ВС

(В)лагостойкие (С)опротивления; встречается также расшифровка (В)ысоко(С)табильные. Углеродистые резисторы, были созданы в 1946-47гг. в результате работ М.М. Столярова и других по модернизации образцов немецких резисторов Dralowid.

В 50-60х годах прошлого столетия они были самыми массовыми отечественными резисторами и применялись практически везде, от бытовой до спецтехники.

Основанием резисторов служат: для сопротивлений мощностью до 2 Вт — фарфоровый стерженек; для сопротивлений больших мощностей — фарфоровая трубка, на поверхности которых нанесен тонкий проводящий слой углерода. Углерод на поверхность керамики наносится путем пиролитического разложения паров углеводородов при температуре 900—1000° С под вакуумом или в среде инертного газа. При этом мелкокристаллический графит диффундирует в поверхностный слой керамики. Высокая стабильность основных параметров резисторов ВС обусловлена отсутствием в токопроводящем слое связки или компонентов органического происхождения. Диффузия графита в керамику позволяет получить науглероженные заготовки с сопротивлением от десятых долей ома до 100 000 ом. Дальнейшее увеличение сопротивления в 4—10 000 раз достигается нарезанием на поверхности науглероженного стержня спиральной канавки.

Торцы резисторов армированы контактными выводами, а проводящий слой углерода покрыт изолирующим влагостойким лаком или эмалью. Контактные выводы выполнены из медной проволоки или тонкой латунной ленты.

Производители ранних выпусков - питерский НИИ "Гириконд" (вероятно разработчик) и питерский же завод № 130 МПСС (в дальнейшем Ленинградский ферритовый завод, ныне "Магнетон").

Основная же масса резисторов была выпущена Новосибирским заводом радиодеталей (он же ПО "Оксид"), заводом "Ресурс" (г.Богородицк, Тульская обл.), ленинградским заводом "Мезон" и 1-ый Московским заводом радиодеталей.

Общее описание
Электрические параметры
Развитие
Резисторы ранних выпусков
Технология производства

Сопротивление ВС представляет собой керамический стержень или керамическую трубку, на поверхность которых нанесен слой углерода, обладающий большим удельным сопротивлением. У высокоомных сопротивлений слой углерода тоньше, чем у низкоомных. Практически толщина слоя углерода у описываемых сопротивлений лежит в диапазоне от нескольких тысячных микрона до 0,2 мкм.

Слой углерода осаждается на керамике в специальных печах методом пиролиза: вводимый в печь углеводородный газ или пар под действием высокой температуры разлагается и углерод осаждается на поверхности керамических стержней. У сопротивлений с номиналами 100—240 ом и выше на всю толщину слоя углерода прорезана спиральная канавка шириной 0,3—0,8 мм, превращающая слой в ленточную спираль.

(фото с форума "Портативное ретрорадио")

На концы науглероженного стержня туго напрессованы латунные посеребренные или луженые хомутики с ленточными латунными посеребренными или лужеными хвостами (у резисторов ранних выпусков выводы могли выполняться из проволоки). Весь науглероженный стержень вместе с хомутиками покрыт влагостойкой органической эмалью зеленого или (редко) красного цвета. При этом качество зеленых сопротивлений лучше.

(фото Владимира, г.Пермь)

Сопротивления ВС-0,25 и ВС-0,5 с номиналами свыше 0,5 МОм ненадежны в эксплуатации, так как они при большом числе витков нарезанной спирали имеют наиболее тонкий слой углерода, который легко разрушается в условиях повышенной влажности и перегрева. Поэтому применение таких сопротивлений в аппаратуре не рекомендуется. При необходимости применять сопротивления ВС с номинальными значениями свыше 0,5 МОм можно использовать сопротивления с большими номинальными мощностями.

Вследствие того что толщина слоя углерода сопротивлений ВС остается меньше глубины проникновения переменного тока в широком диапазоне частот, их активные сопротивления до частот порядка нескольких мегагерц практически не отличаются от величин сопротивлений, измеренных на постоянном токе или на переменном токе низкой частоты. На более высоких частотах активное сопротивление уменьшается потому, что на прохождение тока начинают заметно влиять емкости между краями витков токопроводящего слоя; эти емкости как бы шунтируют витки и понижают эффективную величину сопротивления. Так, у нарезных сопротивлений ВС-0,25 и ВС-0,5, которые применяются преимущественно в высокочастотных цепях радиоприемных устройств, на частоте 10 МГц активное сопротивление снижается примерно на 10%, а на частоте 100 МГц уменьшается приблизительно в 3 раза.

У большинства низкоомных непроволочных сопротивлений сразу после их выпуска начинается увеличение активного сопротивления. Этот процесс старения завершается в основном в первые полгода — год, в течение которых величина активного сопротивления изменяется обычно не более чем на 1% от первоначальной.

В нормальных климатических условиях температура нагрева проводящего слоя резисторов ВС не превышает 395—400° К, что считается предельно-допустимым при эксплуатации резистора в течение нескольких тысяч часов. Наибольший перегрев при номинальной мощности нагрузки имеет место у резисторов ВС-5 и ВС-2. Резисторы с номинальной мощностью рассеяния 0,25, 0,5 Вт имеют более благоприятные тепловые режимы, их перегрев составляет 40—65° К. Ограничение температуры нагрева проводящего слоя пиролитического углерода обусловлено тем, что при повышенных температурах в нем происходят процессы окисления кислородом, а это приводит к увеличению удельного сопротивления проводящей пленки (с увеличением температуры процессы окисления ускоряются).
Кроме того, нагрев резистора приводит к порче защитного эмалевого покрытия, которое при воздействии повышенных температур становится хрупким, может отслаиваться или обугливаться.

Предельное рабочее напряжение у низкоомных резисторов определяется тепловыми процессами в проводящем слое, т. е. номинальной мощностью и номинальным сопротивлением резистора. Обычно в качестве предельного рабочего напряжения резистора указывается напряжение, при котором обеспечивается его надежная работа без пробоя или перекрытия по поверхности между выводами резистора, а также в промежутках между витками спирали. Таким образом, предельное рабочее напряжение указывается только для высокоомных резисторов, у которых нагрев при номинальной мощности незначителен.
Кроме того, рабочее напряжение резистора связано с необходимостью ограничения:
а) градиента напряжения в проводящем слое, определяющего уровень собственных шумов и коэффициент напряжения резистора;
б) плотности тока через контакт проводящий элемент—вывод, что также определяет уровень собственных шумов резистора.

Коэффициент напряжения углеродистых резисторов обычно не превышает 1,5—2%. С повышением напряжения сопротивление резистора уменьшается, т. е. коэффициент напряжения при этом отрицательный. Это обусловлено увеличением проводимости зазоров между отдельными частицами пиролитического углерода.

Коэффициент нагрузки, влияющий на изменение сопротивления проводящего элемента под действием приложенного напряжения и нагрева, зависит от электрической нагрузки резистора и ТКС и для углеродистых резисторов не превышает 6%. Высокоомные резисторы имеют более низкий коэффициент нагрузки в связи с тем, что при предельном рабочем напряжении они оказываются недогруженными по мощности. Коэффициент нагрузки углеродистых резисторов чаще всего бывает отрицательным, поскольку они обладают отрицательным ТКС. Положительные значения коэффициента нагрузки (обычно очень малые) встречаются у углеродистых резисторов сравнительно редко; они связаны, как правило, с дефектами в структуре проводящей пленки (дефекты науглероживания, нарезки) или в защитном покрытии.

Электрические параметры (для поздних выпусков)

Диапазон выпускаемых номиналов - 10 Ом ... 10 МОм
Максимально допустимая рассеиваемая мощность - 0,125; 0,25; 0,5; 1; 2; 5 и 10 Вт (были и малосерийные на 60 Вт)
Рабочая температура -60 ... +125°С
Коэффициент влагоустойчивости
для резисторов номиналом до 1 МОм — не более ±12%;
для резисторов свыше 1 МОм — не более ±20%
Коэффициент старения не более 4%
ЭДС шумов — не более 5 мкВ/В

Справочный лист на них, а также данные из отраслевых справочников 1968 и 1983 года.

В ходе своей долгой жизни эти резисторы неоднократно дорабатывались и модернизировались. Так, первые выпуски имели совершенно иную конструкцию выводов, крепление колпачков выполнялось расклёпыванием, а сами выводы могли быть как из ленты, так и из проволоки. Вероятно, часть советских заводов выпускала эти сопротивления на оригинальных "трофейных" линиях Dralowid и Siemens, вывезенных из Германии.

В конце 60-х появился вариант с аксиальным расположением выводов - ВС-а.

Номиналы ранних выпусков начинались только от 51 Ома. А резисторы номиналом до 1 кОм и свыше 2 МОм с разбросом 5% не делали совсем. Вообще, указание 1950 года "При заказе количество сопротивлений по 1-му классу точности не должно превышать 20% от заказанного количества" как бы намекает нам об уровне технологии этих резисторов в то время...

В середине 50-х нижнюю границу отодвинули до 27 Ом, а уже в 60-х - до 10 Ом; да и ограничения на точность резисторов по краям диапазона номиналов были сняты.

Были изменения и в ряде мощностей. Резисторы мощностью 0,125 Вт появились только в конце 50-х годов (они также выпускались под маркой УЛМ-0,12). А в конце 50-х - начале 60-х выпускались и варианты мощностью 60 Вт (в книгах помечены "...но они применяются весьма редко"). В справочнике 1959 года встречаются также резисторы мощностью 15, 30 и даже 100 Вт! Причем судя по этому справочнику, они сильно отличались от обычных резисторов - как по диапазону номинальных сопротивлений, так и по другим параметрам - влагоустойчивости, максимальному напряжению и пр.

Улучшению подверглись и практически все электрические параметры. Устойчивость к внешним воздействиям, термостабильность, допустимые напряжения, срок хранения и минимальная наработка (почти вдвое!)...

Даже в маркировке этих резисторов были перемены. Так, в первые годы на резисторах этого типа с допуском 20% (III класса точности, по тогдашней терминологии) процент не обозначался.


(фото с форума "Портативное ретрорадио")

Технология производства

Процесс пиролиза осуществляется в специальных печах, которые представляют собой глазурованную керамическую трубу длиной 1,7—2 м и диаметром 70—100 мм. Концы трубы плотно закрываются съемными вакуумплотными крышками, которые имеют штуцера для подсоединения системы, обеспечивающей подачу паров углеводорода при одновременной откачке воздуха. С целью получения необходимого вакуумного уплотнения концы трубы обычно имеют воздушное или водяное охлаждение.

В качестве нагревательного элемента вакуумной печи служит нихромовая обмотка, расположенная поверх средней части трубы. Обмотку выполняют вдоль керамической трубы с неравномерным шагом для обеспечения равномерного распределения температуры в рабочей зоне печи. Измерение и контроль температуры в камере, где проводится пиролиз, осуществляется оптическим пирометром и термопарой, которая используется для автоматического поддержания необходимой температуры пиролиза с помощью терморегулятора.

Для проведения пиролиза в печь загружают керамические основания, труба нагревается до температуры 1200—1300° К, одновременно в печи создается вакуум 10—20 Н/м2. Желательно, чтобы в процессе пиролиза доступ кислорода в рабочую камеру был минимален. Обычно возникают трудности получения высокого вакуума в термических печах большого объема при температурах порядка 1300° К.

Скорость реакции пиролиза регулируется специальными устройствами (капиллярами) дифференцированно в зависимости от толщины пленки углерода для каждого типа резистора.

Для получения заданного сопротивления оснований резисторов количество заготовок строго регламентируется. Так, например, для резисторов с номинальной мощностью 0,25 Вт загружают 5000 штук керамических оснований, а для резисторов мощностью 2 Вт — всего 450 штук.

При достижении необходимой температуры производится подача паров углеводорода (гептана) с одновременной откачкой продуктов разложения. Для равномерного науглероживания всех керамических оснований в процессе пиролиза направление подачи гептана меняется и производится перемешивание оснований путем вращения печи вокруг своей продольной оси. Процесс науглероживания может продолжаться от 0,3 до 8 ч. В зависимости от продолжительности науглероживания и количества испаренного гептана на керамических основаниях получают слои пиролитического углерода с поверхностным сопротивлением от десятых долей Ома на квадрат поверхности до 30—35 кОм.
Заготовки с поверхностным сопротивлением выше этих значений исключаются из дальнейшего производственного процесса, так как значения температурного коэффициента, уровень шумов и стабильность очень тонких пленок не соответствуют техническим условиям.

Слой пиролитического углерода, осажденный на поверхность глазурованной керамики, не обладает достаточной адгезией и разрушается при незначительных механических воздействиях. Это может быть из-за несоответствия коэффициентов термического расширения пиролитического углерода и материала подложки и отсутствия химической связи пленки с основанием. Следовательно, необходима максимальная согласованность коэффициентов термического расширения керамики и проводящей пленки.
Для получения высокой стабильности резисторов керамические основания, используемые при изготовлении резисторов, должны обладать соответствующими свойствами. Поверхность керамических оснований должна быть химически однородной и не иметь механических дефектов (трещин, сколов). Однородность микрорельефа керамики достигается специальной обработкой — травлением в растворе плавиковой кислоты или механической обработкой мелкодисперсным абразивом. Керамический материал должен быть плотным и не иметь открытых и закрытых пор. В составе керамического материала не должно быть в значительных количествах окислов щелочных металлов, поскольку в керамике, содержащей окислы калия и натрия, развиваются интенсивные электрохимические процессы, которые могут привадить к разрушению проводящей пленки.

При поточном методе повышается производительность операции науглероживания, особенно для высокоомных резисторов. Однако электрические параметры резисторов, получаемых с помощью этого метода, уступают параметрам резисторов, получаемых методом науглероживания в вакуумных камерах.

После науглероживания с целью предохранения проводящего слоя от механических повреждений и от воздействия атмосферы среднюю часть заготовок, используемых для высокоомных резисторов, покрывают лаком. Далее заготовки сушат инфракрасными лучами при движении по конвейеру.

После покрытия лаком производят армировку выводов. На края заготовок, используемых для производства прецизионных и низкоомных резисторов, наносится суспензия коллоидного графита или молекулярного серебра для создания надежного контакта с малым переходным сопротивлением между проводящим слоем углерода и металлическим выводом, затем производится армировка выводов. Контактный выводной узел резисторов ВС производится методом контактной сварки медной посеребренной или с покрытием олово-висмутом проволоки и колпачка.

После армировки выводов на специальных автоматических устройствах выполняют раскалибровку заготовок на группы по величине сопротивления.

Низкоомные резисторы получают непосредственно из армированных заготовок. Так резисторы ВС-0,125 (УЛМ-0,12) с сопротивлением до 220 Ом, ВС-0,25 и ВС-0,5 — до 510 Ом, ВС-1 и ВС-2 — до 750 Ом и резисторы ВС-5 и ВС-10 — до 1 кОм выполняют без нарезки.

Резисторы без спиральной нарезки с более высокими сопротивлениями не могут быть использованы, так как у них будут большие значения ТКр и коэффициента нагрузки. Для получения высокого номинального сопротивления при малом ТКр целесообразно использовать заготовки для низкоомных резисторов. При этом увеличивается длина спирали, что приводит к снижению градиентов напряжения в проводящем элементе. Однако при очень малом шаге нарезки снижается механическая прочность проводящего слоя, поэтому используют заготовки с большими сопротивлениями и соответственно с большими ТКр.
Наиболее высокие номинальные сопротивления получают при нарезке заготовок по винтовой линии с различным (переменным) шагом (0,6—4,2 мм). При нарезке возникает спиральная лента из проводящего слоя, ширина которой определяется шагом нарезки, а длина зависит от числа витков. Нарезка позволяет увеличить сопротивление проводящих элементов в несколько сотен и даже тысяч раз.

Резисторы с высокими номинальными сопротивлениями получают в результате нарезки заготовок на автоматах или полуавтоматах, фиксирующих заданные сопротивления с точностью до 2—5%. Для спиральной нарезки используют высокопроизводительные станки.

В ряде случаев осуществляют юстировку резисторов путем частичного снятия слоя углерода с поверхности основания. При этом изменение величины сопротивления непрерывно контролируется измерительным прибором. Увеличение сопротивления резистора при юстировке составляет 10—30%.

После спиральной нарезки резисторы подвергают кратковременной электрической тренировке при подаче электрической нагрузки, в несколько раз превышающей номинальную мощность. Эта операция проводится для стабилизации проводящего слоя, выжигания проводящих "мостиков", выявления некачественного проводящего слоя и других дефектов. В процессе электротренировки происходит отбраковка негодных резисторов.

Следующая технологическая операция — покрытие токопроводящей поверхности резистора двумя или тремя слоями эмали ЭП-96 — осуществляется на высокопроизводительных конвейерных установках с одновременной сушкой. Покрытие осуществляют методом окунания изделий, укрепленных в специальных кассетах. В этих же кассетах производят и сушку потоком воздуха, нагретого до 430—440° К.

После высыхания защитного покрытия резисторы подвергают раскалибровке по классам точности и по уровню собственных шумов.

Маркировку резисторов выполняют на специальных маркировочных станках. Затем резисторы укладывают в упаковочные карты и сушат в конвейерной печи с инфракрасными лампами в течение 20 — 30 мин при температуре 440° К.

Большинство технологических и контрольно-измерительных операций производится на автоматах и полуавтоматах, например сборка резисторов, которая составляет 70—90% общей трудоемкости изготовления изделия.

Резисторы ранних выпусков

Конструкция этих резисторов за годы резисторов сильно менялась, в первую очередь выводной узел.

Так, у маломощных вариантов, выводы поначалу крепились расклёпыванием, при этом сами выводы могли быть как проволочными, так и пластинчатыми.


(фото Владимира, г.Пермь)


(фото Владимира, г.Пермь)

А вот мощные, 5-ваттные резисторы имели разную конструкцию хомутиков. У ранних вариантов не было "ушей" на хомутиках и под заклепки прокладывались толстые квадратные шайбы (чтобы хомутик не выгибало у заклепки, т.к. металл хомутика у ранних ВС-5 тоньше):


(фото Владимира, г.Пермь)


(фото Владимира, г.Пермь)


(фото Владимира, г.Пермь)


(фото с форума "Портативное ретрорадио")

ВС-60 - это, конечно, бомба! для понимания масштаба на его фотографиях присутствует и привычный двухваттный ВС...

Источники:

1. Гинкин Г.Г. Справочник по радиотехнике, М. Госэнергоиздат, 1948
2. В. Н. Логинов. Справочник по радиодеталям. М.-Л., Госэнергоиздат, 1949. (Массовая радиобиблиотека. Вып. 41)
3. В.Т. Ренне. Непроволочные угольно-керамические сопротивления поверхностного типа - "Электричество" 1949, №12.
4. Элементы и детали любительских радиоприемников (Справочная книга). Под общей редакцией В.В. Енютина. М.-Л., Госэнергоиздат, 1950. (Массовая радиобиблиотека. Вып. 55)
5. Левитин М.А. Конденсаторы и сопротивления. Каталог. Бюро технической информации. Москва, 1950
6. А.Д. Фролов. Справочник конструктора радиовещательных приемников. М.-Л., Госэнергоиздат, 1951
7. Справочная книжка радиолюбителя. Под ред. В.И. Шамшура. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1951 (МРБ 128)
8. Д.Д. Сачков. Конструирование радиоаппаратуры. М.-Л., Госэнергоиздат, 1951.
9. А.С.Балакшин. Справочник по усилительным устройствам звукового кино. Под общей редакцией К.А.Ламагина. Издание 3-е, переработанное и дополненное. - Госкиноиздат, Москва, 1953
10. Справочник радиолюбителя. Под общей редакцией А. А. Куликовского. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1955 (Массовая радиобиблиотека, вып. 222)
11. Справочник радиолюбителя. Издание второе. Под общей редакцией А. А. Куликовского. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1958 (Массовая радиобиблиотека, вып. 286)
12. Терещук Р.М., Домбругов Р.М., Босый Н.Д. Справочник радиолюбителя. Под общ. ред. В.В. Огиевского. - Киев.: Государственное издательство технической литературы УССР, 1957
13. Малинин Р.М. Конденсаторы и сопротивления. М. Воениздат, 1959.
14. Справочник начинающего радиолюбителя. Под общей редакцией Р.М. Малинина. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1961 (МРБ 400)
15. Справочник радиолюбителя. Издание третье. Под общей редакцией А. А. Куликовского. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963 (Массовая радиобиблиотека, вып. 394)
16. Ломанович В.А. Справочник по радиодеталям (Сопротивления и конденсаторы). - М., изд-во ДОСААФ, 1965.
17. Верхопятницкий П.Д. Электрические элементы судовых радиоэлектронных и вычислительных устройств. Л.: Судостроение, 1967.
18. Панфилов Н.Д. Усилители киноустановок. Издательство "Искусство", Москва, 1968.
19. Справочник радиолюбителя. Р. М. Терещук, Р. М. Домбругов, Н. Д. Босый, С И. Ногин, В. П. Боровский, А. Б. Чаплинский. В двух частях. Изд. 6-е. "Техника", 1970.
20. Алексеев Н.Г., Прохоров В.А., Чмутов К.В. Современные электронные приборы и схемы в физико-химическом исследовании, изд. 2-е, переработанное и дополненное. Изд. "Химия", 1971.
21. Перечень радиодеталей. Министерство торговли РСФСР. Посылторг. Центральная торговая база. Москва, 1971г.
22. Мартюшов К.И., Зайцев Ю.В. Технология производства резисторов. Учебн. пособие для специальности "Полупроводники и диэлектрики", М., "Высш. школа", 1972
23. Краткий справочник радиолюбителя. Березовский М.А., Писаренко В.М. - Киев "Технiка", 1975
24. Радиодетали, радиокомпоненты и их расчет. Под ред. А.В. Коваля. М., "Сов. радио", 1977
25. Справочник по элементам радиоэлектронных устройств. Под ред. В.Н. Дулина, М.С. Жука. М., "Энергия", 1977
26. Волгов В.А. Детали и узлы радиоэлектронной аппаратуры. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., "Энергия", 1977
27. Сопротивления. Справочник. Том 1. ВНИИ "Электронстандарт", 1977.
28. Житников В.С., Куркин В.И. Оборудование для производства резисторов. - М.: Энергия, 1979.
29. Резисторы: (справочник) / Ю.Н. Андреев, А.И. Антонян, Д.М. Иванов и др.; Под ред. И.И. Четверткова. - М.: Энергоиздат, 1981.
30. Бодиловский З.Г. Справочник молодого радиста: 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1983. (Профтехобразование. Библиотечная серия)
31. Резисторы. Группы 6010, 6020. Сборник справочных листов. РМ 11 074.022.1-83. Издание официальное. ВНИИ "Электронстандарт", 1984.
32. Горобец А.И. и др. Справочник по конструированию радиоэлектронной аппаратуры (печатные узлы) / А.И. Горобец, А.И. Степаненко, В.М. Коронкевич. - К.: Технiка, 1985
33. Резисторы: Справочник / В. В. Дубровский, Д. М. Иванов, Н. Я. Пратусевич и др.; Под общ ред. И. И. Четверткова и В. М. Терехова. - М.: Радио и связь, 1987.
34. Димитър Рачев. Справочник радиолюбителя. Държавно издателство "Техника". 1990.
35. Резисторы: Справочник / В. В. Дубровский, Д. М. Иванов, Н. Я. Пратусевич и др.; Под ред. И. И. Четверткова и В. М. Терехова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1991
36. Аксенов А. И., Нефедов А. В. Элементы схем бытовой радиоаппаратуры. Конденсаторы. Резисторы: Справочник.- М.: Радио и связь, 1995 - (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1203).

домой