Как рассчитать рассеиваемую мощность резистора?

Расчёт мощности резисторов

Из сказанных выше соображений выбираем кермет К-20 С, у которого имеются следующие характеристики: диапазон сопротивлений 100…30000 Ом, Удельное сопротивление 1000…3000 Ом/, Удельная мощность 20 мВт/мм2, ТКС M = 0,5*10-4, = 0,05*10-4, коэффициент старения MКСТ = 0,0 ч-1, КСТ = 0.6*10-6.

Так же имеются конструкционные и технологические ограничения: минимальная длинна резистора l0 = 0.1 мм, минимальная ширина резистора b0 = 0.05 мм, минимальная длинна контактного перехода lк = 0.1 мм, минимальное расстояние между краями перекрывающих друг друга пленочных элементов h = 0.05 мм.

Для дальнейшего расчета резисторов необходимо знать их рассеиваемую мощность. Для этого все элементы в схеме, кроме резисторов заменим эквивалентами данных элементов, кроме диодов, учитывая их внутреннее сопротивление их PN — перехода, т.е. электрическая схема после замены элементов будет выглядеть следующим образом Рис 5.1:

Рис.5.1

Необходимые для расчета номиналы R1=6,5 кОм, R2=R8= 120Ом , RVD1 = RVD2=486 Ом , допустимое относительное отклонение сопротивления от номинального значения для всех резисторов составляет .

Для дальнейшего расчета мощности можно воспользоваться следующей формулой:

P=R*I2 (2)

а для расчета тока в цепи воспользуемся законом Ома:

(3)

Определим входное сопротивление:

Ом (4)

Ом (5)

Ом (6)

Ом (7)

Определим входной ток цепи I0:

А (8)

Определим падение напряжения на резисторе R8 :

UR8 = I0 * R8=0,04 * 120 = 5,1 B (9)

Определим напряжение на резисторах R1 и R2:

UR1,2=Uп — UR8 = 10 — 5,1= 4,9 B (10)

Определим ток в резисторе R1 и его мощность:

А (11)

P1=I2*R=0,0012*6500=0,0065 Вт (12)

Определим ток в резисторе R2 и его мощность:

А (13)

P2 =I2*R=0,032*120=0,126 Вт (14)

Определим мощность резистора R3:

P3=I2*R=0,0012*3500=0,0035 Вт (15)

Определим мощность резистора R4:

P4=I2*R=0,0012*2500=0,0025 Вт (15)

Определим мощность резистора R5:

P5=I2*R=0,0012*2900=0,0029 Вт (15)

Определим мощность резистора R6:

P3=I2*R=0,0012*1000=0,001 Вт (15)

Определим мощность резистора R7:

P7=I2*R=0,0012*30000=0,03 Вт (15)

Определим мощность резистора R8 :

P8=I02*R=0,042*120=0,144 Вт (15)

Расчёт прямолинейного резистора:

Дальнейший расчет резисторов будем проводить в соответствии с [1].

Приведём конструкционный расчёт прямолинейного резистора R1:

Зададимся коэффициентом влияния = 0.02 и вычислим коэффициенты влияния:

; ; ; . (16)

Определим среднее значение и половины полей рассеяния относительной погрешности сопротивления, вызванной изменением температуры по следующим формулам:

; (17)

где — среднее значение температурного коэффициента сопротивления резистивной пленки.

, — верхняя и нижняя предельные температуры окружающей среды.

; (18)

; (19)

; ;

;

; .

Определим среднее значение и половину поля рассевания относительной погрешности сопротивления, вызванное старением резистивного материала по формулам:

(20)

(21)

где — среднее значение коэффициента старения резистивной пленки сопротивления. — половина поля рассеяния коэффициента старения сопротивления резистивной пленки.

; (22)

; (23)

Таким образом, получаем следующее:

(24)

(25)

(26)

(27)

Определим допустимое значение случайной составляющей поля рассеяния суммарной относительной погрешности сопротивления по следующей формуле:

(28)

(29)

где: , , Положив МRПР = 0, тогда:

(30)

(31)

Допустимое значение случайной составляющей поля рассеяния производственной относительной погрешности сопротивления по следующей формуле:

(32)

(33)

Подставим вычисленные выше значения в данную формулу, получим:

(34)

(35)

(36)

Определим допустимое значение случайной составляющей поля рассеяния производственной относительной погрешности коэффициента формы, по следующей формуле:

(37)

Подставим значения и получим:

(38)

Определим расчетное значение коэффициента форм резистора:

(39)

Определим ширину резистивной пленки:

мм(40)мм(4мм (42)

(43)

мм. (44)

(45)

Определим сопротивление контактного перехода резистора:

(46)

(47)

Проверим следующее условие:

(48)

(49)

Определим длину резистора:

мм (50) мм (51)

Теперь определим среднее значение коэффициента формы:

(52)

Определим среднее значение МRПР и половину поля рассеяния RПР относительной производственной погрешности:

Мф=1.8% (53)

Мк=-9.3% (54)

(55)

(56)

(57)

(58)

Определим граничные условия поля рассеяния относительной погрешности сопротивления резистора:

% (59)

% (60)

% (61)

% (62)

(63)

Определяем длину резистивной пленки и площадь резистора:

мммм2 (64)

Определим коэффициент нагрузки резистора:

(65)

Таблица №1

Резисторы	Р, мВт	L, мм	B, мм	S, мм2	Кн
№	R
R1	6,5 кОм	6,5	1,5	0,3	0,45	0,72
R3	3,5 кОм	3,5	1,1	0,4	0,44	0,39
R4	2,5 кОм	2,5	1,0	0,5	0,5	0,25
R5	2,9 кОм	2,9	1,3	0,6	0,78	0,18
R6	1,0 кОм	1,0	0,5	0,5	0,25	0,2
R7	30 кОм	30,0	6,2	0,3	1,86	0,81

Выбор типа подложки и корпуса

Для определения минимально допустимой площади платы, необходимо произвести расчёт площади под каждый вид плёночных (резисторов, конденсаторов, контактных площадок) и дискретных элементов.

Число контактных площадок определяется исходя из заданной схемы соединений. Технологические и конструктивные данные и ограничения позволяют оценить минимально допустимые геометрические размеры контактных площадок в зависимости от способа формирования плёночных элементов.

Общая площадь необходимая под контактные площадки:

(113)

где Si — площадь i — й площадки;

m — число площадок.

Определим площадь контактных площадок под резисторы:

мм2 (114)

Определим площадь контактных площадок под транзисторы и диодные сборки:

мм2 (115)

Определим площадь резисторов:

мм2 (116)

Определим площадь транзисторов:

мм2 (117)

Определим площадь диодов:

мм2 (118)

Суммарная (площадь) минимальная площадь платы, необходимая для размещения элементов и компонентов находится по формуле:

(119)

где Ки — коэффициент использования платы, обычно принимают Ки=2…3. Введение коэффициента использования связано с тем, что полезная площадь (площадь, занимаемая элементами и компонентами) несколько меньше полной, что обусловлено технологическими требованиями и ограничениями. Конкретное значение коэффициента использования зависит от сложности схемы и способа её изготовления.

мм2 (120)

Данной площади платы соответствует размер подложки 12*10 мм. Геометрические размеры подложек стандартизированы. Выбираем подложку из ситалла СТ50-1.

Этот материал очень широко используется для изготовления гибридных интегральных микросхем, так-так имеет очень хорошие электрофизические и механические характеристики.

Минимальный габаритный размер подложки из данного материала 48*60 мм, поэтому на данной подложке изготавливается групповым методом несколько гибридных микросхем, потом эту подложку режут на заданное количество подложек, в данном случае на 24 подложки.

Таблица № 3

Условное обозначение корпуса	Тип корпуса	Кол-вовыводов	Размер зоны крепления, мм	Максимальный размер платы, мм	Масса не более,гр.
158.28	металлостеклянный	28	13,2*15,7	12,5*15,0	5,8

Page 3

Во время выполнения данного курсового проекта были освоены методики конструкционных расчётов резисторов. Проведен расчет топологии микросборки (расчет пассивных элементов схемы и их расположения на подложке). Разработана маршрутная технология микросборки. Сделан анализ конструкции микросборки. Таким образом, все требования технического задания были выполнены.

1. Конструирование тонкоплёночных гибридных микросборок/ сост.: Клочков А.Я., Дьяков С.Н., Чистяков В.В. — Рязань: РГРТА 2002. 160с.

2. Партала О.Н. «Радиокомпоненты и материалы: Справочник».- К Радиоаматор, М.:КУбК-а, 1998. — 720с.

3. Бодиловский В.Г., Смирнова М.А. «Справочник молодого радиста», М., Высшая школа, 1976. — 351с.

4. Конструирование и технология микросхем: Курсовое проектирование, под. ред. Коледова Л.А.- Москва: Высшая школа 1984.231с.: ил.

5. Разработка и оформление конструкторской документации РЭА: справочник, под. ред. Романычевой Э.Т. — Москва: Радио и Связь 1989. 448с.: ил.

6. Конструирование пассивных элементов плёночных микросборок: Методическое указание к практическим занятиям / Сост. Б.Н. Сажин — Рязань: РРТИ, 1987. -40с.: ил.

Источник: https://studbooks.net/2538578/tovarovedenie/raschyot_moschnosti_rezistorov

Резистор

Резистор — это самый распространенный электронный компонент, название которого произошло от английского слова «resistor» и от латинского «resisto» — сопротивляюсь. Основным параметром резистора считается сопротивление, которое характеризуется его способностью в препятствии протекания электрического тока. Единицами сопротивления у резисторов являются – Омы (Ω), Килоомы (1000 Ом или 1КΩ) и Мегаомы (1000000 Ом или 1МΩ).

Практически ни одна схема не обходиться без резисторов. С помощью подбора соответствующих величин резисторов и их соединений, происходит нужное распределение электрического тока в цепи.

Характеристики резистора

Кроме предельного сопротивления, резисторы обладают рядом других физиотехнических показателей, которые имеют большое значение в его применении.

Среди основных параметров выделяются такие характеристики резистора, как сопротивление по номинальному значению и его возможное отклонение, рассеиваемая мощность, предельное рабочее напряжение, максимальная температура, температурный коэффициент сопротивления, частотный отклик и шумы. Рассмотрим некоторые из них.

Температурный коэффициент сопротивления ТКС

Температурный коэффициент сопротивления (ТКС) определяет относительное изменение величины сопротивления резистора при изменении температуры окружающей среды на 1 ° по Цельсию. ТКС может быть как положительным, так и отрицательным. Если резистивная пленка имеет относительно большую толщину, то она обладает свойствами объемного тела, сопротивляемость которого с увеличением температуры становится больше.

Если же резистивная пленка имеет относительно небольшую толщину, то она состоит как бы из небольших «островков», расположенных отдельно друг от друга, и сопротивление такой пленочной структуры с увеличением температурных значений становится меньше, так как взаимодействие между отдельными «островками» улучшается.

Для непроволочных резисторов, применяемых в радиоэлектронике и телевизионной промышленности, температурный коэффициент сопротивления не больше ±0,04 — 0,2 %, у проволочных деталей -±0,003 — 0,2 %.

Рассеиваемая мощность резистора

Номинальная мощность рассеивания, или рассеиваемая мощность резистора показывает предельно значимую мощность, которую сопротивление может рассеивать при долговременной электрической нагрузке, атмосферном давлении и температуре в нормальных значениях.

Непроволочные резисторы подоазделяются на мощность по номиналу от 0,05 до 10 Вт, а сопротивления проволочного типа от 0,2 до150 Вт. На электpосхемах рассеиваемая мощность резистора выделяется условно пунктиром на обозначении сопротивления для мощностей меньше 1 Вт и pимскими цифрами на обозначении сопротивления для мощности больше 1 Вт.

Номинальная мощность рассеивания этих деталей должна быть на 20—30 % больше такого показателя, как рабочая рассеиваемая мощность резистора

Максимальное напряжение резистора

Предельное или максимальное напряжение резистора — это предельно возможное напряжение, подведенное к выводам сопротивления, которое не допускает превышения показателей техусловий (ТУ) на параметры электричества. По- другому, максимальное напряжение резистора – предельно допустимая величина, которая может быть приложена к резистору.

Этот показатель выводится для обычных пределов работы детали и напрямую зависит от линейных размеров резистора, шага спиральной нарезки, температурных показателей, давления эксплуатационной среды и давления атмосферы.

Чем выше температурные показатели и меньше давление атмосферы, тем больше шансов для пробоя теплового или электрического типа и выхода резистора из строя.

Максимальная температура резистора

Одной из характеристик резистора является такой показатель, как максимальная температура резистора, напрямую зависит от мощности детали.

Получается, что при увеличении мощности, которая выделяется в сопротивлении, увеличивается температура резистора, что может привести к его поломке. Во избежание этого, необходимо уменьшить температуру резистора. Это можно достичь укрупнением габаритов сопротивления..

Для всех типов сопротивлений определена максимальная температура резистора, превышение которой чревато выходом детали из строя.

Температурный показатель сопротивления находится в прямой зависимости и от температуры окружающего воздуха. Если этот показатель достигает большого значения, то температурный показатель сопротивления может стать выше максимальной температуры резистора, что крайне нежелательно. Чтобы этого не случилось, нужно снизить мощность, которая выделяется в резисторе.

Частотный отклик резистора

Значение такой характеристики, как частотный отклик резистора, связано с определением значения максимального сопротивления и минимальной ёмкости. При прохождении тока высокой частоты сопротивление стремится к проявлению реактивных свойств в зависимости от конструктивного исполнения – доминируют либо емкостные, либо индуктивные значения.

Если в одно и то же время дискретно уменьшать и значение сопротивления и значение емкости, то можно вызвать быстрый демпфированный частотный отклик резистора, который позволит определить как максимальное сопротивление, так и минимальную емкость.

При этих значениях не возникает колебаний и в то же время достигается мгновенная стабилизация выходного напряжения. Но в теории это рассматривается , как частный случай.

На высоких частотах резистор начинает проявлять реактивные свойства в зависимости от конструктивного исполнения — либо преимущественно емкостные, либо индуктивные.

Основные типы резисторов

По физическому устройству резисторы бывают следующих типов:

• углеродные пленочные
• углеродные композиционные
• металлооксидные
• пленочные металлические
• проволочные

Углеродные пленочные выпускают в виде керамического стержня, который покрыт специальной пленкой кристаллического углерода. Она в свою очередь и является резистивным элементом. Их номинальный диапазон сопротивления от двух до одного МОм, а максимальная мощность от 0,2 до 2 Вт.

Углеродные композиционные являются самыми дешевыми. Поэтому их стабильность не высока и их сопротивление, как правило, может меняться на пару процентов. Также при протекании тока, через такие резисторы могут возникать шумы. Такое обстоятельство имеет важное значение, особенно в медицинской электронной аппаратуре, так как там часто требуется большое усилие, но с малым уровнем шума

Металлооксидные являются вторым типом пленочных резисторов. В этих резисторах окончательное сопротивление получается за счет нанесения спиральной канавки на керамической основе. За счет этого увеличивается эффективная длина между концами резистора, а также сопротивление.

Пленочные металлические используются в транзисторных выходных, так как они имеют сопротивление меньшее, чем 10 Ом, что для этого и необходимо. Эти резисторы рассеивают большую мощность при малых размерах. Это и является самым большим их достоинством.

Также он имеет стабильность нагрузки, которая достигает не более ±3%, малый коэффициент сопротивления под напряжением, а также очень малый уровень шумов. Еще у него температурный коэффициент достигает от 0 до 600-10~6 1/°С.

Проволочные резисторы делаются из безиндуктивной или обычной обмотки. Они применяются тогда, когда нужна большая рассеиваемая мощность или высокая стабильность, так как другие резисторы не могут этого обеспечить.

Они рассеивают мощность до 100 Вт, но их сопротивление ограничено до 50 кОм.

Температура их поверхности при работе может достигать очень больших размеров, поэтому их нужно располагать так, чтобы могла обеспечиваться вентиляция воздуха и их охлаждение, потому что в противном случае они выйдут из строя.

Источник: http://hightolow.ru/resistor1.php