Техника - молодёжи 2006-12, страница 28

26 2006 №12 ТМ

ПАТЕНТЫ

$ СОПРОТИВЛЕНИЕ ПО НОМИНАЛУ

Виктор ХАЙРЮЗОВ

«Точное сопротивление также важно, как и точное время»

По отношению к электрическому току все окружающие нас тела, предметы, вещества и даже мы сами являемся электрическими сопротивлениями. Но люди придумали ещё специальный электрический прибор, основное назначение которого оказывать электрическое сопротивление проходящему через него току, — это резистор.

Термин «резистор» (от латинского resisto — сопротивляюсь) введён для обозначения структурных элементов электрической цепи (в виде законченного изделия), основное функциональное назначение которых оказывать известное (номинальное) сопротивление электрическому току с целью регулирования тока и напряжения. Резисторы выпускаются в огромных количествах и используются почти во всех электрических и электронных устройствах. Их можно обнаружить в любом радиоприёмнике, телевизоре, магнитофоне, компьютере, электровозе, космическом корабле.

Диапазон сопротивлений, применяемых в настоящее время резисторов, простирается от сотен долей Ома до тераОмов. Единица электрического сопротивления названа Омом в честь Георга Симона Ома (1787-1854), немецкого физика, открывшего в 1826 г. основной закон электрических цепей, выражающий связь между силой тока в цепи, напряжением и сопротивлением.

Для удобства производства и применения резисторов их изготавливают с определёнными электрическими сопротивлениями, номинальные величины которых соответствуют стандартной шкале сопротивлений, определяемой ГОСТом. Однако при производстве резисторов величина их реальных сопротивлений может не совпадать с заданными номинальными значениями.

Допустимые отклонения сопротивления резистора от номинальной величины также задаются ГОСТом, и все выпускаемые резисторы разделяют по «классам точности» в зависимости от величины отклонения сопротивления от номинального значения: 1-й класс — 5%, 2-й класс — 10%, 3-й класс — 20%. Наиболее точные резисторы называют прецизионными, величины отклонения их сопротивлений

от номиналов — 1%, 0,5%, 0,1% и менее. Для измерительных приборов, делителей, магазинов сопротивлений, измерительных мостов необходимо иметь ещё более точные резисторы с отклонением сопротивления от заданной величины 0,001% и менее.

Изготавливать такие резисторы очень непросто, ведь необходимо добиться не только точности сопротивления, но и сохранить эту величину сопротивления во времени, независимо от величины нагрузки и параметров окружающей среды.

Одним из наиболее эффективных способов повышения точности резисторов является подгонка. Анализ способов подгонки, которые создали изобретатели, и является целью нашего экскурса.

Чтобы успешно справляться с подгонкой электрического сопротивления резисторов, необходимо знать, какие факторы могут влиять на электрическое сопротивление проводника и как оно зависит от них.

Зависимость сопротивления проводника от его размеров и рода материала, из которого он изготовлен, также сформулировано Омом: «Сопротивление прямо пропорционально длине проводника, обратно пропорционально площади поперечного сечения и зависит от материала проводника — его удельного сопротивления».

При изучении электрического сопротивления нельзя не обратить внимания на замечательного учёного, знаменитого английского

физика-химика Генри Кавендиша (1731 — 1810), внёсшего неоценимый вклад в науку изучения сопротивления. Он ровно за 50 лет до открытия закона Ома блестяще провёл систематические исследования удельного сопротивления различных веществ, имея в руках только лейденскую банку и электрическую машину Отто Герике. Измерительный прибор — гальванометр и источник тока — элемент Вольта в то время ещё не были изобретены. В основу опытов легла идея, высказанная Джозефом Пристли, что плавление различных металлов под действием искры от лейденской банки может быть использовано для сравнения той «лёгкости», с которой они проводят электричество.

В 1776 г. Генри Кавендиш берёт две проволоки равной длины и сечения из разных металлов и разряжает через них батарею лейденских банок. Он повторял этот эксперимент, изменяя заряд батареи до тех пор, пока одна из проволок не расправлялась. Полагая, что проволока, оставшаяся целой, обладает большей электрической проводимостью, он получает ряд металлов, расположенных в порядке уменьшения их электропроводности.

Сопротивления из проволоки и являются самыми первыми резисторами. Появившись задолго до открытия Омом закона электрических цепей, они уже более двухсот лет и по настоящее время имеют достаточно широкое применение.

Проволочный резистор устроен следующим образом.

На каркас, выполненный в виде катушки или стержня из керамики, стекла или пластмассы, снабжённый жёсткими контактами, наматывается изолированный провод из материала с высоким удельным электрическим сопротивлением. Зная диаметр проводника и удельное сопротивление материала (их измерение не вызывает затруднений), легко подсчитать длину проводника и получить резистор с заданным значением электрического сопротивления.

Однако при намотке длинного провода на каркас может происходить его удлинение, вызванное натяжением провода, а также отклонение диаметра от номинального вследствие технологического разброса при производстве. Поэтому число витков в резисторе для каждой партии провода и конкретных условий намотки уточняется экспериментально.

Подгонка сопротивления под заданное значение производится сматыванием витков. При необхо

Один из вариантов лейденской банки