Из чего состоит и как выглядит резистор, предназначение в электрической цепи, принцип работы и маркировка

Что такое резистор и для чего он нужен?

Резисторы относятся к наиболее широко используемым в электронике элементам. Это название давно вышло из узких рамок терминологии радиолюбителей. И для каждого, кто хоть немного интересуется электроникой, термин не должен вызывать непонимание.

Что такое резистор

Наиболее простое определение выглядит так: резистор — это элемент электрической цепи, оказывающий сопротивление протекающему через него току. Название элемента происходит от латинского слова “resisto” — “сопротивляюсь”, радиолюбители эту деталь часто так и называют — сопротивление.

Рассмотрим, что такое резисторы, для чего нужны резисторы. Ответы на эти вопросы подразумевают знакомство с физическим смыслом основных понятий электротехники.

Для разъяснения принципа работы резистора можно использовать аналогию с водопроводными трубами. Если каким-либо образом затруднить протекание воды в трубе (например, уменьшив ее диаметр), произойдет повышение внутреннего давления. Убирая преграду, мы снижаем давление. В электротехнике этому давлению соответствует напряжение — затрудняя протекание электрического тока, мы повышаем напряжение в цепи, снижая сопротивление, понижаем и напряжение.

Изменяя диаметр трубы, можно менять скорость потока воды, в электрических цепях путем изменения сопротивления можно регулировать силу тока. Величина сопротивления обратно пропорциональна проводимости элемента.

Свойства резистивных элементов можно использовать в следующих целях:

  • преобразование силы тока в напряжение и наоборот;
  • ограничение протекающего тока с получением его заданной величины;
  • создание делителей напряжения (например, в измерительных приборах);
  • решение других специальных задач (например, уменьшение радиопомех).

Пояснить, что такое резистор и для чего он нужен, можно на следующем примере. Свечение знакомого всем светодиода происходит при малой силе тока, но его собственное сопротивление настолько мало, что если светодиод поместить в цепь напрямую, то даже при напряжении 5 В текущий через него ток превысит допустимые параметры детали. От такой нагрузки светодиод сразу выйдет из строя. Поэтому в схему включают резистор, назначение которого в данном случае — ограничение тока заданным значением.

Все резистивные элементы относятся к пассивным компонентам электрических цепей, в отличие от активных они не отдают энергию в систему, а лишь потребляют ее.

Разобравшись, что такое резисторы, необходимо рассмотреть их виды, обозначение и маркировку.

Виды резисторов

Виды резисторов можно разбить на следующие категории:

  1. Нерегулируемые (постоянные) — проволочные, композитные, пленочные, угольные и др.
  2. Регулируемые (переменные и подстроечные). Подстроечные резисторы предназначены для настройки электрических цепей. Элементы с переменным сопротивлением (потенциометры) применяются для регулировки уровней сигнала.

Отдельную группу представляют полупроводниковые резистивные элементы (терморезисторы, фоторезисторы, варисторы и пр.)

Характеристики резисторов определяются их назначением и задаются при изготовлении. Среди ключевых параметров:

  1. Номинальное сопротивление. Это главная характеристика элемента, измеряется в омах (Ом, кОм, МОм).
  2. Допустимое отклонение в процентах от указанного номинального сопротивления. Означает возможный разброс показателя, определяемый технологией изготовления.
  3. Рассеиваемая мощность — предельная мощность, которую резистор может рассеивать при долговременной нагрузке.
  4. Температурный коэффициент сопротивления — величина, показывающая относительное изменение сопротивления резистора при изменении температуры на 1°С.
  5. Предельное рабочее напряжение (электрическая прочность). Это максимальное напряжение, при котором деталь сохраняет заявленные параметры.
  6. Шумовая характеристика — степень вносимых резистором искажений в сигнал.
  7. Влагостойкость и термостойкость — максимальные значения влажности и температуры, превышение которых может привести к выходу детали из строя.
  8. Коэффициент напряжения. Величина, учитывающая зависимость сопротивления от приложенного напряжения.

Применение резисторов в области сверхвысоких частот придает важность дополнительным характеристикам: паразитной емкости и индуктивности.

Полупроводниковые резисторы

Это полупроводниковые приборы с двумя выводами, обладающие зависимостью электрического сопротивления от параметров среды — температуры, освещенности, напряжения и др. Для изготовления таких деталей используют полупроводниковые материалы, легированные примесями, тип которых определяет зависимость проводимости от внешнего воздействия.

Существуют следующие типы полупроводниковых резистивных элементов:

  1. Линейный резистор. Изготовленный из слаболегированного материала, этот элемент имеет малую зависимость сопротивления от внешнего воздействия в широком диапазоне напряжений и токов, чаще всего он применяется в производстве интегральных микросхем.
  2. Варистор — элемент, сопротивление которого зависит от напряженности электрического поля. Такое свойство варистора определяет сферу его применения: для стабилизации и регулирования электрических параметров устройств, для защиты от перенапряжения, в других целях.
  3. Терморезистор. Эта разновидность нелинейных резистивных элементов обладает способностью изменять свое сопротивление в зависимости от температуры. Существует два типа терморезисторов: термистор, сопротивление которого падает с ростом температуры, и позистор, чье сопротивление растет вместе с температурой. Терморезисторы применяются там, где важен постоянный контроль над температурным процессом.
  4. Фоторезистор. Сопротивление этого прибора меняется под воздействием светового потока и не зависит от приложенного напряжения. При изготовлении используется свинец и кадмий, в ряде стран это послужило поводом для отказа от применения этих деталей по экологическим соображениям. Сегодня фоторезисторы уступают по востребованности фотодиодам и фототранзисторам, применяемым в аналогичных узлах.
  5. Тензорезистор. Этот элемент устроен так, что способен менять свое сопротивление в зависимости от внешнего механического воздействия (деформации). Используется в узлах, преобразующих механическое воздействие в электрические сигналы.

Такие полупроводниковые элементы, как линейные резисторы и варисторы, характеризуются слабой степенью зависимости от внешних факторов. Для тензорезисторов, терморезисторов и фоторезисторов зависимость характеристик от воздействия является сильной.

Полупроводниковые резисторы на схеме обозначаются интуитивно понятными символами.

Резистор в цепи

На российских схемах элементы с постоянным сопротивлением принято обозначать в виде белого прямоугольника, иногда с буквой R над ним. На зарубежных схемах можно встретить обозначение резистора в виде значка “зигзаг” с аналогичной буквой R сверху. Если для работы прибора важен какой-либо параметр детали, на схеме принято его указывать.

Мощность может обозначаться полосками на прямоугольнике:

  • 2 Вт — 2 вертикальные черты;
  • 1 Вт — 1 вертикальная черта;
  • 0,5 Вт — 1 продольная линия;
  • 0,25 Вт — одна косая линия;
  • 0,125 Вт — две косые линии.

Допустимо указание мощности на схеме римскими цифрами.

Обозначение переменных резисторов отличается наличием дополнительной над прямоугольником линии со стрелкой, символизирующей возможность регулировки, цифрами может быть указана нумерация выводов.

Полупроводниковые резисторы обозначаются тем же белым прямоугольником, но перечеркнутым косой линией (кроме фоторезисторов) с буквенным указанием типа управляющего воздействия (U — для варистора, P — для тензорезистора, t — для терморезистора). Фоторезистор обозначается прямоугольником в круге, к которому направлены две стрелки, символизирующие свет.

Параметры резистора не зависят от частоты протекающего тока, это означает, что данный элемент одинаково функционирует в цепях постоянного и переменного тока (как низкой, так и высокой частоты). Исключением являются проволочные резисторы, которым свойственна индуктивность и возможность потери энергии вследствие излучения на высоких и сверхвысоких частотах.

В зависимости от требований к свойствам электрической цепи резисторы могут соединяться параллельно и последовательно. Формулы для расчета общего сопротивления при разном соединении цепей существенно отличаются. При последовательном соединении итоговое сопротивление равно простой сумме значений входящих в цепь элементов: R = R1 + R2 +… + Rn.

При параллельном соединении для вычисления суммарного сопротивления необходимо сложить величины, обратные значениям элементов. При этом получится значение, также обратное итоговому: 1/R = 1/R1+ 1/R2 + … 1/Rn.

Общее сопротивление параллельно соединенных резисторов будет ниже наименьшего из них.

Что такое резистор и для чего он нужен?

При передаче электрического тока на расстояние из-за сопротивления проводов теряется часть энергии. В таких случаях сопротивление является негативным фактором и его стараются свести к минимуму.

Другое дело электрические цепи в электронных устройствах. Там резистор выполняет много полезных функций. В электронных схемах используется свойства этих пассивных компонентов для ограничения тока в многочисленных цепях. С их помощью обеспечивается нужный режим работы усилительных каскадов.

Что такое резистор?

Название этого электронного элемента произошло от латинского слова resisto — сопротивляюсь. То есть – это пассивный элемент применяемый в электрических цепях, действие которого основано на сопротивлении току. Основной характеристикой этого электронного компонента является величина его электрического сопротивления.

Пассивность данного электронного компонента означает то, что основной его функцией является поглощение электрической энергии. В отличие от активных элементов электроники, он ничего не генерирует, а только пассивно рассеивает электричество, преобразуя его в тепло. В схемах замещения сопротивление является основным параметром, в то время как ёмкость и индуктивность – паразитные величины.

Применение

Резисторы применяются во всех электрических схемах для установления нужных значений тока в цепях, с целью демпфирования колебаний в различных фильтрах, в качестве делителей напряжений и т. п.

Резисторы выполняют функции нагрузки в резистивных цепях, используются в качестве делителя напряжения (см. рисунок ниже) и тока, являются элементами фильтров, применяются для формирования импульсов, выполняют функции шунтов и многое другое. Сегодня трудно себе представить электрическую схему, в которой не задействованы несколько резистивных элементов.

Без резисторов не работает ни один электронный прибор.

Устройство и принцип работы

Конструкция постоянных резисторов довольно простая. Они состоят из керамической трубки, поверх которой намотана проволока или нанесена резистивная плёнка с определённым сопротивлением. На концы трубки вставлены металлические колпачки с припаянными выводами для поверхностного монтажа. Для защиты слоя используется лакокрасочное покрытие.

Устройство таких элементов можно понять из рисунка 2 ниже.

В большинстве моделей такая конструкция традиционно сохраняется, но сегодня существуют различные виды сопротивлений с использованием резистивного материала, устройство которых немного отличается от конструкции описанной выше.

Рис. 2. Строение резистора

Современную электронную аппаратуру наполняют платы, начинённые миниатюрными деталями. Поскольку тенденция к уменьшению размеров электронных приборов сохраняется, то требования к уменьшению габаритов коснулись и резисторов. Для этих целей идеально подходят непроволочные сопротивления. Они просты в изготовлении, а их номинальные мощности хорошо согласуются с параметрами маломощных цепей.

Казалось бы, что эра проволочных резисторов постепенно уходит в прошлое. Однако это не так. Спрос на проволочные сопротивления остаётся в тех сферах, где транзисторы с металлоплёночным или с композитным резистивным слоем не справляются с мощностями электрических цепей.

Для непроволочных резисторов используются следующие резистивные материалы:

  • нихром;
  • манганин;
  • константан;
  • никелин;
  • оксиды металлов;
  • металлодиэлектрики;
  • углерод и другие материалы.

Перечисленные вещества обладают высокими показателями удельного сопротивления. Это позволяет изготавливать электронные компоненты с очень маленькими корпусами, сохраняя при этом значения номинальных величин.

Размеры и формы корпусов, проволочных выводов современных резисторов соответствуют стандартам, разработанным для автоматической сборки печатных плат. С целью надёжного соединения выводов способом пайки, выводы деталей проходят процесс лужения.

Конструкция регулировочных (рис. 3) и подстроечных резисторов (рис.4) немного сложнее. Эти переменные транзисторы состоят из кольцевой резистивной пластины, по которой скользит бегунок. Перемещаясь по кругу, подвижный контакт изменяет расстояние между точками на резистивном слое, что приводит к изменению сопротивления.

Рис. 3. Регулировочные резисторы Рис. 4. Подстроечные резисторы

Принцип действия.

Работа резистора основана на действии закона Ома: I = U/R , где I – сила тока, U – напряжение, R – сопротивление на участке цепи. Из формулы видно как зависят от величины сопротивления параметры тока и напряжения.

Подбирая резисторы соответствующего номинала, можно изменять на участках цепей величины тока и напряжения. Например, увеличивая сопротивление последовательно включённого резистора на участке цепи, можно пропорционально уменьшить силу тока.

Условно резистор можно представить себе в виде узкого горлышка на участке трубки, по которой течёт некая жидкость (см. рис. 5). На выходе из горлышка давление будет ниже, чем на его входе. Примерно, то же самое происходит и с потоком заряженных частиц – чем больше сопротивление, тем слабее ток на выходе резистора.

Читайте также:  Е14: описание и размер цоколя, особенности маркировки и применение лампочек E14, E27

Рис. 5. Принцип работы

Мы уже упомянули два типа резисторов, отличающиеся по конструкции: постоянные, у которых сопротивление статичное (допускается мизерное отклонение параметров при нагреве элемента) и переменные. К последним можно добавить подвид переменных сопротивлений (полупроводниковых резисторов) – нелинейные.

Сопротивление нелинейных компонентов изменяется в широких пределах под воздействием различных факторов:

  • изменения температуры (терморезисторы);
  • яркости света (фоторезисторы);
  • изменений напряжения (варисторы);
  • деформации (тензорезисторы);
  • напряжённости электрического поля (магниторезисторы);
  • от протекающего заряда (мемристоры).

За видом резистивного материала классификация может быть следующей:

  • проволочные резисторы (рис. 6);
  • композиционные;
  • металлоплёночные (рис. 7);
  • металлооксидные (характеризуются стабильностью параметров);
  • углеродные (угольный резистор);
  • полупроводниковые, с применением резистивных полупроводниковых материалов (могут быть как линейными, так и переменными).

Рис. 6. Проволочные резисторы Рис. 7. Постоянные плёночные SMD компоненты

Отличие плёночных smd компонентов от композиционных деталей состоит в способах их изготовления. Композиционные детали производятся путём прессования композитных смесей, а плёночные – путём напыления на изоляционную подложку.

В интегральных монокристаллических микросхемах методом трафаретной печати или способом напыления в вакууме создают встроенные интегральные резисторы.

По назначению сопротивления подразделяются на детали общего назначения и на компоненты специального назначения:

  • прецизионные и сверхпрецизионные (высокоточные детали с допуском отклонений параметров от 0,001% до 1%);
  • высокоомные (от десятков МОм до нескольких Том);
  • высокочастотные, способные работать с частотами до сотен МГц;
  • высоковольтные, с рабочим напряжением, достигающим десятков кВ.

Можно классифицировать детали и по другим признакам, например по типу защиты от влаги или по способу монтажа: печатный либо навесной.

Номиналы резисторов

Элементы имеют свой допуск в отклонениях номинальных сопротивлений. В соответствии с допусками номиналы резисторов разбиты на 3 ряда, которые обозначаются: Е6, Е12, и Е24.

Компоненты ряда Е6 имеют допуск отклонения ± 20%; ряда Е12 – ± 10%, а ряда Е24 – ± 5%.

Номиналы резисторов каждого ряда представлены в справочных таблицах, которые можно найти в интернете.

Маркировка

Раньше на корпусах сопротивлений проставляли номинал, ряд, мощность и серийный номер. В связи с миниатюризацией деталей перешли на цветовую маркировку. Параметры сопротивлений кодируют с помощью цветных колец (см. рис. 8).

Рис. 8. Цветовая маркировка

Если на корпусе присутствует 3 кольца, то первые два обозначают величину сопротивления, третье – множитель, а допустимое отклонение составляет 20%.

Если на корпусе 4 кольца, то значения первых трёх из них такие же, как в предыдущем примере, а четвёртое кольцо указывает на величину отклонения.

Пять колец: первые 3 указывают величину сопротивления, на четвёртой позиции – множитель, а на пятой – допуск.

На сверхточных деталях наносятся 6 цветовых полос: три первых указывают величину сопротивления, полоса на четвёртой позиции – множитель, а пятое кольцо — допустимое отклонение.

Каждому цвету присвоена конкретная цифра (от 0 до 9). Учитывая позицию кольца и его цвет, можно с точностью определить параметры изделия. Для этого удобно пользоваться таблицей цветов (рис. 9).

Рис. 9. Таблица цветов

В некоторых случаях вместо сопротивления используют обычные перемычки. Считается что у них нулевое сопротивление. Вместо перемычек иногда устанавливают резистор с нулевым сопротивлением (по сути та же перемычка, только адаптирована под размеры резистора). На корпус такого сопротивления наносят 1 чёрную полоску.

Маркировка SMD-резисторов

Сопротивления, предназначенные для поверхностного монтажа маркируют цифрами (см. рис. 10). Кодировка сложна для запоминания. В ней учитывается количество цифр и их позиции. Цифрами кодируют типоразмеры изделий и значения основных параметров. Для расшифровки кодов данного типа маркировки существуют справочные таблицы или калькуляторы.

Рис. 10. Цифровая маркировка

Код на рисунке расшифровывается так: номинальное сопротивление 120×10 6 Ом (последняя цифра показывает количество нулей, то есть степень числа 10). Резистор из ряда Е96 с допуском 1%, типоразмер 0805 либо 1206 (значения, выделенные курсивом, определяются по справочнику).

Обозначение на схемах

Традиционно резисторы на схемах обозначают в виде прямоугольника (по ГОСТ 2.728-74) или ломаной линии (рис. 12 — в основном на схема западного образца). В прямоугольнике иногда указывают мощность, используя для этого условные обозначения в виде вертикальных, косых или горизонтальных чёрточек (см. рисунок ниже):

  • I = 1 Вт;
  • II = 2 Вт;
  • III = 3 Вт;
  • – = 0.5 Вт;
  • = 0.25 Вт;
  • \ = 0.125 Вт.

Рис. 11. Обозначения резисторов по гост 2.728-74

Возле значка проставляют букву R и номинал резистора.

Рис. 12. Обозначение на схемах

В отличие от постоянных деталей, обозначение переменных резисторов имеет особенность: над прямоугольником добавляется стрелка, указывающая, что в конструкции детали есть скользящий контакт (бегунок).

Например, УГО потенциометра выгляди так:

Характеристики и параметры

Пределы границ сопротивлений для деталей общего назначения находятся в промежутке от 10 Ом до 10 МОм. Для таких компонентов номинальная мощность рассеивания составляет 0,125 – 100 Вт.

Сопротивление высокоомных деталей составляет порядка 10 13 Ом. Такие изделия применяются в измерительных устройствах, предназначенных для малых токов. Величины номинальных мощностей на корпусах таких компонентов могут не указываться. Рабочее напряжение от 100 до 300 В.

Класс высоковольтных деталей предназначен для работы под напряжением 10 – 35 кВ. Их сопротивление достигает 10 11 Ом.

Для высокочастотных резисторов важен номинал рабочей частоты. Они способны работать на частотах свыше 10 МГц. Высокочастотные токи сильно нагревают детали. При интенсивном охлаждении номинальные мощности таких компонентов достигают величин 5, 20, 50 кВт.

В точных измерительных и вычислительных устройствах, а также в релейных системах применяются прецизионные резисторы. Они обладают высокой стабильностью параметров. Мощность рассеивания у таких деталей не превышает 2 Вт, а номинальное сопротивление лежит в пределах 1 – 10 6 Ом.

Кроме основных характеристик иногда важно знать уровень напряжений шума, зависимость сопротивления реальных резисторов от нагревания (температурный коэффициент сопротивления) и некоторые другие.

Соединение резисторов

Сопротивления можно соединять двумя способами – параллельно либо последовательно.

  • Для параллельного соединения 2 резисторов имеем: R = (R1* R2) / (R1+R2).
  • При последовательном соединении 2 резисторов – общее сопротивление определяем по формуле: R = R1 + R2.

Для расчета последовательно и параллельно соединенных резисторов удобно воспользоваться нашими калькуляторами:

Что такое резистор и для чего он нужен в электрической цепи

Определение

Резистор происходит от английского «resistor» и от латинского «resisto», что в переводе на русский язык звучит как «сопротивляюсь». В русскоязычной литературе наравне со словом «резистор» используют слово «сопротивление». Из названия ясна основная задача этого элемента – оказывать сопротивление электрическому току.

Он относится к группе пассивных элементов, потому что в результате его работы ток может только понижаться, то есть в отличие от активных элементов – пассивные сами по себе не могут усиливать сигнал. Что из второго закона Кирхгофа и закона Ома значит, что при протекании тока на резисторе падает напряжение, величина которого равна величине протекающего тока, умноженного на величину сопротивления. Ниже вы видите, как обозначается сопротивление на схеме:

Условное обозначение на схеме легко запомнить – это прямоугольник, по ГОСТ 2.728-74 его размеры равны 4х10 мм. Существуют варианты обозначений для резисторов разной мощности рассеивания.

Классификация резисторов происходит по ряду критериев. Если говорить о дискретных компонентах, то по методу монтажа их делят на:

  • Выводные. Используются для монтажа сквозь печатную плату. У таких элементов есть выводы, расположенные радиально или аксиально. В народе выводы называют ножками. Этот вид резисторов активно использовался во всех старых устройствах (20 и боле лет назад) – старых телевизорах, приёмниках, в общем везде, и сейчас используется в простых устройствах, а также там, где использование SMD компонентов по какой-то причине затруднено либо невозможно.
  • SMD. Это элементы, у которых нет ножек. Выводы для подключения расположены на поверхности корпуса, незначительно выступая над ней. Они монтируются непосредственно на поверхность печатной платы. Преимуществом таких резисторов является простота и дешевизна сборки на автоматизированных линиях, экономия места на печатной плате.

Внешний вид элементов двух типов вы видите на рисунке ниже:

Мы уже знаем, как выглядит этот компонент, теперь следует узнать о классификации по технологии изготовления. Выводные резисторы бывают:

  • Проволочными. В качестве резистивного компонента используют проволоку, намотанную на сердечнике, для снижения паразитной индуктивности используют бифилярную намотку. Проволоку выбирают из металла с низким температурным коэффициентом сопротивления и низким удельным сопротивлением.
  • Металлопленочные и композитные. Как можно догадаться, здесь в качестве резистивного элемента используют пленки из металлического сплава.

Так как резистор состоит из резистивного материала, в роли последнего может выступать проволока или плёнка с высоким удельным сопротивлением. Что это такое? Такие материалы как:

  • манганин;
  • константан;
  • нихром;
  • никелин;
  • металлодиэлектрики;
  • оксиды металлов;
  • углерод и прочие.

SMD или чип-резисторы бывают тонкопленочными и толстопленочными, в качестве резистивного материала используют:

МатериалОсобенности, где используется
Никель-хром (нихром, NiCr)в тонкоплёночных, которые устойчивы к высокой влажности (moisture-resistant)
Нитрид дитантала (Ta2N).TCR составляет 25 ppm/0С (-55…+1250С);
Диоксид рутения (RuO2)в толстоплёночных
Рутенит свинца (Pb2Ru2O6)в толстоплёночных
Рутенит висмута (Bi2Ru2O7)в толстоплёночных
Диоксиды рутения, легированные ванадием (Ru0,8V0,2O2, Ru0,9V0,1O2, Ru0,67V0,33O2)
Оксид свинца (PbO)
Висмут иридий (Bi2Ir2O7)
Сплав никеляВ низкоомных (0,03…10 Ом) тонкоплёночных изделиях

На рисунке ниже изображено, из чего состоит резистор:

По конструкции различают:

  • Постоянные. У них два вывода, а сопротивление вы изменять не можете – оно постоянно.
  • Переменные. Это потенциометры и подстроечные резисторы, принцип действия которых основан на перемещении скользящего контакта (бегунка) по резистивному слою.
  • Нелинейные. Сопротивление компонентов этого типа изменяется под воздействием температуры (терморезисторы), светового излучения (фоторезисторы), напряжения (варисторы) и других величин.

А также по назначению – общего и специального. Последние подразделяются на:

  • Высокоомные (диапазон сопротивлений десятки МОм — единицы ТОм, при рабочих напряжениях до 400В).
  • Высоковольтные (рассчитаны на работу в цепях с напряжением до десятков кВ).
  • Высокочастотные (особенностью работы на высокой частоте является требование к низким собственным индуктивностям и ёмкостям. Такие изделия могут работать в цепях с частотой сигнала в сотни МГц).
  • Прецизионные и сверхпрецизионные (это изделия с высоким классом точности. У них допуск по отклонению от номинального сопротивления 0,001 — 1 %, в то время как у обычных допуск может быть и 5% и 10% и больше).

Принцип работы

Резистор устанавливается в электрической цепи для ограничения тока, протекающего через цепь. Величина напряжения, которая на нем упадет, рассчитывается просто – по закону Ома:

U=IR

Падением напряжения называется то количество Вольт, которые появляются на выводах резистора, когда через него протекает ток. Соответственно, если на резисторе у нас упало напряжение, и через него протекает ток – значит на нём выделяется в тепло определенная мощность. В физике есть известная всем формула для нахождения мощности:

P=UI

Или для ускорения расчетов иногда удобно пользоваться формулой мощности через сопротивление:

P=U 2 /R=I 2 R

Как работает резистор? У каждого проводника есть определенная внутренняя структура. При протекании электрического тока электроны (носители зарядов) сталкиваются с различными неоднородностями структуры вещества и теряют энергию, она то и выделяется в виде тепла. Если вам сложно понять, то принцип работы сопротивления простыми словами можно сказать так:

Читайте также:  Лампы для роста растений: как выбрать, особенности разных типов подсветки, схемы освещения в домашних условиях

Это величина, которая показывает насколько сложно протекать электрическому току через вещество. Она зависит от самого вещества – его удельного сопротивления.

Где: р – удельное сопротивление, l – длина проводника, S – площадь поперечного сечения.

Основные характеристики

Чтобы правильно выбрать резистор важно знать, на какие характеристики нужно смотреть при выборе. К его основным параметрам относится:

  1. Номинальное сопротивление.
  2. Максимальная рассеиваемая мощность.
  3. Допуск или класс точности. От него зависит, насколько процентов сопротивление деталей из этого класса может отличаться от заявленного.

В большинстве случае этих сведений достаточно. Новички часто забывают о допустимой мощности резистора, и они у них перегорают. Вы можете рассчитать сколько Ватт выделяется на резисторе по формуле, указанной в предыдущем разделе статьи. Покупайте резисторы с запасом по мощности в 20-30%, больше – лучше, меньше – не нужно!

Где и для чего применяется

Мы уже рассмотрели, что резистор предназначен для ограничения тока в цепи, теперь мы рассмотрим несколько практических примеров, где используется резистор в электротехнике.

Первая область применения — ограничение тока, например, для питания светодиодов. Принцип действия и расчета такой цепи заключается в том, что из напряжения источника питания вычитают номинальное рабочее напряжение светодиода, сумму делят на номинальный (или желаемый) ток через светодиод. В результате вы получаете номинал ограничительного сопротивления.

Второе — это делитель напряжения. Здесь выходное напряжение рассчитывают по формуле:

Также резистор нашел применение для задания тока транзисторам. В сущности, та же схема ограничителя, рассмотренная выше.

Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео по теме статьи:

Мы рассмотрели, какие бывают резисторы, их назначение и принцип работы. Это важный элемент, с которого следует начать изучение электротехники. Для расчетов цепей с ним используют закон Ома и активной мощности, а в высокочастотных цепях учитывают и реактивные параметры – паразитную ёмкость и индуктивность. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной и интересной!

Материалы по теме:

Резистор — что это такое и для чего нужен

Резистор это один из наиболее распространенных электрических элементов, широко используемых в радиоэлектронике. Любой, кто имеет дело с электросхемами или монтажом радиодеталей на печатную плату, должен знать, для чего нужен резистор, как отличить его от других деталей (например, светодиодов), как эти компоненты ведут себя в электрических цепях.

Что такое резистор

Резистор что это такое? Основным свойством данного типа радиоэлементов является наличие активного сопротивления электротоку. В отличие от реактивного, оно не скапливает энергию внутри, а передает ее в окружающее пространство. Это свойство и обусловливает принцип работы резистора. В некоторых источниках и схемах слово «сопротивление» применяется в качестве наименования этой детали.

Из чего состоит резистор? Устройство этого элемента довольно простое. Основной составляющей является проволочный или пленочный компонент с большим показателем удельного сопротивления. В его роли могут выступать металлические оксиды, никелин, нихром и некоторые другие материалы.

Принцип работы

Приобретая деталь, нужно понимать, как именно работает резистор. Любой проводниковый компонент имеет определенные особенности, обусловленные его внутренним строением. Когда электроток идет по проводнику, заряженные частицы, проходя через его структуру, теряют энергетический запас, отдавая его наружу и нагревая вещество. Известно, что величина напряжения равна произведению проходящего по проводнику тока и сопротивления материала, из которого он изготовлен. Что же делает резистор? Поскольку он содержит в себе компонент с очень высокой сопротивляемостью току, при прохождении последнего на элементе понижается напряжение, и происходит выделение некоторой части мощности в виде теплоты.

Виды резисторов

При выборе подходящей детали нужно не только знать, для чего нужны в цепи резисторы, но и иметь представление о типах этих компонентов. Помимо переменных и постоянных, существуют также нелинейные приборы, чей основной параметр – сопротивление (параметр нестабилен и меняется под действием некоторого фактора внешней среды, к примеру, лучей света, температуры или напряжения).

Постоянные резисторы

Эти компоненты характеризуются неизменным значением показателя сопротивления. В отношении вариантов исполнения эти изделия бывают разными: от крупногабаритных, рассеивающих значительную мощность, до миниатюрных smd-компонентов, но все их объединяет константность сопротивления.

Переменные резисторы

Здесь, напротив, значение сопротивления вариативно. В эту группу входят реостаты, регулирующие силу тока, и потенциометры, осуществляющие контроль напряжения. Также сюда относятся подстраивающиеся компоненты, снабженные специальными пазами. Для регуляции сопротивления в пазах надлежит проделывать манипуляции ключом, прилагающимся к прибору.

Термисторы

Данные компоненты имеют в себе полупроводниковые детали и отличаются зависимостью сопротивления от окружающей температуры. Эту зависимость характеризует тепловой коэффициент, демонстрирующий, насколько меняется сопротивление элемента при перепадах температуры. У обычных термисторных изделий оно снижается при потеплении, но есть еще позисторы, чья основная характеристика при увеличении температуры также повышается.

Варисторы

Благодаря зависимости от напряжения, их широко используют для защиты сети от резких перепадов и избыточных значений упомянутого параметра. Вследствие сильного снижения сопротивления при таком инциденте ток идет через него, обходя главную цепь и обеспечивая ей изоляцию.

Важно! Из-за того, что элемент принимает на себя большую мощность, после инцидента он зачастую приходит в негодность.

Фоторезисторы

Такие компоненты меняют значение своего ключевого параметра, когда на них падает свет. Работает для этой цели, как свет солнца, так и искусственное освещение, к примеру, от фонаря.

Тензорезисторы

В них используются очень тонкие проводниковые компоненты, подвергающиеся растяжке, из-за чего их сопротивление повышается. Применяются в разного рода датчиках и электронных приборах для измерения массы.

Полупроводниковые резисторы

В таких изделиях эксплуатируются свойства тех или иных полупроводниковых материалов – менять сопротивление под действием механического давления, влажности, температуры, освещенности или иного фактора. Используемые полупроводниковые компоненты подвергаются равномерной легировке примесями. Отдельные виды последних также позволяют изготавливать разные типы изделий.

Основные характеристики

Зная, для чего в цепи нужно сопротивление, можно приступить к выбору подходящего изделия для конкретного случая. Надлежит обращать внимание на такие параметры, как номинал сопротивления и категория точности. Последняя демонстрирует процент, на который реальное сопротивление может отличаться от указанного в ту или другую сторону.

Важно! Также нужно обращать внимание на показатели выделяемой на компоненте мощности. Целесообразно приобретать изделия с мощностным запасом не менее, чем в 20%.

Где и для чего применяются

Основная область применения резисторов – контроль показателя тока. Чтобы узнать показатель ограничительного сопротивления, пользуются формулой:

где:

  • U1 – рабочий номинал контролируемого компонента,
  • U2 – напряжение на источнике питания,
  • I – номинал тока.

Среди других областей можно отметить задание электротока транзисторам. Балластные резисторы используют для поглощения избытка напряжения.

Резистор в цепи

Детали с постоянным сопротивлениям в отечественной номенклатуре обозначаются прямоугольником, внутри которого находится определенное число черт, положение которых соответствует определенному номиналу. В зарубежных схемах их символ имеет зигзагообразную форму.

Переменные варианты отличаются направляющейся к прямоугольнику сверху линией со стрелой. Она демонстрирует опцию регуляции сопротивления. Иногда выводы элемента нумеруют цифрами.

Фоторезистор иллюстрируется прямоугольной фигурой, заключенной в круг, к которой направляется пара стрел, обозначающих световые лучи. Остальные полупроводниковые изделия символизируются зачеркнутым косой чертой прямоугольником. Буква показывает, от какого параметра зависит сопротивление (t – температура, U – напряжение и так далее).

Важно! Несколько резисторных компонентов могут быть объединены в цепь параллельно или последовательно. В первом случае будет справедливым выражение: 1/R = 1/R1+ 1/R2 + … 1/Rn. Сопротивление такой композиции будет ниже, чем у элемента с самым низким номиналом. Во втором случае итоговый показатель для системы равен сумме сопротивлений всех входящих в нее элементов.

Номиналы

Типовые значения выпускаемых в продажу резисторных элементов подчиняются некоторому ряду номиналов, в основе которого лежит положение о том, что шаг между показателями закрывает разрешенную погрешность. Например, когда номинал изделия 10 Ом, а допустимая погрешность равна 10%, у резистора, идущего в ряду последующим, будет показатель в 12 Ом. Элементы объединяют в серии, для каждой из которых существует отдельный ряд номиналов.

Маркировка

Советские изделия маркируются буквами и цифрами. При этом небольшие номиналы (до ста Ом) демонстрируются буквами R или Е, а тысячи – буквой К. Например, 250R = 250 Ом, 2К3 = 2,3 кОм = 2300 Ом, К25 = 0,25 кОм = 250 Ом. Иногда цифробуквенные коды встречаются и на импортных изделиях, например, 4W – мощность в 4 ватта, 50R – сопротивление в 50 Ом. Все-таки чаще они маркируются цветными полосами.

Цветовая маркировка

Отдельные фирмы-производители располагают разными системами значений цветовых полос. Число таковых может быть от 3 до 6. Если под рукой нет инструкции от производителя, нужно посмотреть, сколько полос имеется на корпусе элемента, и по названию фирмы найти соответствующую таблицу в сети. Первой полосой нужно считать расположенную наиболее близко к выводу.

Чтобы предохранить цепь от скачков напряжения, важно знать, что такое резистор, и уметь подбирать подходящий для конкретного случая элемент. Важно также уметь правильно рассчитать номиналы резисторов для последовательного подключения в цепь.

Видео

Все про резисторы

Резистор – это самая распространенная деталь в электронике. Он гасит лишнее напряжение, ограничивает ток, изменяет и фильтрует сигналы. Резисторы применяются везде, от процессоров, где их миллионы, до энергетических систем. где их размеры с напольный шкаф.

Свойства в теории и практике

Основное свойство этой радиодетали – это сопротивление. Измеряется в омах (Ом).

Разберем для начала понятие активного сопротивления. Оно так называется потому, что есть у всех материалов (даже у сверхпроводников, пусть и 0,00001 Ом). И именно оно является основным у резисторов.

Что говорит теория

В теории у резистора есть постоянное сопротивление, которое на зависит от внешних условий (температуры, давления, напряжения и т.п.).

График зависимости тока от напряжения прямолинеен.

В идеальных и математических условиях у резистора только активное сопротивление. По типам бывают нелинейные и линейные резисторы.

Что на самом деле

На самом у всех резисторов непрямолинейная зависимость тока от напряжения. То есть, его сопротивление тоже зависит от внешних условий, конкретно от температуры.

Конечно, эта зависимость не такая, как у полупроводников, но она есть. И самое главное, у этой радиодетали есть емкость и индуктивность. Помимо активного сопротивления, есть еще и реактивное.

Реактивное сопротивление отличается от активного тем, что оно по разному пропускает электрический ток на разных частотах.

Например, для постоянного тока сопротивление 200 Ом, а если есть высокие значения индуктивности, то на частотах выше 2 кГц, сопротивление будет уже 250 Ом.

Именно поэтому резисторы делаются из разных материалов. Они бывают керамическими, углеродными, проволочными и у них разные допуски и погрешности. SMD деталь обладает меньшей емкостью и индуктивностью, чем DIP.

Еще существует специальные типы резисторов с более выраженной нелинейной вольт-амперной характеристикой. Если у обычных резисторов вольт-амперный график чуть-чуть не линейный, то у такого типа деталей он лавинообразный.

У них сопротивление резко зависит от внешних условий, не так. как у обычных:

  • Терморезистор. Повышает или понижает сопротивление из-за влияния температуры;
  • Варистор. Изменяет свои свойства в зависимости от приложенного напряжения;
  • Фоторезистор. Уменьшается сопротивление, если на него действует свет;
  • Тензорезистор. При деформировании (сжатии, механических воздействиях) изменяет свое сопротивление.
Читайте также:  Два выключателя на одну лампочку: особенности подключения, коридорная схема освещения, альтернативные варианты

Кроме того, еще одна особенность активного сопротивления – выделение тепла, когда проходит электрический ток. Когда протекает электрический ток замкнутой цепи, электроны ударяются об атомы. И поэтому выделяется тепло. Тепло измеряется в мощности. Она рассчитывается исходя из напряжения и тока.

Одна из популярных функций резисторов это снижение напряжения и ограничения тока. Например, если через резистор проходит ток 0,25 А и на нем есть падение напряжения 1 В, то мощность, которая будет на нем рассеиваться это 0,25 Вт.

И из-за этого и существуют резисторы с разной рассеиваемой мощностью. Нельзя ставить резистор 0,125 Вт на место 1 Вт. Он начнет греться, трескаться, чернеть. А потом и сгорит. Потому, что не рассчитан на такую мощность.

Обозначения на схемах

На схемах в Европе и СНГ обознается прямоугольником и латинской букой R. Согласно ГОСТу, на отечественных схемах не указывается номинал сопротивления, а только номер детали (R). Однако, если под изображением детали указано число, например 120, оно по умолчанию читается как 120 Ом.

Основное обозначение
0,125 Вт
0,25 Вт
0,5 Вт
1 Вт
2 Вт
5 Вт
Переменный
Подстроечный

Типы включения и примеры использования

Основные типы включения это последовательные и параллельные соединения.

Последовательно сопротивление рассчитывается просто. Достаточно все сложить.

При последовательном соединении напряжение распределяется по резисторам согласно их сопротивлениям.

Это второе правило Кирхгофа. Например, напряжение 12 В, а пара резисторов по 1 кОм.

Соответственно, на каждом из них по 6 В. Это простой пример делителя напряжения. Здесь пара деталей делит напряжение, и благодаря этому можно получить необходимое напряжение.

Однако, если вы хотите использовать делитель напряжения для питания цепи, то должны помнить, что нужно согласовать сопротивления. В этой схеме сопротивление 1 кОм. Если вы подключите к ней нагрузку меньше этого сопротивления, то она не получит напряжения на свои выводы в полном объеме. Поэтому, все схемы с делителями напряжения должны быть рассчитаны и согласованы друг с другом.

Здесь R1 и R2 образуют делитель напряжения, они выполняют роль делителя напряжения. Между этими двумя резисторами и базой транзистором протекает ток, который открывает транзистор.


Это необходимо для того, чтобы он работал без искажений.

Параллельное включение

При параллельном соединении радиодеталей, общее сопротивление цепи снижается. Если два резистора по 1 кОм соединены параллельно, то общее будет равно меньше 0,5 кОм, т.е. сопротивление цепи (эквивалентное) равно половине самого наименьшего.

В таком соединении наблюдается первое правило Кирхгофа. В точку соединения направляется ток в 1 А, а в узле он расходится на два направления по 0,5 А.

Формулы расчета

Для двух резисторов:

Для более:

Для тока параллельное соединение — это как вторая дорога или обходной путь. Еще такой тип соединения называют шунтированием. В качестве примера можно привести амперметр. Чтобы увеличить его шкалу показаний, достаточно подключить параллельно резистору еще один шунтирующий.

Его сопротивление рассчитывается по формуле:

Эквивалентное соединение

В схеме усилителя к эмиттеру транзистора VT1 подключена пара из резистора R3 и конденсатора C2.

В этом случае VT1 и R3 подключены последовательно друг к другу. Зачем это надо? Когда усилитель работает, транзистор начинает нагреваться и его сопротивление снижается. R3, как и в случае со светодиодом, не позволяет транзистору перегреваться. Он балансирует общее сопротивление, чтобы транзистор не вносил искажения в сигнал. Это называется режим термостабилизации.

А конденсатор C2 подключен к R3 параллельно. И это нужно для того, чтобы при нормальном режиме работы усилителя, переменный сигнал прошел без потерь. Так работает параллельный фильтр.

Фильтры и резисторы

С помощью резисторов и конденсаторов можно делать фильтры. Так называются RC фильтры.

Эта пара может разделять сигнал на постоянные и переменные составляющие.

В качестве примера рассмотрим ФНЧ и ФВЧ.

В схеме фильтра низких частот конденсатор C1 забирает на себя высокочастотные токи. Его сопротивление для них намного меньше, чем у нагрузки. Он шунтирует нагрузку. Таким образом, можно получить низкую частоту, отделив от нее все высокие составляющие.
В фильтре высоких частот наоборот. Высокие частоты свободно проходят через C1, и если в сигнале есть низкочастотные, то они пойдут через R1.

Такие фильтры бывают разные по конструкции. П образные, Г образные и т.п. Конкуренцию резистору может составить катушка индуктивности или дроссель. У них меньше активное сопротивление, но реактивное больше. Благодаря этому снижаются потери от активного сопротивления.

Резисторы – виды и обозначения на схемах

Каждый, кто работает с электроникой, или когда-нибудь видел электронную схему, знает, что практически ни одно электронное устройство не обходится без резисторов.

Функция резистора в схеме может быть совершенно разной: ограничение тока, деление напряжения, рассеивание мощности, ограничение времени зарядки или разрядки конденсатора в RC-цепочке и т. д. Так или иначе, каждая из этих функций резистора осуществима благодаря главному свойству резистора — его активному сопротивлению.

Само же слово «резистор» – это русскоязычное прочтение английского слова «resistor» , которое в свою очередь происходит от латинского «resisto» – сопротивляюсь. В электрических цепях применяют постоянные и переменные резисторы, и предметом данной статьи будет обзор основных видов постоянных резисторов, так или иначе встречающихся в современных электронных устройствах и на их схемах.

Максимальная рассеиваемая резистором мощность

В первую очередь постоянные резисторы классифицируются по максимальной рассеиваемой компонентом мощности: 0,062 Вт, 0,125 Вт, 0,25 Вт, 0,5 Вт, 1 Вт, 2 Вт, 3 Вт, 4 Вт, 5 Вт, 7 Вт, 10 Вт, 15 Вт, 20 Вт, 25 Вт, 50 Вт, 100 Вт и даже больше, вплоть до 1 кВт (резисторы для особых применений).

Данная классификация не случайна, ведь в зависимости от назначения резистора в схеме и от условий, в которых должен работать резистор, рассеиваемая на нем мощность не должна привести к разрушению самого компонента и компонентов расположенных поблизости, то есть в крайнем случае резистор должен разогреться от прохождения по нему тока, и суметь рассеять тепло.

Например, керамический резистор с цементным заполнением SQP-5 (5 ватт) номиналом 100 Ом уже при 22 вольтах постоянного напряжения, длительно приложенных к его выводам, разогреется более чем до 200°C, и это необходимо учитывать.

SMD резисторы для поверхностного монтажа с максимальной рассеиваемой мощностью от 0,062 до 1 ватта — также можно встретить сегодня на печатных платах. Такие резисторы так же как и выводные всегда берутся с запасом по мощности. Например в 12 вольтовой схеме для подтягивания потенциала к минусовой шине можно использовать SMD резистор на 100 кОм типоразмера 0402. Или выводной на 0,125 Вт, поскольку рассеиваемая мощность будет в десятки раз дальше от максимально допустимой.

Проволочные и непроволочные резисторы, точность резисторов

Резисторы для различных целей используют разные. Не желательно, например, проволочный резистор ставить в высокочастотную цепь, а для промышленной частоты 50 Гц или для цепи постоянного напряжения достаточно и проволочного.

Проволочные резисторы изготавливают путем намотки проволоки из манганина, нихрома или константана на керамический или порошковый каркас.

Высокое удельное сопротивление данных сплавов позволяет получить требуемый номинал резистора, однако несмотря на бифилярную намотку, паразитная индуктивность компонента все равно остается высокой, именно по этой причине проволочные резисторы не подходят для высокочастотных схем.

Непроволочные резисторы изготавливают не из проволоки, а из проводящих пленок и смесей на основе связующего диэлектрика. Так, выделяют тонкослойные (на основе металлов, сплавов, оксидов, металлодиэлектриков, углерода и боруглерода) и композиционные (пленочные с неорганическим диэлектриком, объемные и пленочные с органическим диэлектриком).

Непроволочные резисторы — это зачастую резисторы повышенной точности, которые отличаются высокой стабильностью параметров, способны работать при высоких частотах, в высоковольтных цепях и внутри микросхем.

Резисторы в принципе подразделяются на резисторы общего назначения и специального назначения. Резисторы общего назначения выпускаются номиналами от долей ома до десяти мегаом. Резисторы специального назначения могут быть номиналом от десятков мегаом до единиц тераом, и способны работать под напряжением 600 и более вольт.

Специальные высоковольтные резисторы способны работать в высоковольтных цепях с напряжением в десятки киловольт. Высокочастотные способны работать с частотами до нескольких мегагерц, поскольку обладают исключительно малыми собственными емкостями и индуктивностями. Прецизионные и сверхпрецизионные отличаются точностью номиналов от 0,001% до 1%.

Номиналы резисторов и их маркировка

Резисторы выпускаются на различные номиналы, и есть так называемые ряды резисторов, например широко распространенный ряд Е24. Вообще, стандартизированных рядов у резисторов шесть: Е6, Е12, Е24, Е48, Е96 и Е192. Число после буквы «Е» в названии ряда отражает количество значений номиналов на десятичный интервал, и в Е24 этих значений 24.

Номинал резистора обозначается числом из ряда, умноженным на 10 в степени n, где n – целое отрицательное или положительное число. Каждый ряд характеризуется своим допустимым отклонением.

Цветовая маркировка выводных резисторов в виде четырех или пяти полос давно стала традиционной. Чем больше полос — тем выше точность. На рисунке приведен принцип цветовой маркировки резисторов с четырьмя и пятью полосами.

Резисторы для поверхностного монтажа (SMD – резисторы) с допуском в 2%, 5% и 10% маркируются цифрами. Первые две цифры из трех образуют число, которое необходимо умножить на 10 в степени третьего числа. Для обозначения точки в десятичной дроби, на ее месте ставят букву R. Маркировка 473 обозначает 47 умножить на 10 в степени 3, то есть 47х1000 = 47 кОм.

SMD резисторы начиная с типоразмера 0805, с допуском в 1%, имеют четырехзначную маркировку, где первые три — мантисса (число, которое следует умножить), а четвертая — степень числа 10, на которое следует умножить мантиссу, чтобы получить значение номинала. Так, 4701 обозначает 470х10 = 4,7 кОм. Для обозначения точки в десятичной дроби, на ее место ставят букву R.

Две цифры и одна буква применяются в маркировке SMD резисторов типоразмера 0603. Цифры — это код определения мантиссы, а буквы — код показателя степени числа 10 — второго множителя. 12D обозначает 130х1000 = 130 кОм.

Обозначение резисторов на схемах

На схемах резисторы обозначаются белым прямоугольником с надписью, и в надписи иногда содержится как информация о номинале резистора, так и информация о его максимальной рассеиваемой мощности (если она критична для данного электронного устройства). Вместо точки в десятичной дроби обычно ставят букву R, K, M – если имеются ввиду Ом, кОм и МОм соответственно. 1R0 – 1 Ом; 4K7 – 4,7 кОм; 2M2 – 2,2 МОм и т. д.

Чаще в схемах и на платах резисторы просто нумеруются R1, R2 и т. д., а в сопроводительной документации к схеме или плате дается список компонентов по этими номерами.

Относительно мощности резистора, на схеме она может быть указана надписью буквально, например 470/5W – значит – 470 Ом, 5 ваттный резистор или символом в прямоугольнике. Если прямоугольник пустой, то резистор берется не очень мощный, то есть 0,125 — 0,25 ватт, если речь о выводном резисторе или максимум типоразмера 1210, если выбран резистор SMD.

Добавить комментарий