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.
Хотите понять, что необходимо в конкретном случае?
Как узнать, какой резистор нужен при создании схем? Первоначально следует понять, что обязательным является знание силы тока или значение сопротивления нагрузки. В рамках статьи будет рассмотрено два варианта влияния на характеристики схемы:
1) Если ничего неизвестно, то берём переменный резистор и подключаем его последовательно с нагрузкой. Вращаем регулятор до того момента, пока у нас не будет нужное напряжение. Теперь вместо переменного сопротивления подключаем постоянное с необходимыми параметрами. Измерьте ток, что идёт после резистора и перемножает полученное значение с напряжением, что подаётся. Тогда будем знать, сколько и куда подавать.
2) Необходимо знать ранее указанные величины тока и нагрузки. Для повышения точности вычисления желательно также знать и значение внутреннего сопротивления источника питания.
Давайте смоделируем немного другие условия действий. Есть один резистор в качестве нагрузки, закон Ома и необходимость рассчитать необходимое для цепи сопротивление
Это довольно интересный момент и он заслуживает, чтобы ему было уделено внимание. Почему была выбрана именно такая формулировка? Дело в том, что люди, которые только начинают заниматься созданием схем, очень часто задают такой вопрос
Но, увы, цепь рассуждений, которой они идут, является немного неверной. Рассчитать необходимое значение с одним законом Ома здесь не выйдет. Необходимо дополнительно воспользоваться формулой вычисления добавочного резистора: СДБ = СН(НИП-НН)/НН=СН(х-1). Разберём формулу:
СДБ – сопротивление добавочного резистора;
НИП – напряжение источника питания;
СН – сопротивление нагрузки;
Х = НИП/НН;
НН – напряжение, что нужно получить на нагрузке.
Воспользуемся этой формулой. Допустим, что при сопротивлении в 1 Ом СДБ будет составлять 0,6 Ом. Если мы поставим 5 Ом, то конечный результат будет 3,3 Ом. Почему всё так? Это из-за того, что чем меньший показатель имеет сопротивление нагрузки, тем большая характеристика тока в цепи. При этом будет просаживаться источник питания, ведь он тоже создаёт определённые помехи для прохождения тока. А учитывая, что с этим будет падать и напряжение, то выходит, что нужен добавочный резистор с меньшими характеристиками для получения желаемого напряжения. Это напряжение буквально «на пальцах». Может быть сложно понять, что и как, но вы попробуйте.
Виды резисторов
Виды резисторов можно разбить на следующие категории:
- Нерегулируемые (постоянные) — проволочные, композитные, пленочные, угольные и др.
- 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:
- Номинальное сопротивление. Это главная характеристика элемента, измеряется в омах (Ом, кОм, МОм).
- Допустимое отклонение в процентах от указанного номинального сопротивления. Означает возможный разброс показателя, определяемый технологией изготовления.
- Рассеиваемая мощность — предельная мощность, которую резистор может рассеивать при долговременной нагрузке.
- Температурный коэффициент сопротивления — величина, показывающая относительное изменение сопротивления резистора при изменении температуры на 1°С.
- Предельное рабочее напряжение (электрическая прочность). Это максимальное напряжение, при котором деталь сохраняет заявленные параметры.
- Шумовая характеристика — степень вносимых резистором искажений в сигнал.
- Влагостойкость и термостойкость — максимальные значения влажности и температуры, превышение которых может привести к выходу детали из строя.
- Коэффициент напряжения. Величина, учитывающая зависимость сопротивления от приложенного напряжения.
Его параметры и обозначение на схеме
Резистор служит для ограничения тока в электрической цепи, создания падений напряжения на отдельных её участках и пр. Применений очень много, всех и не перечесть.
Другое название резистора – сопротивление. По сути, это просто игра слов, так как в переводе с английского resistance – это сопротивление (электрическому току).
Когда речь заходит об электронике, то порой можно встретить фразы типа: «Замени сопротивление», «Два сопротивления сгорели». В зависимости от контекста под сопротивлением может подразумеваться именно электронная деталь.
На схемах резистор обозначается прямоугольником с двумя выводами. На зарубежных схемах его изображают чуть-чуть иначе. «Тело» резистора обозначают ломаной линией – своеобразная стилизация под первые образцы резисторов, конструкция которых представляла собой катушку, намотанную высокоомным проводом на изоляционном каркасе.
Рядом с условным обозначением указывается тип элемента (R) и его порядковый номер в схеме (R1). Здесь же указано его номинальное сопротивление. Если указана только цифра или число, то это сопротивление в Омах. Иногда, рядом с числом пишут Ω – так, греческой заглавной буквой «Омега» обозначают омы. Ну, а, если так, – 10к, то этот резистор имеет сопротивление 10 килоОм (10 кОм – 10 000 Ом). Про множители и приставки «кило», «мега» можете почитать здесь.
Не стоит забывать о переменных и подстроечных резисторах, которые всё реже, но ещё встречаются в современной электронике. Об их устройстве и параметрах я уже рассказывал на страницах сайта.
Основные параметры резисторов.
Номинальное сопротивление.
Это заводское значение сопротивления конкретного прибора, измеряется это значение в Омах (производные килоОм – 1000 Ом, мегаОм – 1000000 Ом). Диапазон сопротивлений простирается от долей Ома (0,01 – 0,1 Ом) до сотен и тысяч килоОм (100 кОм – 1МОм). Для каждой электронной цепи необходимы свои наборы номиналов сопротивлений. Поэтому разброс значений номинальных сопротивлений столь велик.
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:
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
Фото резисторов
Читайте здесь! Импульсная защита — классификация устройств, схемы подключения, особенности электромонтажных работ
Номиналы
Существуют стандартные значения сопротивлений для резистивных элементов, называемые «номинальным рядом резисторов». В основу подхода при создании этого ряда положено следующее соображение: шаг между значениями должен перекрывать допустимую величину отклонения (погрешность). Пример — если номинал элемента 100 Ом, а допустимое отклонение 10%, то следующее значение в ряду будет 120 Ом. Такой шаг позволяет избежать лишних значений, поскольку соседние номиналы вместе с разбросом погрешности практически перекрывают весь диапазон значений между ними.
Выпускаемые резисторы объединяются в серии, отличающиеся по допускам. Для каждой серии составлен свой номинальный ряд.
Отличия между сериями:
- Е 6 — допуск 20%;
- E 12 — допуск 10%;
- E 24 — допуск 5% (бывает 2%);
- Е 48 — допуск 2%;
- E 96 — допуск 1%;
- E 192 — допуск 0,5% (бывает 0,25%, 0,1% и ниже).
Самая широко распространенная серия Е 24 включает в себя 24 номинала сопротивлений.
Как определить по внешнему виду
На принципиальной схеме указана нужная мощность резистора — тут все понятно. Но как определить мощность сопротивления по внешнему виду на печатной плате? Вообще, чем больше размер корпуса, тем больше тепла он рассеивает. На достаточно крупных по размеру сопротивлениях указывается номинальное сопротивление и его мощность в ваттах.
Тут есть некоторая путаница, но не все так страшно. На отечественных сопротивлениях рядом с цифрой ставят букву В. В зарубежных ставят W. Но эти буквы есть не всегда. В импортных может стоять V или SW перед цифрой. Еще в импортных может тоже стоять буква B, а в отечественных МЛТ может не стоять ничего или буква W. Запутанная история, конечно. Но с опытом появляется хоть какая-то ясность.
А ведь есть маленькие резисторы, на которых и номинал-то с трудом помещается. В импортных он нанесен цветными полосками. Как у них узнать мощность рассеивания?
В старом ГОСТе была таблица соответствий размеров и мощностей. Резисторы отечественного производства по прежнему делают в соответствии с этой таблицей. Импортные, кстати, тоже, но они по размерам чуть меньше отечественных. Тем не менее их также можно идентифицировать. Если сомневаетесь, к какой группе отнести конкретный экземпляр, лучше считать что он имеет более низкую способность рассеивать тепло. Меньше шансов, что деталь скоро перегорит.
| Тип резистора | Диаметр, мм | Длинна, мм | Рассеиваемая мощность, Вт |
| ВС | 2,5 | 7,0 | 0,125 |
| УЛМ, ВС | 5,5 | 16,5 | 0,25 |
| ВС | 5,5 | 26,5 | 0,5 |
| 7,6 | 30,5 | 1 | |
| 9,8 | 48,5 | 2 | |
| 25 | 75 | 5 | |
| 30 | 120 | 10 | |
| КИМ | 1,8 | 3,8 | 0,05 |
| 2,5 | 8 | 0,125 | |
| МЛТ | 2 | 6 | 0,125 |
| 3 | 7 | 0,125 | |
| 4,2 | 10,8 | 0,5 | |
| 6,6 | 13 | 1 | |
| 8,6 | 18,5 | 2 |
С размерами сопротивлений и их мощностью вроде понятно. Не все так однозначно. Есть резисторы большого размера с малой рассеивающей способностью и наоборот. Но в таких случаях, проставляют этот параметр в маркировке.
Мощность SMD-резисторов
SMD-компоненты предназначены для поверхностного монтажа и имеют миниатюрные размеры. Мощность резисторов SMD определяется по размерам. Также она есть в характеристиках, но необходимо знать серию и производителя. Таблица мощности СМД резисторов содержит наиболее часто встречающиеся номиналы.
| Код imperial | Код metrik | Длинна inch/mm | Ширина inch/mm | Высота inch/mm | Мощность, Вт |
| 0201 | 0603 | 0,024/0,6 | 0,012/0,3 | 0,01/0,25 | 1/20 (0,05) |
| 0402 | 1005 | 0,04/1,0 | 0,02/0,5 | 0,014/0,35 | 1/16 (0,062) |
| 0603 | 1608 | 0,06/1,55 | 0,03/0,85 | 0,018/0,45 | 1/10 (0,10) |
| 0805 | 2112 | 0,08/2,0 | 0,05/1,2 | 0,018/0,45 | 1/8 (0,125) |
| 1206 | 3216 | 0,12/3,2 | 0,06/1,6 | 0,022/0,55 | 1/4 (0,25) |
| 1210 | 3225 | 0,12/3,2 | 0,10/2,5 | 0,022/0,55 | 1/2 (0,50) |
| 1218 | 3246 | 0,12/3,2 | 0,18/4,6 | 0,022/0,55 | 1,0 |
| 2010 | 5025 | 0,20/2,0 | 0,10/2,5 | 0,024/0,6 | 3/4 (0,75) |
| 2512 | 6332 | 0,25/6,3 | 0,12/3,2 | 0,024/0,6 | 1,0 |
В общем-то, у этого типа радиоэлементов нет другого оперативного способа определения тока, при котором они могут работать, кроме как по размерам. Можно узнать по характеристикам, но их найти не всегда просто.
Маркировка
Размер резистивного элемента напрямую связан с его мощностью рассеивания, чем она выше, тем крупнее габариты детали. Если на схемах легко указать любое численное значение, то маркировка изделий бывает затруднена. Тенденция миниатюризации в производстве электроники вызывает необходимость использования элементов все меньших размеров, что повышает сложность как нанесения информации на корпус, так и ее прочтения.
Для облегчения идентификации резисторов в российской промышленности применяют буквенно-цифровую маркировку. Сопротивление обозначается так: цифрами указывают номинал, а букву ставят либо за цифрами (в случае десятичных значений), либо перед ними (для сотен). Если номинал менее 999 Ом, то число наносится без буквы (или могут стоять буквы R либо Е). Если же значение указано в кОм, то за числом ставится буква К, букве М соответствует значение в МОм.
Номиналы американских резисторов обозначаются тремя цифрами. Первые две из них предполагают номинал, третья — количество нулей (десятков), добавляемых к значению.
При роботизированном производстве электронных узлов нанесенные символы нередко оказываются на той стороне детали, которая обращена к плате, это делает прочтение информации невозможным.
Как рассчитать мощность резистора в схеме
Чтобы рассчитать мощность резисторов в схеме, кроме сопротивления (R) необходимо знать силу тока (I). На основании этих данных можно рассчитать мощность. Формула обычная: P = I² * R. Квадрат силы тока умножить на сопротивление. Силу тока подставляем в Амперах, сопротивление — в Омах.
Если номинал написан в килоомах (кОм) или мегаомах (мОм), его переводим в Омы. Это важно, иначе будет неправильная цифра.
Для примера рассмотрим схему на рисунке выше. Последовательное соединение сопротивлений характерно тем, что через каждый отдельный резистор цепи протекает одинаковый ток. Значит мощность сопротивлений будет одинаковой. Последовательно соединенные сопротивления просто суммируется: 200 Ом + 100 Ом + 51 Ом + 39 Ом = 390 Ом. Ток рассчитаем по формуле: I = U/R. Подставляем данные: I = 100 В / 390 Ом = 0,256 А.
По расчетным данным определяем суммарную мощность сопротивлений: P = 0,256² * 390 Ом = 25,549 Вт. Аналогично рассчитывается мощность каждого из резисторов. Например, рассчитаем мощность резистора R2 на схеме. Ток мы знаем, его номинал тоже. Получаем: 0,256А² * 100 Ом = 6,55 Вт. То есть, мощность этого резистора должна быть не ниже 7 Вт. Брать с более низкой мощностью точно не стоит — быстро перегорит. Если позволяет конструктив прибора, то можно поставить резистор большей мощности, например, на 10 Вт.
При параллельном подключении расчет аналогичен. Нужно только правильно рассчитать ток, но это тема другой статьи. А формула расчета мощности резистора от типа соединения не зависит.
