- Что такое резистор
- Как выглядит
- Из чего состоит
- Для чего применяется в цепи
- Обозначение на схемах
- Номиналы
- Маркировка сопротивления
- Классификация
- По виду материала
- По назначению сопротивления
- По количеству контактов
- Другие
- Материалы, из которых изготавливаются
- Проволочные
- Металлопленочные
- Металлооксидные пленочные
- Фольговые резисторы
- Углеродные композиционные резисторы
- Углеродные пленочные резисторы
- Ключевые показатели эффективности (KPI)
- Виды резисторов
- Постоянные резисторы
- Регулируемые резисторы
- Термисторы
- Варисторы
- Фоторезисторы
- Тензорезисторы
- Принцип работы резистора простым языком
- Принцип работы постепенного резистора
- Принцип работы подстроечного резистора
- Принцип работы резистора печки автомобиля
- Параметры резисторного элемента
- Расчет резисторов
- Формула для расчета сопротивления и мощности
- Последовательное соединение
- Параллельное соединение
- Смешанное соединение
- Мощность
- Свойства в теории и практике
- Что говорит теория
- Что на самом деле
- В чем измеряется сопротивление резистора
- От чего зависит сопротивление резистора
- Как зависит от температуры
- От других параметров
- Как найти сопротивление резистора в цепи
- При параллельном соединении
- При последовательном соединении
- Могут ли быть погрешности и какие
- Как использовать на практике
- Фильтры и резисторы
- Чем отличается резистор от реостата, транзистора
Что такое резистор
Это часть цепи сопротивления. Он является пассивной составляющей в цепи и может только уменьшать ток. Название происходит от латинского «resisto», что в переводе на русский язык буквально означает «сопротивляюсь».
Проводник предназначен для преобразования в цепи напряжения в ток и наоборот, он поглощает часть энергии и ограничивает ток в цепи блока. Основное применение — в электрических и электронных устройствах.
ВАЖНО! Соединение проводников в цепи может быть последовательным, параллельным или смешанным.
Есть также два вида полупроводников в цепи:
- линейные, сопротивление которых не зависит от тока и напряжения в цепи;
- нелинейные, способные изменять сопротивление в зависимости от значений протекающего тока и напряжения в цепи.
Основным параметром является номинальное напряжение в цепи.
Как выглядит
Компоненты могут быть проволочными и непроволочными. Последние прекрасно выполнят свою функцию в высокочастотной цепи, внешний вид и процесс их изготовления отличаются. Различают общего и специального назначения. Первые не превышают 10 МОм, а вторые способны работать при напряжении 600 вольт в цепи и выше. Они также различаются по внешнему виду. На фото ниже легко увидеть разницу и понять, как выглядит прибор.
Различия во внешнем виде и размере.
Из чего состоит
Путем намотки проволоки на керамический или прессованный порошковый каркас создается проволочный прибор. При этом сама проволока должна быть изготовлена из нихрома, константана или манганина. Это создаст полупроводник связи с большим удельным сопротивлением в цепи.
Непроволочные детали изготавливаются на основе диэлектрика из проводящих пленок и смесей. Они делятся на тонкослойные и композиционные, но все они обладают возвышенной точностью и стабильностью в работе цепи.
Компоненты регулировки и подстройки представляют собой кольцевую резистивную пластину, по которой перемещается ползунок в цепи. Он скользит по кругу, изменяя расстояние точек на слое, в результате сопротивление в цепи меняется. Вам нужно понять, что он делает для устройства.
Для чего применяется в цепи
Для чего нужен? С помощью этой детали в электрической цепи можно ограничить количество проводимого тока, в результате правильно подобранной детали легко получить требуемый параметр. Чем выше сопротивление, тем ниже выходной ток, пока напряжение в цепи стабильно.
Работа такой детали понятна, их можно использовать как преобразователь в цепи напряжения в ток и обратно, в измерительных приборах они служат для деления напряжения, а также они могут уменьшить или полностью устранить радиопомехи.
Обозначение на схемах
В России и Европе сопротивление на схеме обозначается прямоугольником размером 4*10 мм. Для определения показателей сопротивления имеются символы. Постоянная деталь на схеме обозначается следующим образом:
Регулируемые, в том числе подстроечные, а также нелинейные модули — следующим образом:
ВАЖНО! В заявленном производителем данном сопротивлении всегда есть погрешность, она обозначается буквами и цифрами в виде процентов.
Номиналы
Существуют стандартные показатели сопротивления данных компонентов, называемые «номинальным рядом». Подход к созданию этого ряда основан на следующем соображении: шаг между ними должен перекрывать допустимое отклонение (погрешность). Пример: если оно равно 100 Ом, а допустимое отклонение равно 10 %, следующее в ряду будет равно 120 Ом. Этот шаг позволяет избежать лишних параметров, так как соседние номиналы вместе с разбросом погрешности перекрывают практически весь диапазон показателей между ними.
Выпускаемые детали объединяют в серии, отличающиеся разрешениями. Каждая серия содержит свой номинальный ряд.
Различия между сериями (допустимые отклонения):
- Е 6 — 20%;
- Е 12 — 10%;
- Е 24 — 5% (иногда 2%);
- Е 48 — 2%;
- Е 96 — 1%;
- Е 192 — 0,5% (иногда 0,25%, 0,1% и меньше).
Наиболее широко используемая серия E 24 включает 24 показателя сопротивления.
Маркировка сопротивления
Возьмем типичный пример устройства 1k0, отмеченного четырьмя цветовыми кольцами. Обозначение сопротивления всегда кодируется в омах.
Слева направо: коричневый (1), черный (0), красный (множитель *100), серебристый (допускается 10%).
Считаем: 10*100=1000 Ом. = 1 кОм.
Универсальная таблица цветовых обозначений конденсаторов, индуктивностей.
Цвет кольца или точки | Первая цифра | Вторая цифра | Множитель | Отклонение, % | |
Черный | — | 0 | *1 | 1 | — |
Коричневый | 1 | 1 | *10 | 10 | 1% |
Красный | 2 | 2 | *100 | 102 | 2% |
Оранжевый | 3 | 3 | *1000 | 103 | — |
Желтый | 4 | 4 | *10 000 | 104 | — |
Зеленый | 5 | 5 | *100 000 | 105 | 0,5% |
Синий | 6 | 6 | *1 000 000 | 106 | 0,25% |
Фиолетовый | 7 | 7 | *10 000 000 | 107 | 0,1% |
Серый | 8 | 8 | *100 000 000 | 108 | 0,05% |
Белый | 9 | 9 | *1 000 000 000 | 109 | — |
Золотой | — | — | *0,1 | 10-1 | 5% |
Серебряный | — | — | *0,01 | 10-2 | 10% |
Классификация
Они отличаются не только возможностью регулировки сопротивления. Они могут быть изготовлены из разных материалов, включать разное количество контактов и другие особенности.
По виду материала
Могут быть проволочными, непроволочными или металлофольговыми. Высокоомная проволока является признаком проволочной части, для ее изготовления применяются такие сплавы, как нихром, константан или никелин. Пленки с более повышенным удельным сопротивлением являются основой для непроволочных. В металлофольговых применяется специальная фольга. Теперь посмотрим, из чего они состоят.
Непроволочные делятся на тонкослойные и композиционные, толщина первых измеряется в нанометрах, а вторых — в долях миллиметра. Тонкослойные делятся на:
- металлоокисные;
- металлизированные;
- бороуглеродистые;
- металлодиэлектрические;
- углеродистые.
Композиционные, в свою очередь, делятся на объемные и пленочные. Последние могут быть с органическим или неорганическим диэлектриком. Чтобы понять, содержит ли он полярность, нужно знать, стороны его идентичны или пропорциональны?
По назначению сопротивления
Постоянные и регулируемые полупроводники также включают в себя некоторые различия в своих характеристиках. Постоянные делятся на проводники общего и специального назначения. Последние могут быть:
- высокочастотными;
- высоковольтными;
- высокомегаомными;
- прецизионными.
Эти детали необходимы в точных измерительных приборах, они отличаются особой стабильностью.
Регулируемые можно разделить на регулировочные и подстроечные. Первые могут быть с линейной или нелинейной функциональной характеристикой.
По количеству контактов
В зависимости от назначения он может содержать один, два и более контактов. Сами контакты тоже различаются, например у SMD деталей — это контактная площадка, у проволочных — это особый состав проволоки. Есть металлопленочные детали, с квантовыми точечными контактами, а в регулируемых они подвижные.
Другие
Они различаются формой и способом сопротивления, а также характером зависимости величины сопротивления от напряжения. Описание зависимости величины может быть линейным или нелинейным. Использование компонента простое, емкость указана на корпусе, минус и плюс не отличаются.
Они могут быть защищены от влаги или нет, корпус может быть герметичным, вакуумным, лакированным, впрессованным в пластик или компаундированным. Нелинейные подразделяются на:
- варисторы;
- магниторезисторы;
- фоторезисторы;
- позисторы;
- тензорезисторы;
- терморезисторы.
Все они выполняют свою специфическую функцию: одни изменяют сопротивление в зависимости от температуры, другие — в зависимости от напряжения, третьи — в зависимости от лучистой энергии.
Материалы, из которых изготавливаются
В мире можно найти конструкции из самых разных материалов, у каждого из которых есть свои свойства и специфика применения. Большинство инженеров-электронщиков могут выбрать следующие разновидности.
Проволочные
С проволочной обмоткой изготавливаются путем спиральной намотки провода с завышенным сопротивлением вокруг непроводящего сердечника. Они обычно нужны, когда требуется большие точность или мощность. Сердечник обычно изготавливается из керамики или стекловолокна, а способная к сопротивлению проволока — из никель-хромового сплава, что не подходит для приложений с частотами выше 50 кГц. К преимуществам проволочных резисторов относятся низкий уровень шума и устойчивость к температурным колебаниям. Они выпускаются с параметрами сопротивления от 0,1 до 100 кОм и точностью от 0,1% до 20%.
Металлопленочные
Для металлопленочных обычно используют нитрид нихрома или нитрид тантала. Способный к сопротивлению материал обычно представляет собой комбинацию керамического материала и металла. Показатель сопротивления изменяется путем вырезания на пленке спиралевидного рисунка, подобного углеродной пленке, с помощью лазера или абразива. Металлопленочные резисторы, как правило, менее стабильны при изменении температуры, чем резисторы с проволочной обмоткой, но лучше справляются с более повышенными частотами.
Металлооксидные пленочные
В металлооксидных резисторах содержатся оксиды металлов, такие как оксид олова, из-за чего они немного отличаются от металлопленочных резисторов. Они надежны и стабильны и работают при более больших температурах, чем металлопленочные резисторы. По этой причине металлооксидные пленочные резисторы применяются в приложениях, требующих огромной износостойкости.
Фольговые резисторы
Разработанный в 1960-х годах, фольговый резистор до сих пор является одним из самых точных и стабильных резисторов, которые вы найдете, и применяются в приложениях с большими требованиями к точности. Сопротивляющаяся оставляющая представляет собой тонкую объемную металлическую фольгу, наклеенную на керамическую подложку. Фольговые резисторы обладают очень низким температурным коэффициено сопротивления (ТКС).
Углеродные композиционные резисторы
До 1960-х годов резисторы из углерода были стандартом для большинства приложений. Они надежны, но не очень точны (их погрешность не может быть лучше, чем около 5%). Для такой составляющей углеродных резисторов нужна смесь мелких частиц углерода и непроводящего керамического материала. Вещество формуют в цилиндр и запекают. Величина сопротивления определяется размерами корпуса и соотношением углерода и керамики. Использование большего количества углерода в процессе означает меньшее сопротивление. Резисторы из углерода по-прежнему полезны для определенных приложений из-за их способности выдерживать возвышенные импульсы, хорошим примером применения может быть источник питания.
Углеродные пленочные резисторы
Углеродные пленочные резисторы представляют собой тонкую углеродную пленку (разрезанную по спирали для увеличения пути) на изолирующем цилиндрическом сердечнике. Такая конструкция позволяет получить более точный показатель сопротивления, а также увеличивает его сопротивление. Резисторы из углеродной пленки намного более точны, чем углеродные композиционные. В приложениях, требующих стабильности на возвышенных частотах, нужны специальные резисторы из углеродной пленки.
Ключевые показатели эффективности (KPI)
Ключевые показатели эффективности резисторов для каждого материала можно найти ниже:
Ключевые показатели эффективности резисторов по материаламОсобенность Металлопленочные резисторы Толстопленочные резисторы Тонкопленочные резисторы Углеродные композиционные резисторы Углеродные пленочные резисторы
Диапазон рабочих температур, °С | -55… +125 | -55… +130 | -55… +155 | -40… +105 | -55… +155 |
Максимальный температурный коэффициент сопротивления | 100 | 100 | 15 | 1200 | 250-1000 |
Максимальное напряжение, В | 250-350 | 250 | 200 | 350-500 | 350-500 |
Шум, мкВ на 1 В приложенного постоянного напряжения | 0,5 | 0,1 | 0,1 | 4 | 5 |
Сопротивление изоляции, кОм | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 |
Изменение сопротивления при пайке, % | 0,20 | 0,15 | 0,02 | 2 | 0,50 |
Изменение сопротивления при воздействии повышенных температур и влажности, % | 0,50 | 1 | 0,50 | 15 | 3,5 |
Изменение сопротивления при длительном хранении, % | 0,10 | 0,10 | 0,00 | 5 | 2 |
Изменение сопротивления при работе в течение 2000 часов при 70°С, % | 1 | 1 | 0,03 | 10 | 4 |
Виды резисторов
Резистор — инертная (пассивная) часть цепи, сопротивление которой может быть постоянным или постепенные. Это зависит от конструкции. Он эксплуатируется для регулирования тока и напряжения в цепях, рассеивания мощности и других ограничений. Дословный перевод английского — сопротивляться.
Резисторы можно классифицировать по следующим признакам:
- назначение;
- вариант изменения сопротивления;
- материал изготовления;
- вид проводника;
- ВАХ — вольт-амперная характеристика;
- способ установки.
Устройства делятся на составляющие общего и специального назначения. Специальные детали содержат более возвышенные требования к прочности, частоте, рабочему напряжению или точности.
По способу изменения сопротивления они делятся на постоянные и постепенные. Такие резисторы конструктивно отличаются не только от частей с постоянным сопротивлением, но и между собой. Они разные по конструкции — есть подстроечные и регулировочные.
Регулировочные части данного вида рассчитаны на частое изменение сопротивления. Это часть схемы работы устройства.
Подстроечный способ предназначен для подстройки и регулировки схемы во время первоначального запуска. После этого изменение положения регулятора не производится.
При изготовлении способных к сопротивлению тел (рабочей поверхности) эксплуатируются такие материалы, как:
- графитовые смеси;
- ленты из металлизированной пленки (окисные);
- проволока;
- композиционные компоненты.
Особое место в этом ряду занимают интегральные составляющие. Это резисторы, выполненные в виде p-n перехода, представляющего собой зигзагообразный канал, встроенный в кристалл микросхемы.
Внимание! Для интегральных всегда характерна более завышенная нелинейность их ВАХ. Поэтому их применяют там, где использование других невозможно.
По вольт-амперной характеристике рассматриваемые детали разделяются на линейные и нелинейные. Особенность нелинейности заключается в том, что компонент изменяет свое сопротивление в зависимости от следующих характеристик:
- напряжения (варисторы);
- температуры (терморезисторы);
- уровня магнитного поля (магниторезисторы);
- параметры освещения (фоторезисторы);
- коэффициента деформации (тензорезисторы).
Нелинейность ВАХ расширила возможности их применения.
Способ монтажа может быть:
- печатный;
- навесной;
- интегрированный.
В печатном монтаже выводы детали вставляются в отверстие на плате, после чего припаиваются к контактной дорожке панели. Этот метод установки автоматизирован, а пайка осуществляется путем погружения контактных площадок в ванну с припоем.
Сборка, по большей части, ручная. Выводы соединяемых деталей сначала скручиваются, а затем припаиваются для улучшения контакта. Сама пайка не рассчитана на механическое воздействие.
Интегрированная установка осуществляется в процессе изготовления микросхемы.
Постоянные резисторы
Постоянные резисторы выглядят так:
Слева мы видим большой зеленый резистор, рассеивающий большую мощность. Справа крошечный резистор SMD, который рассеивает очень мало энергии, но все же хорошо выполняет свою работу.
Вот так выглядит постоянный резистор в электрических цепях:
Наше отечественное изображение сопротивления представляется в виде прямоугольника (слева), а зарубежный (справа), или, как говорят, буржуйский, вариант применяется на зарубежных радиосхемах.
Вот как обозначается мощность в советских резисторах:
Кроме того, мощность обозначается римскими цифрами. V — 5 ватт, Х — 10 ватт, L — 50 ватт и т.д.
Какие еще разновидности резисторов существуют? Давайте посмотрим самые распространенные:
стекловидный кабель (20 ватт), с монтажными лепестками (20 ватт), в стекловидной эмали (30 ватт), с монтажными лепестками (5 и 20 ватт):
керамические на 1, 3 и 5 Вт; с кондуктивным теплообменом на 5,10,25, 50 Вт
2, 1, 0,5, 0,25, 0,125 Вт углеродной структуры: резисторы SMD типоразмеров 2010, 1206, 0805, 0603, 0402; резисторная сборка SMD, 6, 8 10-выводные резисторные сборки для сквозного монтажа, резистор в корпусе DIP:
Регулируемые резисторы
Данные резисторы выглядят так:
На схемах обозначаются следующим образом:
Соответственно отечественная и зарубежная версия.
А вот их расположение выводов (цоколевка):
Резистор, контролирующий напряжение, называется потенциометром, а резистор, контролирующий ток, называется реостатом. Это принцип делителя напряжения и делителя тока соответственно. Отличие потенциометра от реостата в схеме подключения самого резистора. В схеме с реостатом на постепенном резисторе соединены средний и крайний выводы.
Регулируемые резисторы, у которых сопротивление можно изменить только отверткой или шестигранным ключом, называют подстроечными резисторами. Включают специальные пазы для регулировки сопротивления (отмечены красной рамкой):
А так обозначаются подстроечные резисторы и схемы их включения в режиме реостата и потенциометра.
Термисторы
Термисторы представляют собой резисторы на основе полупроводниковых материалов. Их сопротивление во многом зависит от температуры окружающей среды. Есть такой важный параметр термисторов, как ТКС — тепловой коэффициент сопротивления. Вообще говоря, этот коэффициент показывает, как изменится сопротивление термистора при изменении температуры окружающей среды.
Этот коэффициент может быть отрицательным или положительным. Если он отрицательный, этот термистор называется термистором, а если он положительный, этот термистор называется позистором. У термисторов при повышении температуры окружающей среды сопротивление уменьшается. В позисторах с повышением температуры окружающей среды сопротивление также увеличивается.
Поскольку термисторы содержат отрицательный коэффициент (NTC — Negative Temperature Coefficient), а позисторы — положительный коэффициент (RTS — Positive Temperature Coefficient), то на схемах они будут обозначаться соответствующим образом.
Варисторы
Также существует особый класс резисторов, резко меняющих свое сопротивление при увеличении напряжения, — это варисторы.
Это свойство варисторов нужно для защиты от скачков напряжения в цепи, а также от импульсных перенапряжений. Допустим, у нас «подскочило» напряжение. Варистор сразу резко уменьшил сопротивление. Так как сопротивление варистора стало очень малым, через него сразу же начнет протекать весь электрический ток, тем самым предохранив основную цепь электронного устройства. В этом случае варистор забирает всю мощность от импульса и очень часто расплачивается за это жизнью, после чего сгорает намертво.
На схемах варисторы обозначаются так:
Фоторезисторы
Фоторезисторы также очень популярны. Они меняют свое сопротивление, если вы направите на них свет. Для этих целей можно использовать как солнечный, так и искусственный свет, например, от фонарика.
На схемах они обозначаются следующим образом:
Тензорезисторы
Принцип их работы основан на растяжении тонких печатных проводников. Когда они растягиваются, они становятся еще тоньше. Это как вытягивать жвачку. Чем больше вы ее растягиваете, тем тоньше она становится. А как известно, чем тоньше проводник, тем выше у него сопротивление.
На схемах тензорезистор выглядит так:
Как вы уже догадались, тензорезисторы используются в электронных весах, а также в различных датчиках, где применяется какое-либо давление или сила.
Принцип работы резистора простым языком
Все электронные устройства состоят из радиодеталей, которые делятся на два основных вида: активные и пассивные.
Активные усиливают электрические сигналы. Слабый входной сигнал приводит к сильному выходному сигналу. В этом случае коэффициент усиления больше единицы.
Резистор относится к варианту пассивных деталей, в которых коэффициент меньше единицы.
В советское время резисторы называли сопротивлениями. Сегодня эти детали называются резисторами. Это сделано потому, что у всех деталей, используемых в электронике, есть сопротивление. Во избежание путаницы активные сопротивления называются резисторами.
У всех проводников есть сопротивление, которое считается вредным, так как приводит к нагреву компонента, по которому протекает ток. Кроме того, теряется электрическая мощность. Сопротивление резистора полезно. Он нагревается и отдает тепло. По этому принципу работают печи и лампы, используемые в быту.
Принцип работы постепенного резистора
Поворот ручки изменяет длину резистора и, как следствие, силу тока. На рисунке изображен резистор с тремя выводами — потенциометр. Сопротивление между концами 1 и 3 изменяется от 0 до максимума, в зависимости от положения ручки. Та же картина между концами 2 и 3, но наоборот. То есть если сопротивление 1 — 3 увеличивается, то 2 — 3 уменьшается. Когда потенциометр (резистор) содержит два конца, мы получаем реостат.
На рисунке показан поворотный резистор. Также есть ползунковые, где движок передвигается по прямой. При повороте ручки сопротивление изменяется от нуля до максимума. Потенциометры широко используются в аудиотехнике.
Потенциометры встроены в цилиндрические и параллелепипедные корпуса. Внутри корпуса находится деталь в форме подковы. По оси детали выходит металлическая ручка, за счет вращения которой изменяется положение токосъемника, расположенного на противоположном конце.
Пластина токосъемника плотно прижимается к компоненту за счет силы упругости. Изготавливается из стали или бронзы. На концы потенциометра подается напряжение. За счет вращения ручки токосъемник скользит по сопротивляемому, изменяя напряжение между крайним и средним концами.
На рисунке показан потенциометр с проволочной обмоткой, сопротивляемый слой которого выполнен из проволоки. Высокопрочная проволока намотана на подковообразный каркас. Затем контактная поверхность кольца шлифуется и полируется для обеспечения надежности соединения ползунка с токопроводящим слоем.
Также производятся непроволочные потенциометры. В них данный слой наносится на кольцевую или прямоугольную основу из изоляционного материала.
Принцип работы подстроечного резистора
После сборки частей электронного устройства его характеристики обычно отличаются от номинальных. Подстроечные резисторы используются для настройки характеристик устройства. В принципе, это те же переменные резисторы, но выделенные в отдельную группу, потому что они конструктивно отличаются от переменных резисторов. У них нет ручек. Вместо них — отверстия под шлицевую или прямую отвертку.
В процессе работы устройства через некоторое время изменяются его параметры. Для приведения их к номинальному показателю применяют подстроечные резисторы.
В зависимости от движения выключателя различают подстроечные резисторы с перемещением по прямой и с перемещением по кругу.
Для точной настройки параметров электронного устройства применяют подстроечные резисторы с большим числом оборотов. В них изменение сопротивления от минимального до максимального осуществляется за несколько оборотов или даже десятков оборотов подстроечного вала. В этих резисторах движение контактов производится с помощью червячной передачи.
Принцип работы резистора печки автомобиля
Обычная вазовская печка включает четыре скорости. Как видно на рисунке, скорость вращения двигателя печки зависит от резисторов. Переключатель сопротивления является переключателем скорости отопителя. Чтобы воздух, поступающий в салон от печки, нагревался, двигатель надо прогревать. Водители часто включают печку для охлаждения двигателя в случае перегрева.
Если нет необходимости прогревать салон автомобиля перед поездкой (в жаркую погоду), воздух нагнетается прямо в салон, минуя радиатор печки, через фильтр отопителя. Для этого есть специальная заслонка, которую водитель переключает из салона.
Зная схему, как подключен резистор печки, вы легко сможете заменить этот резистор, если он выйдет из строя. Можно сделать это самому, посмотрев видео, и не платить большие деньги за автосервис.
Параметры резисторного элемента
Сопротивление тока: формула
При нанесении графического обозначения резисторного элемента на схемы на нем указывают некоторые его параметры.
К основным параметрам и характеристикам относятся:
- номинальное сопротивление;
- температурный коэффициент;
- максимальная рассеиваемая мощность;
- допустимое рабочее напряжение;
- коэффициент шума;
- относительное отклонение от номинального значения;
- устойчивость элемента к повышенным температурам и влажности.
На чертежах и схемах резистор обозначается буквой R с нанесением его порядкового номера.
Расчет резисторов
Для выбора и установки элементов в схему необходимо предварительно рассчитать номинал и мощность компонентов.
Формула для расчета сопротивления и мощности
Внутреннее сопротивление — формула
По закону Ома для участка цепи для расчета сопротивления резистора формула выглядит следующим образом:
Р = U/I,
где:
- U — напряжение на выводах элемента, В;
- I — сила тока на участке цепи, А.
Эта формула применима для постоянного тока. В случае расчетов для переменного тока учитывается полное сопротивление цепи Rz.
ВАЖНО! Структура схем не ограничивается установкой только одного резистора. Обычно их много, они соединены друг с другом параллельно и последовательно. Для нахождения общего показателя используются отдельные методы и формулы.
Последовательное соединение
При таком соединении «выход» одного элемента соединяется со «входом» другого, они идут последовательно друг за другом. Как рассчитать сопротивление в этом случае? Можно воспользоваться электронным калькулятором, можно применить формулу.
Итоговый параметр будет суммой сопротивлений компонентов, включенных в последовательное соединение:
R123 = R1+R2+R3.
На каждом из них будет одинаковое падение напряжения: U1, U2, U3.
Параллельное соединение
При выполнении этого соединения одноименные выводы соединяются попарно, формула выглядит так:
R = (R1 x R2)/(R1 + R2).
В общем случае значение R бывает меньше наименьшего из всех значений связанных элементов.
Информация. На практике используется параллельное или последовательное соединение, когда нет детали с нужным номинальным значением. Элементы для таких случаев подбираются одной мощности и одного вида, чтобы не получить слабое звено.
Смешанное соединение
Можно рассчитать общее сопротивление смешанных соединений, применяя объединяющее правило. Сначала выбираются все параллельные и последовательные соединения и строятся эквивалентные схемы замещения. Начинают их считать по формулам для каждого случая. Из получившейся более простой схемы последовательное и параллельное звено снова выделяются, и расчеты выполняются снова. Это делают это до тех пор, пока не получат самое элементарное соединение или один эквивалентный элемент. Расчетный результат будет искомым.
Мощность
Просто посмотреть на значение резистора недостаточно, чтобы применить деталь. Необходимо выяснить, на какую мощность должен быть рассчитан элемент. В противном случае он перегреется и выйдет из строя. Мощные детали для поверхностного монтажа лучше устанавливать на радиатор.
Расчет мощности резистора осуществляется по формуле:
Р = I² * R = U² / R,
где:
- Р — мощность, Вт;
- I — ток, А;
- U — напряжение, В;
- R — сопротивление, Ом.
После определения мощности резисторов по формуле подбирают комплектующие по графическому обозначению на схемах.
Свойства в теории и практике
Основное свойство этой радиодетали — сопротивление. Измеряется в омах (Ом).
Сначала проанализируем понятие активного сопротивления. Оно так называется потому, что оно есть у всех материалов (даже у сверхпроводников, пусть даже 0,00001 Ом). И именно оно является основным для резисторов.
Что говорит теория
Теоретически резистор обладает постоянным сопротивлением, не зависящим от внешних условий (температуры, давления, напряжения и т.д.).
График зависимости тока от напряжения представляет собой прямую линию.
В идеальных и математических условиях резистор содержат только активное сопротивление. Бывают нелинейные и линейные резисторы.
Что на самом деле
На самом деле все резисторы обладают непрямолинейной зависимостью тока от напряжения. То есть его сопротивление зависит еще и от внешних условий, в частности от температуры.
Конечно, эта зависимость не такая, как у полупроводников, но она существует. И самое главное, у этой радиодетали есть емкость и индуктивность. Помимо активного сопротивления, есть еще и реактивное сопротивление.
ВАЖНО! Реактивное сопротивление отличается от активного сопротивления тем, что электрический ток проходит по-разному на разных частотах.
Например, для постоянного тока сопротивление составляет 200 Ом, а при больших показателях индуктивности на частотах выше 2 кГц сопротивление будет уже 250 Ом.
Вот почему резисторы изготавливаются из разных материалов. Есть керамические, углеродные, проволочные, и у них разные разрешения и погрешности. Деталь SMD включает в себя меньшую емкость и индуктивность, чем DIP.
Существуют также специальные типы резисторов с более выраженной нелинейной вольт-амперной характеристикой. Если для обычных резисторов вольтамперный график почти линейный, то у этого типа деталей он похож на лавину.
Их сопротивление сильно зависит от внешних условий, не как у обычных:
- терморезистор. Увеличивает или уменьшает сопротивление из-за влияния температуры;
- варистор. Он изменяет свои свойства в зависимости от приложенного напряжения;
- фоторезистор. Сопротивление уменьшается, если на него действует свет;
- тензорезистор. При деформации (сжатии, механических воздействиях) изменяется его сопротивление.
Также еще одной характеристикой активного сопротивления является выделение тепла при прохождении электрического тока. Когда электрический ток протекает в замкнутой цепи, электроны сталкиваются с атомами. И так выделяется тепло. Тепло измеряется мощностью. Она рассчитывается по напряжению и току.
Популярной функцией резисторов является снижение напряжения и ограничение тока. Например, если через резистор проходит ток 0,25 А и на нем падение напряжения 1 В, то мощность, которая будет рассеиваться на нем, равна 0,25 Вт.
Поэтому некоторые детали изменяют свое сопротивление, даже если они на это не рассчитаны. Это свойства материала. А если резистор из проволоки, то при нагреве она расширяется и ее проводимость ухудшается. Поэтому детали содержат разрешение, которое измеряется в процентах.
И из-за этого есть резисторы с разной мощностью рассеивания. Резистор 0.125Вт вместо 1Вт ставить нельзя. Он начнет греться,трещать,чернеть, а потом сгорит, потому что он не рассчитан на такую мощность.
В чем измеряется сопротивление резистора
Чтобы ответить на вопрос, в чем измеряется сопротивление резистора, нужно обратиться к наукам стандартизации и измерения. Общепринятая международная схема цветового кодирования резисторов была разработана много лет назад как простой и быстрый способ определения омического сопротивления резистора, независимо от его размера или состояния. Он состоит из набора отдельных цветных колец или полос в спектральном порядке, которые представляют каждую цифру значения сопротивления. Сила сопротивления определяет качество резистора.
Цветовой код резистора всегда считывается по одной полосе, начиная слева направо, причем самая широкая полоса отклонения обращена вправо. Путем сопоставления цвета первой полосы с соответствующим числом в столбце цифр идентифицируется таблица цветов под первой цифрой, которая представляет собой первую цифру значения сопротивления.
Опять же, сопоставляя цвет второй полосы с соответствующим номером в столбце цифр таблицы цветов, мы получаем вторую цифру номинала резистора и так далее. Цветовой код резистора читается слева направо, как показано ниже.
Это система маркировки. Резисторы бывают разных размеров и значений сопротивления, и для правильного расчета существуют расчетные формулы. Резисторы изготавливаются по определенной стандартной сетке, подходящей для большинства целей. Чтобы не быть голословными, нужно приложить таблицу цветов.
Вместо последовательных значений сопротивления 1 Ом (базовая единица измерения) и выше существуют определенные значения резисторов в определенных пределах отклонения. Оно представляет собой максимальную разницу между его фактическим значением и требуемым значением и обычно выражается как положительное или отрицательное значение в процентах. Например, резистор с отклонением 1 кОм ± 20 % может обладать максимальным и минимальным значением сопротивления.
Максимальное значение сопротивления:
- 1 кОм или 1000 Ом + 20% = 1200 Ом
Минимальное значение сопротивления:
- 1кОм или 1000 Ом — 20% = 800 Ом
От чего зависит сопротивление резистора
Температура и последовательность включения являются двумя основными факторами, определяющими сопротивление в цепи. Но помимо этих показателей существуют разрешения. Как их измерить? В большинстве электрических или электронных схем большой пропуском в 20% для одного и того же резистора обычно не является проблемой, но если для высокоточных схем, таких как фильтры, генераторы или усилители и т. д., требуются резисторы с малым пропуском, то необходимо использовать резистор с правильным пропуском. Поскольку резистор с пропуском 20 % обычно нельзя использовать для замены резистора с пропуском 2 % или даже 1%.
Пяти- и шестиполосный цветовой код резистора чаще всего ассоциируется с высокоточными пленочными типами 1% и 2%, в то время как садовые разновидности 5% и 10% обычно используют четырехполосный цветовой код резистора. Резисторы бывают разных отклонений, но наиболее распространены Е12 и Е24.
У серии E12 есть двенадцать номиналов резисторов за десятилетие
(десятилетие представляет собой число, кратное 10, т. е. 10, 100, 1000 и т. д.), в то время как серия E24 включает двадцать четыре номинала на декаду, а серия E96 — 96 значений за декаду. Серия E192 очень высокой точности теперь доступна до ±0,1%, обеспечивая 192 отдельных значения сопротивления за декаду.
Как зависит от температуры
Чем выше температура, тем выше сопротивление. Это связано с оживленной скоростью движения атомов внутри твердого тела. Обратным явлением является сверхпроводимость при низких температурах. Опять же, не забывайте о погрешности.
От других параметров
Если резистор включить в сложную схему с множеством устройств преобразования, защиты, и сжатия, то он будет иметь сопротивление, отличное от стандартного, так как часть напряжения все равно будет проходить через него в несжатом виде, что не позволит ему корректно работать. Чтобы точнее узнать удельный ток и сопротивление, полученный в расчетах показатель необходимо уменьшить или увеличить на заданную величину.
Как найти сопротивление резистора в цепи
Система цветового кодирования резисторов хороша, но нам нужно понять, как ее применять, чтобы получить правильное значение резистора. «Левая» или наиболее значимая цветная полоса — это полоса, ближайшая к соединительному выводу, полосы с цветовой кодировкой читаются слева направо следующим образом:
Цифра, цифра, множитель = цвет, цвет x 10 цветов в омах (Ом).
Например, резистор имеет следующие схемы маркировки;
Желтый Фиолетовый Красный = 4 7 2 = 4 7 x 10 2 = 4700 Ом или 4 кОм.
Типичные допустимые значений для пленочных резисторов составляют от 1% до 10%, а для углеродных резисторов — до 20%. Резисторы со значением ниже 2% называются прецизионными резисторами, а резисторы с меньшими стоят дороже. Само напряжение играет небольшую роль.
Большинство пятиполосных резисторов являются прецизионными резисторами с отклонениями 1% или 2%, в то время как большинство четырехполосных резисторов имеют 5%, 10% и 20%. Цветовой код, используемый для обозначения номинального разрешения резистора:
Коричневый = 1%, красный = 2%, золотой = 5%, серебристый = 10%
При параллельном соединении
Как найти сопротивление при параллельном соединении? По формуле:
1/Rобщ = (1/R1) + (1/R2) +… + (1/Rn).
При последовательном соединении
Общее сопротивление цепи при последовательном соединении в электрической цепи равно сумме сопротивлений отдельных проводников (или отдельных участков цепи): R = R 1 + R 2.
Могут ли быть погрешности и какие
Если резистор не имеет четвертой полосы отклонения, оно по умолчанию будет равен 20 %. Остальной ток рассеется.
ВАЖНО! Иногда легче запомнить цветовой код резистора, используя короткие, легко запоминающиеся предложения в виде выражений, рифм и фраз, называемых акростихами, в которых есть одно слово в предложении для обозначения каждого из десяти + двух цветов.
Полученная мнемоника сопоставляет первую букву каждого слова с каждым цветом, формирующим цветовой код резистора, в порядке возрастания величины, и можно использовать множество различных мнемонических фраз. Однако эти высказывания часто очень грубы, но эффективны для запоминания цветов резисторов и все же помогают в определении сопротивления.
Таблица погрешностей для более точного определения сопротивления
Коды для резисторов (±) |
В = 0,1% |
С = 0,25% |
D = 0,5% |
F = 1% |
G =2% |
J = 5% |
К = 10% |
М = 20% |
Кроме того, при чтении этих письменных кодов будьте осторожны, чтобы не перепутать букву сопротивления k для килограммов с буквой K для допуска 10% или букву сопротивления M для мОм с буквой M для допуска 20%.
Как использовать на практике
Существует множество различных типов резисторов, которые можно использовать как в электрических, так и в электронных схемах для управления током или для понижения напряжения различными способами. Но для этого реальный резистор должен иметь какое-то «сопротивляемое» значение. Резисторы доступны в диапазоне различных значений сопротивления, от долей ома (Ом) до миллионов ом.
Очевидно, что было бы нецелесообразно иметь в наличии резисторы всех возможных значений, таких как 1 Ом, 2 Ом, 3 Ом, 4 Ом и т. д., потому что тогда буквально должны быть десятки сотен тысяч, если не десятки миллионов различных резисторов для покрытия всех возможных значений. Вместо этого резисторы изготавливаются с так называемыми «предпочтительными параметрами», а их значения сопротивления печатаются на корпусе цветными чернилами.
Значение сопротивления, допуск и номинальная мощность обычно печатаются на корпусе резистора в виде цифр или букв, если корпус резистора достаточно велик, чтобы считать отпечаток, например, резисторы большой мощности. Но когда резистор небольшой, например угольный или пленочный мощностью 1/4 Вт, эти характеристики должны отображаться по-другому, так как отпечаток будет слишком мелким для чтения. Приложение завышенного напряжения нагреет краску и расплавит надпись.
Таким образом, чтобы преодолеть это, небольшие резисторы используют цветные полосы, чтобы указать как их значение сопротивления, так и их допуск, с физическим размером резистора, указывающим его номинальную мощность. Эти цветные полосы создают систему идентификации, широко известную как цветовой код резистора.
Фильтры и резисторы
Фильтры могут быть изготовлены с использованием резисторов и конденсаторов. Так называются RC-фильтры.
ВАЖНО! Эта пара может разделить сигнал на компоненты постоянные и переменные.
В качестве примера рассмотрим ФНЧ и ФВЧ.
В схеме ФНЧ на конденсатор С1 поступают высокочастотные токи. Его сопротивление для них намного меньше, чем у нагрузки. Он шунтирует нагрузку. Следовательно, можно получить низкую частоту, отделив от нее все завышенные составляющие.
В фильтре верхних частот происходит обратное. Через С1 свободно проходят повышенные частоты, а если в сигнале есть низкие частоты, то они пройдут через R1.
Эти фильтры бывают разных конструкций: П-образные, Г-образные и т.д. Резистор может конкурировать с индуктором или дросселем. У них меньше активное сопротивление, но больше реактивность. За счет этого уменьшаются потери активного сопротивления.
Чем отличается резистор от реостата, транзистора
Реостат представляет собой электрический прибор, который способен регулировать ток и напряжение в электрической цепи. В общем, это аналог переменного резистора. Он включает в себя токопроводящий элемент и регулятор сопротивления. Воздействовать на изменение индикатора можно плавно, а при желании можно и пошагово. В стандартизации реостатом называют переменные, подстроечные и регулировочные резисторы.
Транзистор — это устройство для управления электрическим током. По сути, он усиливает ток и может им управлять, а проводник регулирует сопротивление в сети. Внешне два элемента существенно отличаются друг от друга. Резистор имеет цилиндрическую форму и он цветной, а транзистор заключен в квадратный пластиковый или металлический корпус.
ВАЖНО! Резистор может работать с любым током, а транзистор может работать только с постоянным током.
Выводы: у проводников одинаковая функциональность, а у транзистора разная. Также транзистор является полярным элементом, а резистор — неполярным. По этой причине спутать два предмета можно только в том случае, если человек совершенно далек от электротехники и радиоэлектроники.
Резистор — необходимый элемент во всех микросхемах современных электроприборов. Обеспечивая сопротивление в цепи, полупроводник делит или снижает напряжение, благодаря чему различные устройства могут работать от сети. Сопротивление тока измеряется в омах, а правильный подбор полупроводника обеспечит длительную работу любого электроприбора. Вот мы и выяснили, что такое резистор и зачем он нужен, чем он отличается от реостата и транзистора и как обозначается его имя на схемах.