Раздел 1 Резисторы

Тема 1.1 Классификация резисторов, основные параметры

Резистор (от латинского «resisto», что означает "сопротивляюсь") – это пассивный элемент электрической цепи, обладающий определённым или переменным значением электрического сопротивления.

В отличие от активных элементов, пассивные не имеют возможности управлять потоком электронов.

В народе резисторы называют «резюками» или просто «сопротивление».

Резисторы отвечают за линейное преобразование силы тока в напряжение и наоборот, а также для ограничения тока и поглощения электрической энергии.

Резистор является одним из самых популярных компонентов и используется в большинстве электронных устройств.

Для чего нужен резистор в электрической цепи

рис. 1 - Наглядный пример работы резистора

Закон Ома - основное правило для электрических цепей, описывающее взаимоотношения между главными ее параметрами: напряжением, силой тока и сопротивлением. За один из этих параметров - сопротивление - и отвечает наш резистор. Закон Ома, как все фундаментальное, гениален и прост. Выглядит так:

U=I*R, где:

U - напряжение в Вольтах (В, V);

I - сила тока в Амперах (А);

R - сопротивление в Омах (Ом, Ohm).

Например, если подключить светодиод, практически не имеющий внутреннего сопротивления, напрямую к питанию, мы получим в цепи ток, стремящийся к бесконечности (U/0), то есть, по факту, короткое замыкание. Светодиод попросту сгорит, не верите - проверьте. Поэтому, даже в такую простейшую схему обязательно следует добавить резистор, он уменьшит силу тока с бесконечности до того значения, которое обеспечит светодиоду долгие годы счастливой жизни. Номинал резистора подбирается исходя из вольтажа питания и характеристик светодиода, в нашем случае для подключения сигнального светодиода к Ардуино достаточно резистора на 220-240 Ом.

рис.2 – подключение светодиода

Также резисторы работают как:

• преобразователи тока в напряжение и наоборот;

• делители напряжения, это свойство применяется в измерительных аппаратах;

• элементы для снижения или полного удаления радиопомех.

Основные характеристики и разновидности

Резистор выбирается для каждого случая применения в зависимости от назначения и параметров конкретной цепи.

К основным характеристикам относятся:

• Номинальное сопротивление. Основное свойство, измеряемое в Ом и его производных: кОм, МОм и так далее.

• Точность. На сколько процентов может отличаться реальное сопротивление от заявленного.

• Предельная рассеиваемая мощность. Какую мощность способен выдерживать (рассеивать) резистор при долгой стабильной работе. Мощность измеряется в Ваттах и вычисляется по формуле P=I^2*R. Чем мощнее резистор, тем он крупнее и тем толще его “ноги”.

• Предельное рабочее напряжение.

Резисторы также отличаются по:

• Способу монтажа: DIP(выводные) и SMD,

• Конструкции: проволочный или металлопленочный,

• Характеру изменения сопротивления, и об этом поговорим немного подробнее.

Выводные резисторы

Предназначены для монтажа сквозь печатную плату. Выводы могут располагаться аксиально и радиально. Такие детали использовались в старой аудио- и видеоаппаратуре. Сейчас они применяются в простых аппаратах и в тех случаях, когда использование SMD-резисторов по каким-либо причинам невозможно.

Выводные резисторы по конструкции бывают проволочными, металлопленочными и композитными.

SMD-резисторы

SMD-резисторы (или чип-резисторы) рассчитаны на поверхностный монтаж и выводов не имеют. Эти миниатюрные детали малой толщины изготавливаются прямоугольной или овальной формы. Имеют небольшие контакты, впаянные в поверхность. Их преимущества – экономия места на плате, упрощение и ускорение процесса сборки платы, возможность использования для автоматизированного монтажа.

SMD-резисторы изготавливают по пленочной технологии. Они могут быть тонко- и толстопленочными. Резистивную толстую или тонкую пленку наносят на изоляционную подложку. Подложка выполняет две функции: основания и теплоотводящего компонента.

Несмотря на одинаковую роль - ограничение тока - резисторы могут сильно отличаться по возможности изменения сопротивления, которое определяется стоящими перед ним задачами. Итак, резистор бывает:

• Постоянным. “Обычный” резистор с четко установленным номинальным сопротивлением, которое не меняется, во всяком случае при допустимых режимах работы.

Вот так выглядит  постоянный резистор на электрических схемах:

Вот так маркируются мощности на советских резисторах:

Далее мощность маркируется с помощью римских цифр. V — 5 Ватт, X — 10 Ватт, L  -50 Ватт и тд.

• Переменным. Используются в качестве регуляторов-крутилок или ползунков, а также как датчиков положения.

На схемах обозначаются так:

Соответственно отечественный и зарубежный вариант.

• Подстроечным. Почти то же самое, что переменный, но более точный и не рассчитанный на частую регулировку, а потому, обычно, более мелкий и “под отвертку”. У них есть специальные пазы для регулировки сопротивления (отмечены красной рамкой):

Термистором. Сопротивление меняется в зависимости от температуры, применяется как грубый, но надежный “градусник” в измерительных приборах и системах автоматизации. Есть такой важный параметр термисторов, как ТКС — тепловой коэффициент сопротивления. Грубо говоря, этот коэффициент показывает на сколько изменится сопротивление термистора при изменении температуры окружающей среды.

Этот коэффициент может быть как отрицательный, так и положительный.  Если ТКС отрицательный, то такой термистор называют термистором, а если ТКС положительный, то такой термистор называют позистором.  У термисторов  при увеличении температуры окружающей среды сопротивление падает. У позисторов с увеличением температуры окружающей среды  растет и сопротивление.

Так как термисторы обладают отрицательным коэффициентом (NTC — Negative Temperature Coefficient — отрицательный ТКС), а позисторы положительным коэффициентом (РТС — Positive Temperature Coefficient — положительный ТКС), то и на схемах они будут обозначаться соответствующим образом.

• Фоторезистором. Сопротивление меняется в зависимости от освещенности. Применений масса, от управления освещением, до датчиков охранных систем.

На схемах они обозначаются вот таким образом:

• Тензорезистором. Сопротивление зависит от деформации, которая, в свою очередь, зависит от приложенной нагрузки. Используются в весах и прочих приборах для измерения физических воздействий.

Принцип действия их работы основан на растяжении тонких печатных проводников. При растяжении они становятся еще тоньше. Это все равно, что вытягивать жевательную резинку. Чем больше вы ее вытягиваете, тем тоньше она становится. А как вы знаете, чем тоньше проводник, тем бОльшим сопротивлением он обладает.

На схемах тензорезистор выглядит вот так:

• Варистором. Сопротивление зависит от приложенного напряжения, незаменим в качестве локального предохранителя. При превышении заданного порога напряжения резко увеличивает сопротивляемость, тем самым спасая остальные элементы цепи от мучительного и, порой, недешевого сгорания.

На схемах варисторы обозначаются вот таким образом:

Номинал постоянного резистора в корпусе DIP кодируется на корпусе в виде цветных полос, включая класс точности и температурный коэффициент.

В четырехполосном коде первые две полосы означают два знака номинала, третья полоска – это десятичный множитель, то есть это степень, в которую нужно возвести число, обозначающее номинал. Четвертая полоска указывает класс точности элемента. В пятиполосном шифре третья полоса обозначает знак номинала, четвертая – десятичный множитель, а пятая – класс точности. Если присутствует шестая полоса, то она обозначает температурный коэффициент. Если же это кольцо шире остальных в полтора раза, то оно характеризует процент отказов.

В интернете существует масса онлайн калькуляторов, способных облегчить задачу “дешифровки” номинала. Номинал SMD резистора пишется прямо на корпусе цифрами и буквами.

Как измерить сопротивление резистора

Любой резистор обладает сопротивлением. Кто не в курсе, что такое сопротивление и как оно измеряется, в срочном порядке читаем эту статью. Сопротивление измеряется в Омах. Но как же нам узнать сопротивление резистора? Есть прямой и косвенный методы.

Прямой метод он самый простой. Нам нужно взять мультиметр и просто замерять сопротивление резистора. Давайте рассмотрим, как все это выглядит. Я беру мультиметр, выставляю крутилку на измерение сопротивления и цепляюсь к выводам резистора.

Косвенный метод измерения заключается в том, что мы будем рассчитывать сопротивление резистора через закон Ома.

Поэтому, чтобы узнать сопротивление резистора, нам надо напряжение на концах резистора поделить на силу тока, которая течет через резистор. Все довольно просто!

Допустим, я хочу узнать сопротивление нити накала лампочки, когда она источает свет. Думаю, некоторые из вас в курсе, что сопротивление холодной вольфрамовой нити и раскаленной — это абсолютно разные сопротивления. Я ведь не смогу измерить мультиметром в режиме измерения сопротивления раскаленную вольфрамовую нить лампы накаливания, так ведь? Поэтому, нам как нельзя кстати подойдет эта формула

Давайте же узнаем это на опыте. У меня есть лабораторный блок питания, который показывает сразу напряжение и силу тока, которая течет через нагрузку. Беру лампу, выставляю на блоке питания напряжение, которое написано на самой лампе и подключаю ее к клеммам блока питания.

Итак, получается, что на выводах лампы сейчас напряжение 12 Вольт, а ток, который течет в цепи, а следовательно и через лампу  0,71 Ампер.

Получаем, что сопротивление раскаленной нити лампы в данном случае составляет

Шумы резисторов и способы их уменьшения

Собственные шумы резистивных элементов состоят из тепловых и токовых шумов. Тепловые шумы, спровоцированные движением электронов в токопроводящем слое, усиливаются при повышении температуры нагрева детали и температуры окружающей среды. При протекании тока генерируются токовые шумы. Токовые шумы, значение которых существенно выше тепловых, в основном характерны для непроволочных резисторов.

Способы борьбы с шумами:

-Применение в схеме типов резисторов, в которых шумы невелики, благодаря технологии изготовления.

-Переменные резисторы шумят больше постоянных, поэтому в схеме стараются использовать элементы с переменным сопротивлением минимального номинала или не применять их вообще.

-Использование резисторов с бОльшей мощностью, чем требуется по технологии.

-Принудительное охлаждение элемента путем установки поблизости вентилятора.