150187 (Высокоомные сопротивления)

РЕФЕРАТ

"Высокоомные сопротивления"

2009

1. Высокоомные сопротивления

А) Металлические сопротивления

и) Проволочные сопротивления. В результате производства очень тонкой проволоки из сплавов, имеющих высокое сопротивление, возможно изготовление высокоомных проволочных сопротивлений. Для этой цели применяют проволоку толщиной до 0,01 мм. Проволоку наматывают спирально на шнур из асбеста, шелка или древесной шерсти. Шнур после этого покрывается лаком для предохранения его от влаги и загрязнений. Таким образом изготовляют шнуры, обладающие сопротивлением до 2 10⁶ ом/м. Наматывая много метров такого шнура на изолирующую трубку, например, из пертинакса или закрепляя его как поперечную нитку в тканях, можно получать высокоомные сопротивления до 10⁸ ом, пригодные для работ с высокими напряжениями; чтобы такие сопротивления имели малую самоиндукцию и небольшую собственную емкость, проволоку следует наматывать бифилярно. В качестве материалов для изготовления сопротивлений применяются манганин, константан и нихром. Промышленность выпускает такие сопротивления со следующими данными.

6) Кроме того, очень удобны для изготовления высокоомных Проволочных сопротивлений сетки и ленты из витой проволоки, а также специальные ленточные сопротивления. Обычно в таких плоских сетках и лентах через асбестовую ленту, сплетенную широкой петлей, пропускается зигзагообразно тонкая проволока с большим сопротивлением. Сетки и ленты из витой проволоки выпускаются в продажу, различной ширины, с величиной сопротивления до 10000 ом/м. Специальные ленты сопротивления при ширине 3 см выпускаются двух типов: 115000 ом/м и 250000 ом/м.

Б) Сопротивления из тонких металлических слоев

Высокоомное сопротивление можно получить, нанося очень тонкий слой соответствующего металла на хорошо изолирующую* поверхность твердого тела. Самыми известными и надежными сопротивлениями этого типа являются сопротивления Крюгера. Они представляют собой очень тонкие платиновые слои, которые наносятся на пластинки или трубочки из кварца или янтаря катодным распылением или испарением в высоком вакууме – После отложения платиновый слой «старится» при помощи умеренного нагревания. В результате получаются сопротивления с очень постоянной величиной. Такие платиновые сопротивления могут достигать величины 10¹³ ом. Их температурный коэффициент сопротивления – против ожидания – оказывается отрицательным; его значение невелико: от 2 до 4% на 10 градусов.

Подобные сопротивления из платиновых пли серебряных слоев, отложенных на калане, применяются в высокочастотной технике; их сопротивление достигает 10⁹ ом.

В) Полупроводниковые сопротивления

а) Сопротивления с угольным слоем. Очень большое сопротивление имеют слои угля, осажденного на изоляторе. Такие угольные сопротивления очень высокого качества, являющиеся продуктом массового производства, особенно необходимы при монтаже радиоустановок, но одновременно находят очень широкое применение также и в лабораторной практике. В Германии они известны под различными торговыми названиями; их стоимость не выше, чем сопротивлений с металлическими слоями. Следует коротко описать единственный применяемый в настоящее время способ изготовления угольных сопротивлений. В качестве изоляционной подложки употребляются стержни и трубочки из твердого фарфора. В электровакуумных печах они нагреваются до температуры каления и затем при этой температуре вводятся в атмосферу некоторых углеводородов. При этом, благодаря каталитическому действию горячей поверхности фарфора, углеводород разлагается, и получающийся углерод в виде мельчайших кристаллов осаждается на фарфоре. Толщина угольного слоя составляет около 10^-4 мм. На концы фарфоровой подложки надеваются контактные колпачки. Затем весь этот элемент покрывается изоляционным лаком, который, однако, не должен препятствовать охлаждению. Изготовленные таким приемом угольные сопротивления отличаются очень хорошим постоянством, величина сопротивления практически совершенно не зависит от напряжения. Их температурный коэффициент отрицателен, его значение невелико: при изменении температуры на 10° величина сопротивления изменяется на 0,2–0,3%.

Сопротивления «Сименс-Карбо» с сплошным угольным слоем изготовляются весьма различной величины, от 20 до 10⁵ ом. Но если па фарфоровом цилиндре отложить слой угля в виде винтовой линии с малым шагом, то можно получить сопротивление до 150 Мом. При стандартном способе изготовления угольных сопротивлений нх величина может отклоняться от номинального значения не более чем на ±5%. При специальных методах изготовления это отклонение гарантируется в пределах ±1%. Кроме того, угольные сопротивления изготовляются на различные нагрузки от 0,5 До 200 ст.

Во всех случаях, когда можно допустить более высокие отклонения от номинального значения сопротивлений, применяют преимущественно дешевые, предназначенные для радиоаппаратуры угольные сопротивления с точностью ±10% и для нагрузок от 0,05 до 1 его. Эти сопротивления выпускаются величиной от 100 до 5 · 10⁶ ом.

Наконец, следует еще указать, что при помощи особых методов удается изготовить угольные сопротивления величиной до 50000 Mом.

6) Сопротивления с бороувольным слоем. Если раскаленный фарфоровый цилиндр ввести в атмосферу из смеси углеводородов и соединений бора, то получается бороугольное сопротивление; оно имеет величину значительно большую, а температурный коэффициент значительно меньший, чем соответствующие угольные сопротивления.

в) Сопротивления с германиевым слоем. Тонкие слои германия, нанесенные на внутреннюю поверхность стеклянных трубочек, дают весьма постоянные высокоомные сопротивления, имеющие широкое применение. Слои германия наносятся следующим приемом: трубочку из твердого стекла, откачанную и обезгаженную нагреванием, заполняют смесью 25% газообразного GeH₄ и 75% водорода. При нагревании до температуры выше 370 °С GeH₄ разлагается, и на внутренней стенке трубочки осаждается тонкий слой германия. После продолжительной процедуры старения эти сопротивления практически не меняются. Величины их сопротивлений при комнатной температуре лежат в пределах от 1000 ом до многих мегом. Температурный коэффициент сопротивления лежит в пределах от 0,1 до 0,3% на градус. Если осаждать слои германия на стеклянные трубочки, покрытые предварительно тонким слоем серебра, то сопротивления получаются по величине малыми, но с температурными коэффициентами, меньшими 0,1% на градус.

г) Сопротивления из окиси меди, окиси урана и урдокса. Эти термочувствительные сопротивления изготовляются с значениями сопротивлений до 10⁵ ом при 20 С. Так как они имеют очень высокие отрицательные температурные коэффициенты, то применяются преимущественно как элементы автоматических регуляторов, например, как пусковые или предохранительные сопротивления, регуляторы температуры и приборы для измерения температур. CuO-сопротивления имеют наибольший температурный коэффициент – 2,6% на градус. Их максимальная рабочая температура 220° С, превышение ее не допускается. Они выпускаются только для нагрузок 1,2 и 4 вт. сопротивления и урдокс-сопротивления необходимо помещать в стеклянные колбы, эвакуированные или наполненные инертным газом, так как при высоких температурах в этих сопротивлениях под действием кислорода воздуха обычно происходят химические изменения. Стеклянные колбы снабжаются нормальными цоколями, применяемыми для радиоламп. Такие ИОг-сопротивлепия могут работать при температурах не выше 600° С, а урдокс-сопротивления – не выше 500° С. Температурный коэффициент для иОг-сопротивле-ния равен – 1,5% на градус, а для урдокс-сопротивления – от –1,3 до –2,3% на градус.

Г) Высокоомные жидкостные сопротивления

В качестве высокоомных сопротивлений можно также применять некоторые жидкие растворы. Однако сопротивления такого типа на практике применяются редко, так как они имеют несколько крупных недостатков. В жидкостных сопротивлениях наблюдаются более пли менее ярко выраженные поляризационные явления, так что величина их сопротивления колеблется. Кроме того, температурный коэффициент таких сопротивлений обычно очень велик. С повышением температуры величина сопротивления их резко падает.

а) Сопротивление Геманта 17]. Это сопротивление является, пожалуй, самым употребительным жидкостным высокоомным сопротивлением. Гемант применяет в качестве изолирующей жидкости бензол, содержащий 0,7% пикриновой кислоты, и добавляет к нему этиловый спирт; в результате возникает определенная концентрация ионов, причем постоянно обеспечивается достаточный ионный резерв, так что проводимость раствора следует закону Ома. Это имеет место, пока напряженность поля меньше 3000 в/см. Удельное сопротивление раствора увеличивается с уменьшением содержания этилового спирта по логарифмическому закону.

Сосудом для сопротивления служит стеклянная трубка, в которую впаяны платиновые электроды, покрытые платиновой чернью.

Заплавлять или заклеивать стеклянную трубку следует очень осторожно, так как пикриновая кислота является взрывчатым веществом. Сопротивления Геманта служат удобными добавочными сопротивлениями при исследованиях газовых разрядов. Они выдерживают продолжительную токовую нагрузку от 10^-5 до 10^-4 а. Если в раствор Геманта добавить от 10 до 20% фенола, то температурный коэффициент сопротивления становится настолько малым, что практически его можно не принимать во внимание.

б) Сопротивление Mанъянини. В 1 л дистиллированной воды растворяется 121 г. маннита, 41 г. борной кислоты и 0,06 г. хлористого калия. Удельное сопротивление 1300 ом см, температурный коэффициент 0,2% на градус.

в) Сопротивление Гитторфа. Концентрированный раствор йодистого кадмия в амиловом спирте; амальгамированные кадмиевые электроды. Удельное сопротивление 25000 ом см.

г) Сопротивление Кэмпбелла. Раствор из 90% технического ксилола и 10% не содержащего воды абсолютного этилового спирта; платиновые электроды, покрытые платиновой чернью. Удельное сопротивление IO¹⁰Ojh · см, температурный коэффициент 1% на градус.

д) Сопротивление Роллефсона. 2–10% раствор йода в бензине. Удельное сопротивление от 1 до 5 · IO^u ом · см, температурный коэффициент около 1% на градус.

е) Сопротивление Либби. 7% раствор изопропилового спирта в пентане.

ж) Применение электродных ламп в качестве сопротивлений. Рицлер для работы со счетчиками с острием и с обычными счетчиками применял в качестве высокоомных сопротивлений электронные лампы, работающие с недокалом.

Изоляторы

Оценивая пригодность какого-либо изолятора, надо знать, прежде всего, его удельное сопротивление, затем сопротивление на пробой и, наконец, величину диэлектрических потерь. Удельное сопротивление изоляторов, применяемых в электростатике, должно быть выше IO¹⁵ ом ■ см. Далее, всегда надо следить за чистотой поверхности изолятора, удаляя с нее проводящие поверхностные слои. Сопротивление на пробой имеет значение исключительно при работах с высоким напряжением. Диэлектрические потери играют совершенно особую, решающую роль в высокочастотной технике.

Для физика-экспериментатора, кроме электрических свойств изолятора, имеют значение также и его механические свойства и особенно возможность механической обработки материала изолятора и его механическая прочность. Поэтому при дальнейшем описании изоляторов, которые применяются или пригодны для применения в лабораторной практике, будут указываться эти свойства.

А) Твердые изоляционные материалы, хорошо поддающиеся обработке