抵抗器について知っておくべきことは何ですか?

抵抗器: 電流の流れに抵抗する受動的な材料の塊。 両端に端末を接続すれば完了です。 もっとシンプルなものは何でしょうか？

それほど単純ではないことがわかります。 結局のところ、温度、静電容量、インダクタンス、その他の要因はすべて、抵抗器をかなり複雑な部品にするのに影響します。 回路内での用途にもさまざまなものがありますが、ここでは、さまざまな種類の固定値抵抗器、その製造方法、およびさまざまなアプリケーションにとって望ましいものに焦点を当てます。

シンプルなものから始めましょう。そして最も古いものから始めましょう。

これらは「古い」抵抗器と呼ばれることが多く、1960 年代に広く使用されていましたが、他のタイプの抵抗器が導入され、比較的コストが高かったため、現在ではあまり使用されていません。 これらは、セラミック粉末とカーボンの混合物を樹脂で結合したもので構成されています。 炭素は優れた電気伝導体であり、混合物中の炭素濃度が高いほど抵抗は低くなります。 端にはワイヤーが取り付けられています。 次に、絶縁体として塗料またはプラスチックでコーティングされ、抵抗値と許容差を示すためにさまざまな色のストライプが描かれます。

これらのカーボン組成抵抗器の抵抗は、高湿度に長時間さらされたり、電圧やはんだ付け時の過熱によって過剰なストレスがかかると、永久に変化する可能性があります。 公差は 5% 以上です。 基本的には単なる固体の円筒であることを考えると、優れた高周波特性を持っています。 また、その小型サイズに匹敵する熱過負荷に対する耐性も優れているため、現在でも電源や溶接制御に使用されています。

しかし、古いものでも、555 タイマー音楽プレーヤーに必要なさまざまな抵抗を補うために、中古品店から購入した袋を使用することはできませんでした。 上の写真にあるのが私の汚物です。

炭素皮膜抵抗器の抵抗温度係数 (TCR) は通常、約 200 ～ 500 ppm/C です。 200 ppm/C は、1 C ごとに、抵抗値が 1 MΩ ごとに 200 オームを超えて抵抗が変化しないことを意味します。 パーセントで言えば、0.02%/C の変化です。 したがって、80℃の温度変化の場合、200 ppm/C は抵抗の 1.6% の変化、または 16 キロオームを意味します。

炭素皮膜抵抗器は通常、1 オームから 10 キロオームの範囲にあり、定格電力は 1/16 W から 5 W で、キロボルト単位の電圧に対応できます。 一般的な用途は、高電圧電源、X 線、レーザー、レーダーです。

金属フィルムは、カーボン フィルムと同様に、セラミック上に金属層 (多くの場合、ニッケル クロム) を堆積し、次に金属かららせんを彫刻することによって作成されます。 メーカー Vishay の文書によると、端子を取り付けた後、以前はヘリックスは研削またはサンドブラストによってトリミングされていましたが、最近ではレーザーを使用してトリミングが行われています。 結果はラッカーでコーティングされ、色分けまたは実際のテキストを使用してラベルが付けられます。

金属膜はカーボン膜に比べて温度による抵抗変化が小さい。 金属フィルムの TCR は 50 ～ 100 ppm/C であり、50 ppm/C では 0.005%/C になります。 上記の 1 Mohm カーボン フィルムと同じ例を使用すると、80℃の温度変化の場合、50 ppm/C は 0.4% の変化、つまり 4 kΩ に相当します。

金属フィルムも、0.1% というより低い公差から始まります。 また、優れたノイズ特性、低い非直線性、優れた長期安定性を備え、幅広い用途に使用できます。

これは、金属が抵抗のために酸化アンチモンで汚染された酸化スズであることを除けば、金属皮膜抵抗器とほぼ同じです。 これにより、電圧定格、過負荷、サージ、高温に関して、カーボン フィルムや金属フィルムよりも優れた性能が得られます。 カーボン皮膜抵抗器の定格は約 200℃、金属皮膜抵抗器は 250 ～ 300℃ですが、金属酸化物は 450℃で動作します。 ただし、安定性が劣ります。

巻線抵抗器は、プラスチック、セラミック、またはグラスファイバーのシリンダーの周りにワイヤーを巻き付けることによって作られます。 正確な長さに切断できるため、公差0.1%以上の高精度な抵抗値が得られます。 高い抵抗を得るには、ワイヤーを非常に細く、非常に長くする必要があります。 ワイヤは、電力定格が低い場合は細くなり、電力定格が高い場合は太くなります。 ニッケルクロム、銅、銀、鉄クロム、タングステンなどの多くの合金で作ることができます。

通常、使用するワイヤの材質に応じて高温に耐えるように設計されており、純タングステンの場合は最大温度定格が 1700℃ ですが、銀の場合は 0 ～ 150℃の範囲になります。 高精度巻線抵抗器の TCR は約 5 ppm/C です。 高電力巻線抵抗器の場合、TCR はより高く、その変動はさらに大きくなります。

高出力巻線抵抗器の範囲は 0.5W ～ 1000W で、数百ワットのものは高温シリコンまたはガラス質エナメルでコーティングできます。 最高の熱放散を実現するには、ヒートシンクとして機能するフィンを備えたアルミニウムケースも使用できますが、これらは 50W の範囲にあるようです。

巻かれたワイヤは基本的にコイルであるため、十分なインダクタンスとキャパシタンスがあり、高周波での特性が劣ります。 これを軽減または排除するために、図に示すように、バイファイラー巻き、フラットフォーマーでの巻き、アイルトンペリー巻きなどの他の巻き方が行われます。

バイファイラ巻きの場合、誘導は除去されますが、静電容量が高くなります。 非常に薄い平らなフォーマーに巻き付けることにより、ワイヤーが互いに接近し、誘導が軽減されます。 また、アイルトン・ペリー巻線では、電流が逆方向の巻線が互いに近接しているため、交差部の電位が同じになるため自己誘導が少なくなり、容量が最小限に抑えられます。

ポテンショメータは耐久性を考慮して巻線抵抗器が使用されることがよくあります。 巻線抵抗器は、回路ブレーカーやヒューズにもよく使用されます。 また、誘導リアクタンスを測定してそこを流れる電流を測定することにより、誘導を強化し、電流センサーとして活用することができます。

ご想像のとおり、フォイル抵抗器は数ミクロンの厚さのフォイルを使用します。通常は、セラミック キャリア上に添加剤を添加したニッケル クロム合金です。 1960 年代から存在しているにもかかわらず、すべての抵抗器の中で最高の安定性と精度を備えています。 所望の抵抗値は、箔のパターンをフォトエッチングすることによって得られます。 インダクタンスがなく、静電容量が低く、安定性が高く、急速な熱安定性を備えています。 許容誤差は 0.001% まで低くなります。

TCR は約 1 ppm/C です。 上記の 1 MΩ の金属フィルムと比較すると、80℃ の温度変化に対して、わずか 0.008%、つまり 80 オームの変化になります。 これがどのようにして達成されるのかは興味深いです。 温度が上昇すると、当然抵抗は増加します。 しかし、抵抗器は、温度の上昇により箔が圧縮され、その結果抵抗が低下するように作られています。 最終的な影響は抵抗の変化がほとんどありません。

インダクタンスのないフォイル抵抗は、高周波が関与するオーディオ用途に適しています。 電子秤などの精度が要求される用途にも適しています。 もちろん、温度変化が大きい場所でも使用できます。

ほとんどの表面実装デバイス (SMD) 抵抗器はこのタイプです。 厚膜抵抗器の膜は薄膜抵抗器の約 1000 倍厚く、厚膜抵抗器は市場で最も安価な抵抗器です。 薄膜は厚膜よりもはるかに高価です。

薄膜抵抗器は、絶縁基板上にニッケル クロム (通常) をスパッタリングすることによって作成されます。 次に、これをフォトエッチング、研磨またはレーザートリミングを使用してエッチングします。 厚膜抵抗器は、スクリーンおよびステンシル印刷プロセスを使用して作成されます。 フィルムはバインダー、キャリア、金属酸化物の混合物です。 最終的なトリミングは研磨またはレーザー トリミングによって行われます。

薄膜許容差は 0.1% と良好で、TCR は 5 ～ 50 ppm/C です。 厚膜の場合、許容誤差は 1% 程度で、TCR は 50 ～ 200 ppm/C です。 また、薄膜は厚膜よりも抵抗ノイズが低くなります。

薄膜の一般的な用途は、高精度が必要な場合です。 厚膜はほぼすべての電気機器に応用できます。一部の PC には 1000 を超える厚膜 SMD 抵抗が含まれています。

他のタイプの固定値抵抗器もありますが、上記は、人々の抵抗器の引き出しに最もよく見られるものです。 特定の用途に特に役立つと思われるタイプはありますか? その場合は、頻繁に使用する他のタイプとともに、以下のコメントで私たちと共有してください。 また、見つけたりコレクションに入れたりする可能性のある典型的なコンポーネントについてさらに詳しく知りたい場合は、コンデンサに関する記事をチェックすることを検討してください。