίσταση έχει μεν την ίδια τιμή έχει όμως χάσει την συνοχή της με αποτέλεσμα να προκαλεί θόρυβο. Μια τέτοια βλάβη, που είναι από τις πιο δύσκολες, ανιχνεύεται δύσκολα και μετά από πολύ επιμονή. Ο έλεγχος των αντιστάσεων για τις τρεις πρώτες περιπτώσεις γίνεται εύκολα με ένα ωμόμετρο, αρκεί βέβαια η αντίσταση να είναι εκτός κυκλώματος και αυτό για να μην μας δίνει λανθασμένες ενδείξεις. Αν το ωμόμετρο δείχνει την ονομαστική τιμή της αντίστασης τότε δεν έχει πρόβλημα. Αν έχει βραχυκυκλώσει η αντίσταση θα παρουσιάζει μηδενική τιμή και αν έχει διακοπεί θα παρουσιάζει άπειρη. 32

33 Οι αντιστάσεις παθαίνουν βλάβες κυρίως όταν επηρεάζονται από βλάβες άλλων στοιχείων, όπως οι δίοδοι, τα τρανζίστορ, βραχυκυκλωμένοι πυκνωτές ή θέρμανση. Γι αυτό όταν στα κυκλώματα καμένες αντιστάσεις, καλό θα είναι να ελέγχουμε την καταλληλότητα και των άλλων στοιχείων του. 1.5 ΜΕΤΑΒΑΛΛΟΜΕΝΕΣ ΑΝΤΙΣΤΑΣΕΙΣ Οι μεταβαλλόμενες αντιστάσεις, γνωστές και σαν ρυθμιστικές αντιστάσεις(adjusting resistors), είναι ειδικές αντιστάσεις οι οποίες δεν υπακούουν στο νόμο του Ohm V=IR, αλλά μεταβάλλουν την αντίστασή τους σε συνάρτηση με τη μεταβολή διαφόρων μεγεθών, όπως είναι η θερμοκρασία, το φως και η τάση. Οι αντιστάσεις που μεταβάλλουν την τιμή τους με τη θερμοκρασία είναι γνωστές σαν αντιστάσεις θερμίστορ (thermistor), οι αντιστάσεις που μεταβάλλουν την τιμή τους με το φως σαν φωτοαντιστάσεις (LDR) και οι αντιστάσεις που μεταβάλλουν την τιμή τους με την τάση σαν βαρίστορ (VDR) Θερμίστορ Οι αντιστάσεις θερμίστορ (εικόνα 1.12) είναι βασικά δύο τύπων. Οι NTC (Negative Temperature Coefficient, αρνητικού συντελεστή θερμοκρασίας), όπου οι αντιστάσεις μικραίνουν την τιμή τους με την αύξηση της θερμοκρασίας και οι PTC (Positive Temperature Coefficient), όπου οι αντιστάσεις αυξάνουν την τιμή τους με την αύξηση της θερμοκρασίας. Α)Οι NTC αντιστάσεις κατασκευάζονται από οξείδια των στοιχείων της ομάδας του σιδήρου όπως είναι τα οξείδια του χρωμίου(cr), μαγγανίου(mn), σιδήρου(fe), χαλκού(cu) ή νικελίου(ni).τα οξείδια αυτά έχουν μεγάλη ειδική αντίσταση και μπορεί κάτω από ορισμένες συνθήκες να μετατραπούν σε ημιαγωγούς τύπου p και n. 33

34 Εικόνα 1.12 Διάφοροι τύποι θερμίστορ Τα οξείδια κονιορτοποιούνται, ανακατεύονται με συγκρατητική ύλη, μπαίνουν με πίεση σε ειδικά καλούπια, ψήνονται σε ειδικούς φούρνους όπου σε υψηλή θερμοκρασία γίνεται σύντηξη του οξειδίου, τοποθετούνται οι ακροδέκτες και επιστρώνονται με μονωτικό υλικό. Η επιλογή ενός θερμίστορ για μέτρηση θερμοκρασίας γίνεται με την βοήθεια του σχήματος 1.3 και του πίνακα 1.1.Βασικά εξετάζουμε την επίδραση της θέρμανσης πάνω στο σώμα του θερμίστορ έτσι ώστε η αντίστασή του να μην γίνεται πολύ μικρή στην υψηλότερη θερμοκρασία. Η συνήθης τιμή του Β είναι λίγο μεγαλύτερη στην υψηλότερη αντίσταση και λαμβάνεται για την περιοχή από μέχρι. Για την αντίσταση του θερμίστορ έχουμε σαν αναφορά τις χαρακτηριστικές θερμοκρασίας αντίστασης των πινάκων 2 4 και 2 5.Σημειώνουμε ότι ο λόγος των αντιστάσεων δίνεται για κάθε θερμοκρασία όταν η αντίσταση στους λαμβάνεται σαν 1. Β)Τα PTC θερμίστορ χαρακτηρίζονται από τον υψηλό θετικό θερμικό συντελεστή, δηλαδή από την αύξηση της τιμής της αντίστασης με την αύξηση της θερμοκρασίας. Αυτό βέβαια γίνεται μόνο για ορισμένες περιοχές θερμοκρασίας αφού για άλλες περιοχές ο συντελεστής είναι ή μηδέν ή αρνητικός. 34

35 Σχήμα 1.3 Τα υλικά κατασκευής των PTC είναι μείγματα ανθρακικού βαρίου ή οξείδια στροντίου και τιτανίου τα οποία ανακατεύονται με άλλα υλικά μαζί με συγκρατική ύλη. Το υλικό μπαίνει σε καλούπια, θερμαίνεται και προστίθενται οι ακροδέκτες. Τα θερμίστορ χρησιμοποιούνται, γενικά, σαν εξαιρετικοί ρυθμιστές ρεύματος και θερμοκρασίας σε πολλές εφαρμογές. Παλαιότερα, σαν θερμίστορ χρησιμοποιούνταν νήματα σιδήρου σε ατμόσφαιρα υδρογόνου με μορφή ηλεκτρονικών λυχνιών. Επίσης, μια κοινή λυχνία φωτισμού ενεργεί σαν αντίσταση 35

36 θερμίστορ, περιορισμένης δυνατότητας, αφού αλλάζει την αντίστασή της με την θερμοκρασία. Πίνακας Φωτοαντιστάσεις Οι φωτοαντιστάσεις (LDR, Light Depented Resistors) είναι ειδικά στοιχεία αντιστάσεων η τιμή των οποίων αλλάζει όταν πέσει πάνω τους φως. Έτσι στο σκοτάδι παρουσιάζουν τιμές από 1ΜΩ έως 100ΜΩ και στο φως μπορεί να φτάσει ανάλογα με το είδος των LDR μέχρι 100Ω.Η λειτουργία τους βασίζεται στο γεγονός ότι με την πρόσπτωση του φωτός, το υλικό των LDR απελευθερώνει ηλεκτρόνια και έτσι γίνεται ένα υλικό με πλήθος ελεύθερων ηλεκτρονίων, δηλαδή αγώγιμο υλικό. Κατασκευάζονται συνήθως από θειούχο κάδμιο (CdS) το οποίο είναι υλικό που με 36

37 μορφή σκόνης ανακατεύεται με κατάλληλα συγκρατητικά και προσθετικά υλικά, σχηματοποιείται με μορφή σύρματος πάνω σε κατάλληλη επιφάνεια, καλύπτεται με γυαλί ή διάφανο πλαστικό και με δύο ακροδέκτες. Οι φωτοαντιστάσεις, εικόνα 1.13, χρησιμοποιούνται κυρίως σαν διακόπτες ΟΝ ΟFF, λόγω της μεγάλης μεταβολής της τιμής της αντίστασής τους, για κυκλώματα προειδοποίησης σε πυρκαγιά, ανίχνευσης ανεπιθύμητων φαινομένων, πλήρωσης ή εκκένωσης δεξαμενών, αυτόματο άνοιγμα ή κλείσιμο διαβάσεων και σε πλήθος άλλων εφαρμογών. Εκτός από το CdS χρησιμοποιούνται και άλλα υλικά για την κατασκευή LDR όπως είναι ο θειούχος μόλυβδος (SbS), κ.α., διατηρώντας όμως την ίδια συμπεριφορά με τις αντιστάσεις που κατασκευάζονται από θειούχο κάδμιο. Εικόνα 1.13 Διάφορες φωτοαντιστάσεις Βαρίστορ Οι αντιστάσεις βαρίστορ (VDR, Voltage Depented Resistors) (εικόνα 1.14) θα μπορούσαμε να πούμε ότι είναι μη γραμμικά στοιχεία των οποίων η τιμή αλλάζει με τη μεταβολή της εφαρμοζόμενης σε αυτές τάσης. Οι ανορθωτές με οξείδια του χαλκού, σελήνιο, γερμάνιο και πυρίτιο εμφανίζουν ξαφνικά αύξηση του ρεύματος με την αύξηση της εφαρμοζόμενης τάσης σε αυτούς και μπορεί κανείς να πει ότι συμπεριφέρονται σαν βαρίστορ. 37

38 Τα συμμετρικά βαρίστορ παρουσιάζουν τα ίδια χαρακτηριστικά ανεξάρτητα από την πολικότητα της εφαρμοζόμενης αυτής τάσης, σχ Τέτοια βαρίστορ είναι αυτά που κατασκευάζονται με καρβίδια του πυριτίου. Το υλικό αυτό, ανακατεύεται Σχήμα 1.4 Χαρακτηριστική V/I βαρίστορ σε μορφή κόκκων με κεραμικά, συμπιέζεται και παίρνει μορφή δίσκων, ράβδων ή άλλες μορφές, ψήνεται και εφαρμόζονται στα άκρα του ακροδέκτες. Τα βαρίστορ χρησιμοποιούνται στην τηλεφωνία και την τηλεόραση σε διατάξεις απόσβεσης στιγμιαίων υψηλών τάσεων, σε αποσβέσεις σπινθηρισμών όπως στις επαφές ηλεκτρονόμων, σε απόσβεση υψηλών τάσεων από κεραυνούς, σε βιομηχανικές εφαρμογές και σε εφαρμογές επικοινωνιών. Οι ηλεκτρικές ιδιότητές τους είναι οι ακόλουθες: Χαρακτηριστική τάσης ρεύματος Τα βαρίστορ SiC δεν ακολουθούν τον νόμο του Ohm.Στο σχ φαίνεται τμήμα μιας χαρακτηριστικής τάσης ρεύματος όπου παρατηρούμε ότι ένας απλός διπλασιασμός τάσης δίνει αύξηση ρεύματος από 4 μέχρι 20 φορές. Αυτό γίνεται γιατί η καμπύλη ακολουθεί την εξίσωση: 38

39 όπου : I: το ρεύμα του βαρίστορ V: η εφαρμοζόμενη σε αυτό τάση K: σταθερά n: μη γραμμικός συντελεστής που παίρνει τιμές από 2 μέχρι 5. Σχήμα 1.5 Χαρακτηριστική I /V βαρίστορ Η εξίσωση του ρεύματος μπορεί να γραφτεί επίσης ως εξείς: Συνεπώς αν το ρεύμα χαραχθεί στην τετμημένη και η τάση στην τεταγμένη ενός λογαριθμικού συστήματος αξόνων, το I και η V θα είναι σε γραμμική μεταβολή όπως φαίνεται στο σχήμα 1.5.Αν θ είναι η γωνία που σχηματίζει η καμπύλη ρεύματος τάσης με την οριζόντια ευθεία, τότε η γωνία θ δίνεται από την σχέση: Έτσι η τιμή του n μπορεί να υπολογιστεί από τον λόγο των μεταβολών του I και της V στους δύο άξονες. 39

40 Συντελεστής θερμότητας Τα βαρίστορ SiC έχουν αρνητικό συντελεστή θερμότητας όπως και οι ημιαγωγοί με αποτέλεσμα η τιμής τους να αλλάζει όταν αλλάζει η θερμοκρασία. Αυτό σημαίνει ότι η ηλεκτρική αντίσταση μικραίνει με την αύξηση της θερμοκρασίας και η τάση μειώνεται χαμηλότερα από την προκαθορισμένη από το ρεύμα που περνά μέσα από αυτά. Ο συντελεστής θερμότητας κυμαίνεται από 0.14% μέχρι 0.8%. Στην προκαθορισμένη τάση το ρεύμα αυξάνει ομαλά με την αύξηση της θερμοκρασίας περιβάλλοντος και ο συντελεστής θερμότητας σε αυτό το στάδιο γίνεται n φορές μεγαλύτερος από την προκαθορισμένη τιμή του με κανονικό ρεύμα. Τώρα με την αύξηση του ρεύματος αυτός γίνεται θετικός και παίρνει τιμές από 0.5% μέχρι 0.8% Επιτρεπόμενη ισχύς κατανάλωσης σχέση: Η ηλεκτρική ισχύς W που καταστρέφει ένα SiC βαρίστορ δίνεται από την Εφόσον όμως W=VI, η ισχύς είναι ανάλογη n+1 φορές της τάσης V. Αυτό βέβαια γίνεται μόνο στις περιπτώσεις που θέλουμε να παρατηρήσουμε την ισχύ καταστροφής του βαρίστορ. Για παράδειγμα μια αύξηση μόνο κατά 10% της τάσης σε ένα βαρίστορ με n=4 θα δώσει μια αύξηση 61% στην ισχύ Χαρακτηριστικά συχνότητας των βαρίστορ Για χαμηλές συχνότητες δεν δημιουργείται κανένα πρόβλημα με τις αντιστάσεις βαρίστορ, ενώ για υψηλές συχνότητες προκύπτουν επιλεκτικές ηλεκτροστατικές χωρητικότητες. Γενικά για συχνότητες μέχρι 5ΚΗz δεν υπάρχει 40

41 πρόβλημα. Για μεγαλύτερες συχνότητες η σχέση τάσης ρεύματος εμφανίζει υστέρηση, μια μη γραμμική απώλεια καθώς η τιμή του βαρίστορ μειώνεται κατά n φορές. Αν έχουμε μια ημιτονική τάση υψηλής συχνότητας που εφαρμόζεται σε μια αντίσταση βαρίστορ, τότε θα πάρουμε μια τάση υψηλής συχνότητας όχι απόλυτα ημιτονική αφού αυτή θα περιέχει και άλλες μορφές τάσης λόγω της επίδρασης του βαρίστορ. Εικόνα 1.14 Διάφοροι τύποι βαρίστορ 1.6 ΑΛΛΑ ΕΙΔΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΕΩΝ Οι μαγνητικές αντιστάσεις είναι ημιαγώγιμα στοιχεία των οποίων η αντίσταση μεταβάλλεται με την αλλαγή της έντασης του μαγνητικού πεδίου μέσα στο οποίο υπάρχουν και εργάζονται αυτές. Χρησιμοποιούνται σαν στοιχείαδιακόπτες χωρίς να λαμβάνουμε υπ όψιν μας την πολικότητα του μαγνητικού πεδίου. 41

42 Οι αντιστάσεις ταινίας (film resistor ή filmistor) είναι αντιστάσεις άνθρακα ειδικής κατασκευής με γραμμική μεταβολή της τιμής τους, που κατασκευάζονται για λειτουργία μέχρι και με ανοχή 1%. Οι αντιστάσεις σε μορφή IC (εικόνα 1.15) κατασκευάζονται με μορφή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων λεπτής μεμβράνης(thick film hybrid circuit).ουσιαστικά είναι πολλές αντιστάσεις συνδεδεμένες μεταξύ τους και κατασκευασμένες στο ίδιο υπόστρωμα για εξοικονόμηση χώρου. Οι αντιστάσεις με μνήμη (memory resistors ή memistor) είναι μια προγραμματισμένη διάταξη η οποία παρουσιάζει μια μεταβαλλόμενη τιμή σε προκαθορισμένο ρυθμό. Χρησιμοποιείται σε διατάξεις ακριβείας, σε ηλεκτρονικούς υπολογιστές και σε διατάξεις αυτοματισμού. Οι αντιστάσεις υψηλής τάσης (high voltage resistors) είναι γραμμικά στοιχεία που κατασκευάζονται από άνθρακα και μοιάζουν με τις κοινές αντιστάσεις. Η μόνη της διαφορά είναι ότι λόγω της κατασκευής μπορούν να λειτουργήσουν σε τάσεις μερικών χιλιάδων βολτ (μέχρι 42ΚV). Χρησιμοποιούνται κυρίως στην τηλεόραση. Οι αντιστάσεις αυτόματης ρύθμισης είναι συνήθως σύρματα νικελίου ή σιδήρου τα οποία περιβάλλονται από ατμόσφαιρα υδρογόνου σε κλειστούς γυάλινους σωλήνες υπό μορφή λυχνιών. Ουσιαστικά, είναι θερμίστορ που λειτουργούν ως εξής: Αν το διερχόμενο από την αντίσταση ρεύμα αυξηθεί, θα αυξηθεί και η θερμοκρασία. Αύξηση της θερμοκρασίας προκαλεί και αύξηση της αντίστασης και συνεπώς αντίστοιχη ελάττωση του ρεύματος. Όταν τώρα το διερχόμενο από την αντίσταση ρεύμα μειωθεί, τότε λόγω του μεγάλου συντελεστή θερμότητας ( ) θα μειωθεί και η θερμοκρασία, οπότε η αντίσταση θα μικρύνει με αποτέλεσμα το ρεύμα να αυξηθεί. Η ατμόσφαιρα υδρογόνου δεν επιτρέπει την οξείδωση της αντίστασης ενώ ταυτόχρονα απάγει την θερμοκρασία της προς τον χώρο. 42

43 Εικόνα 1.15 Διάφορες αντιστάσεις με μορφή IC 1.7 ΒΛΑΒΕΣ ΚΑΙ ΕΛΕΓΧΟΣ(ΜΕΤΑΒΑΛΛΟΜΕΝΕΣ) Τα μη γραμμικά στοιχεία αντιστάσεων μπορεί να πάθουν βλάβες όπως διακοπή και αλλαγή τιμής. Η διακοπή συνήθως δημιουργείται στις ωμικές επαφές των ακροδεκτών με το σώμα του στοιχείου, ενώ η αλλαγή τιμής από υπερθέρμανση με διέλευση μεγάλου ρεύματος. Μια άλλη σπάνια βλάβη είναι το βραχυκύκλωμα. Τα θερμίστορ λόγω της σταθερής τους τιμής στη θερμοκρασία του περιβάλλοντος μπορούν να ελεγχθούν με ωμόμετρο και μάλιστα αν χρησιμοποιήσουμε θέρμανση μπορούμε να δούμε και την αλλαγή της τιμή τους. Οι αντιστάσεις LDR επίσης μπορούν να ελεγχθούν με ωμόμετρο στο φως και στο σκοτάδι οπότε θα πάρουμε δύο διαφορετικές τιμές. Οι αντιστάσεις VDR ελέγχονται με ωμόμετρο μόνο ως προς βραχυκύκλωμα και διακοπή ενώ δεν μπορούν να ελεγχθούν για αλλαγή τιμής. Επειδή στα θερμίστορ, εκτός από την θερμοκρασία στα όριά τους, αναπτύσσεται και διαφορά δυναμικού, μεταβάλλουν την τιμή τους συναρτήσει της τάσης όπως οι VDR. Το φαινόμενο αυτό αν και ανεπιθύμητο είναι αναπόφευκτο λόγω της φύσης των υλικών κατασκευής τους. Η επίδραση VDR δεν είναι υπολογίσιμη για μικρές διαφορές δυναμικού. 43

44 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΑΝΤΙΣΤΑΣΕΙΣ ΣΥΡΜΑΤΟΣ (WIREWOUND RESISTORS) 2.1 Εισαγωγή Οι αντιστάσεις σύρματος μπορούν να ταξινομηθούν με διάφορους τρόπους ανάλογα με ποιο κριτήριο κάνουμε την σύγκριση και άρα τον διαχωρισμό. Έτσι, αν για παράδειγμα τις εξετάσουμε με βάση την ακρίβεια, έχουμε τις αντιστάσεις: Υψηλής ακρίβειας (high precision) Απλής ακρίβειας (precision) Ημι ακρίβειας (semiprecision) Τυποποιημένες (standard) Ο βασικότερος τρόπος διαχωρισμού, ωστόσο, είναι αυτός που γίνεται με κριτήριο την κατανάλωση ισχύος. Σε αυτήν την περίπτωση η ισχύς καταναλώνεται μέσω ενός υποστρώματος κατάλληλου υλικού και μεγέθους. Το καλώδιο έχει μεγαλύτερη διατομή, ενώ σε κάποιες περιπτώσεις η αντίσταση είναι κλεισμένη σε μεταλλικό κουτί το οποίο ενεργεί σαν απαγωγέας θερμότητας. Οι πίνακες με τα ηλεκτρικά και μηχανικά χαρακτηριστικά που παρατίθενται παρακάτω στο κεφάλαιο αυτό είναι παραδείγματα αντιστάσεων σύρματος ισχύος και δεν πρόκειται για κάποια μορφή τυποποίησης. Έχουν διατεθεί από την εταιρία Dale. 44

45 2.2 Αντιστάσεις χαμηλής ισχύος (low power resistors) Ο όρος χαμηλής ισχύος δεν είναι πλήρως αντιπροσωπευτικός, καθώς αυτού του είδους οι αντιστάσεις (εικόνα 2.1) καταναλώνουν πολύ περισσότερη ισχύ από πολλά άλλα είδη αντιστάσεων, ενώ κυμαίνεται από 0.125W έως 10W. Εικόνα 2.1 Αντιστάσεις χαμηλής ισχύος Στους πίνακες 2.1 και 2.2 έχουμε τα τυπικά χαρακτηριστικά των αντιστάσεων αυτού του είδους. Ο τρόπος κατασκευής τους είναι ο ακόλουθος : 1. Το υλικό του πυρήνα (συνήθως κεραμικό) εμβαπτίζεται στον κατάλληλο διαλύτη, καθώς και σε απιονισμένο νερό ούτως ώστε να εξαλειφθούν οι όποιες οργανικές ακαθαρσίες. Έπειτα θερμαίνεται στους 450 για να εξαλειφθούν τα όποια ίχνη νερού. 2. Προσαρμόζονται τα καπάκια με αυτοματοποιημένα μηχανήματα. 3. Τα τυλίγματα περιελίσσονται με μηχανήματα υψηλής ταχύτητας, περίπου 2 με 3 χιλιάδες ανά ώρα(εικόνα 2.2). Το μήκος του περιελιγμένου σύρματος ρυθμίζει την ανοχή της αντίστασης. 4. Οι ακροδέκτες συγκολλούνται στα καπάκια από αυτόματους ηλεκτρικούς συγκολλητές και είναι συνήθως φτιαγμένα από χαλκό. 5. Ο αντιστάτης έπειτα προστατεύεται από πολλαπλά στρώματα ρητίνης βασισμένη σε σιλικόνη, ή, ανάλογα με την εφαρμογή, με αδαμαντίνη. Προστατευτικά επικαλυπτικά στρώματα εφαρμόζονται με βαφή ή εμβάπτιση του αντιστάτη. 45

46 Πίνακας 2.1 Ηλεκτρικά χαρακτηριστικά αντιστάσεων χαμηλής ισχύος(εταιρίας Dale) 6. Ακολουθεί μια τελική μέτρηση της τιμής της αντίστασης, προτού σημειωθεί επάνω της η τιμή της και η ανοχή και διεξάγεται ποιοτικός έλεγχος. Σε περιπτώσεις ειδικών εφαρμογών, διεξάγονται έλεγχοι σε καθένα από τα εξαρτήματα ξεχωριστά. 7. Αναλόγως την μελλοντική χρήση των αντιστάσεων, ο κατασκευαστής, εκτός από τους παραπάνω ελέγχους, μπορεί να υποβάλει τις αντιστάσεις σε επιταχυμένη γήρανση και επαναλαμβανόμενες υπερφορτίσεις. Αυτές οι δοκιμές γίνονται για την διασφάλιση της ποιότητας λειτουργίας των αντιστάσεων, και την εξάλειψη της πιθανότητας σφάλματος κατά τις πρώτες ώρες λειτουργίας. 46