Резистор: для чого він потрібен? Як дізнатися, який резистор потрібен?

При створенні радіоелектронних схем застосовується безліч різних елементів. Одні з найбільш використовуваних, без яких практично неможливо обійтися, – це резистори. Що вони собою являють? Які типи є? Який їх параметр найбільш важливий? І які особливості є при послідовному і паралельному з’єднанні?

• Що таке резистор?
• Хочете зрозуміти, що необхідно в конкретному випадку?
• Постійний резистор
• Змінний резистор
• Побудовний резистор
• Фоторезистор
• Терморезистор
• Розсіювана потужність
• Позначення потужності розсіювання
• Послідовне з “єднання
• Паралельне з “єднання
• Застосування
• Ув’язнення

Що таке резистор?

Так називають пасивний елемент електричного ланцюга, який чинить опір струму під час його протікання. У великих схемах вони застосовуються частіше, ніж будь-який інший елемент електроніки. Важливим є забезпечення режиму зміщення транзисторів при використанні в посилювальних каскадах. Але найбільш значущою функцією визнають контроль і регулювання напруги і значень струмів в електричних ланцюгах. Ми пізніше розглянемо, які їхні типи бувають. У рамках статті буде приділено увагу 5 основним, які найчастіше використовуються, але можуть бути й інші. Коли проводиться розрахунок резисторів, то обов’язково слід оцінити, яка необхідна потужність.

Хочете зрозуміти, що необхідно в конкретному випадку?

Як дізнатися, який резистор потрібен при створенні схем? Спочатку слід зрозуміти, що обов’язковим є знання сили струму або значення опору навантаження. У рамках статті буде розглянуто два варіанти впливу на характеристики схеми:

1) Якщо нічого невідомо, то беремо змінний резистор і підключаємо його послідовно з навантаженням. Обертаємо регулятор до того моменту, поки у нас не буде потрібна напруга. Тепер замість змінного опору підключаємо постійне з необхідними параметрами. Виміряйте той, що йде після резистора і перемножує отримане значення з напругою, що подається. Тоді будемо знати, скільки і куди подавати.

2) Необхідно знати раніше зазначені величини струму і навантаження. Для підвищення точності обчислення бажано також знати і значення внутрішнього опору джерела живлення.

Давайте змоделюємо трохи інші умови дій. Є один резистор як навантаження, закон Ома і необхідність розрахувати необхідний для ланцюга опір. Це досить цікавий момент і він заслуговує, щоб йому було приділено увагу. Чому було обрано саме таке формулювання? Справа в тому, що люди, які тільки починають займатися створенням схем, дуже часто ставлять таке питання. Але, на жаль, ланцюг міркувань, яким вони йдуть, є трохи невірним. Розрахувати необхідне значення з одним законом Ома тут не вийде. Необхідно додатково скористатися формулою обчислення додавального резистора: СДБ = СН (НІП-НН )/ПН = СН (х-1). Розберемо формулу:

СДБ – опір доданого резистора;

НДП – напруга джерела живлення;

ПН – напруга, що потрібно отримати на навантаженні.

Скористаємося цією формулою. Припустимо, що при опорі в 1 Ом СДБ буде становити 0,6 Ом. Якщо ми поставимо 5 Ом, то кінцевий результат буде 3,3 Ом. Чому все так? Це через те, що чим менший показник має опір навантаження, тим більша характеристика струму в ланцюгу. При цьому буде просаджуватися джерело живлення, адже він теж створює певні перешкоди для проходження струму. А враховуючи, що з цим буде падати і напруга, то виходить, що потрібен доданий резистор з меншими характеристиками для отримання бажаної напруги. Це напруга буквально «на пальцях». Може бути складно зрозуміти, що і як, але ви спробуйте.

Постійний резистор

Так називають пристрої, які є володарями постійного значення опору. Ця характеристика резистора не змінюється під дією зовнішніх впливів (температури, що протікає струму, світла, доданого напруження) в розумних рамках. Якщо так розібратися, то про всі радіоелементи можна сказати, що у них є внутрішні шуми і нестабільності через сторонній вплив. Але зазвичай це все настільки мізерно, що ігнорується аматорською радіоелектронікою і має сенс тільки при створенні дійсно складних систем, які навіть не факт, що десь збираються зараз.

Змінний резистор

Так називають пристрої, значення опору яких можна змінити за допомогою спеціальної ручки (вона може бути повзункового, кнопкового або обертового типу). Навіщо потрібен резистор подібного типу? Гарним прикладом застосування цього елемента є регулятор гучності на звукових колонках комп’ютера або мобільного телефону.

Побудовний резистор

Так називаються пристрої, режим роботи яких змінюється лише зрідка. Щоб регулювати значення опору, необхідно за допомогою викрутки покрутити шлиць, який має резистор. Для чого він потрібен? Широке поширення вони отримали на друкованих платах радіосхем як ділник струму або напруги.

Фоторезистор

Це спеціальні пристрої, які можуть змінювати значення свого опору під впливом світла. Фоторезистори виробляються з напівпровідникових матеріалів. Якщо необхідно реагувати на наявність видимого світла, то застосовують селенід і сульфід кадмію. Щоб реєструвати інфрачервоне випромінювання, використовують німеччину.

Терморезистор

Це спеціальний пристрій, за допомогою якого можна вимірювати температуру зовнішнього середовища. Терморезистор також використовується в ланцюгах термостабілізації для транзисторних каскадів. Як вже можна було здогадатися, його опір може змінюватися під впливом температури. В інкубаторах для курчат, оранжереях, виробничих апаратах – скрізь можна знайти цей резистор. Для чого він потрібен? Щоб при досягненні певної температурної межі включалися системи опалення\охолодження.

Розсіювана потужність

Це поглинана резистором енергія, яка утворюється струмом і напругою. Через те, що відбувається саме розсіювання, а не збереження, даний пристрій і називається пасивним. Завдяки цьому про резистора можна говорити як про активний елемент, який однаково може працювати в ланцюгах змінного і постійного струмів.

Позначення потужності розсіювання

Як зрозуміти, що може зробити постійний резистор? Для цього необхідно подивитися на його позначення:

1. Коли є дві косі лінії, потужність розсіювання становить 0,125 Вт.
2. Є одна коса лінія – потужність розсіювання дорівнює 0,25 Вт.
3. Одна горизонтальна лінія – потужність розсіювання 0,5 Вт.
4. Одна вертикальна лінія – потужність розсіювання 1 Вт.
5. Дві вертикальні лінії – потужність розсіювання 2 Вт.
6. Дві косі лінії, що створюють латинську букву V, – потужність розсіювання 5 Вт.

Починаючи від Ватта, для позначення використовуються римські цифри.

Послідовне з “єднання

Коли має сенс застосовувати подібний підхід? Якщо треба отримати значний опір, але є резистори з малим номіналом, то використовують послідовно з’єднання. Щоб оцінити, що і як зроблено в схемі, то потрібно просумувати їх характеристики.

Паралельне з “єднання

А де необхідний такий підхід? Тут загальний опір резисторів дорівнюватиме сумі, яка є йому назад пропорційною. Цю величину також називають «провідність». Вам може бути трохи складно зрозуміти, про що автор веде мову, тому пропонуємо поглянути на таку формулу (С – опір):

Застосування

Ось ми і зрозуміли, що таке резистор, для чого він потрібен. Фото, розміщені в статті, дозволяють зрозуміти, як він виглядає. Але хочеться приділити увагу і його застосуванню. Отже, резистор. Для чого він потрібен в машині? Як ви знаєте, в автомобілях використовується значна кількість електроніки. Ось для контролю її роботи його і застосовують. Для чого потрібен резистор пічки в автомобілі? Чи бачили можливість перемикання та налаштування температурного режиму? Ось для чого потрібен резистор опалювача! Адже без нього можна було б включити тільки заздалегідь встановлені налаштування і все. Тепер подумаємо, навіщо потрібен резистор для світлодіоду? За його допомогою можна регулювати яскравість його світіння. Як ви могли здогадатися, якщо уважно читали статтю, відповідь на питання про те, які резистори потрібні для світлодіодів, – змінні!

Ув’язнення

Як бачите, резистор – це необхідна і корисна річ, яка має широкі можливості застосування. Теоретично обійтися без резистора можна в найпростіших схемах, на пару деталей, при тому, що джерела енергії будуть дуже точно обрані. Але таке малоймовірно, і для досягнення необхідного значення цих показників доведеться тривалий час підбирати їх. Ось для спрощення процесу і застосовуються резистори, адже вони дозволяють проводити значні перепади характеристик, відкриваючи можливість навіть кратної їх зміни.

Резистори: призначення, класифікація і параметри

Резистори призначені для перерозподілу і регулювання електричної енергії між елементами схеми. Принцип дії резисторів заснований на здатності радиоматериалов чинити опір протікає через них електричного струму. Особливістю резисторів є те, що електрична енергія в них перетворюється в тепло, яке розсіюється в навколишнє середовище.

Класифікація та конструкції резисторів

За призначенням дискретні резистори ділять на резистори загального призначення, прецизійні, високочастотні, високовольтні, високоомні і спеціальні. За постійності значення опору резистори поділяють на постійні, змінні і спеціальні. Постійні резистори мають фіксовану величину опору, у змінних резисторів передбачена можливість зміни опору в процесі експлуатації, опір спеціальних резисторів змінюється під дією зовнішніх чинників: що протікає струму або прикладеної напруги (варистори), температури (терморезистори), освітлення (фоторезистори) і т. Д.

По виду токопроводящего елемента розрізняють дротові і недротяні резистори. За експлуатаційними характеристиками дискретні резистори ділять на термостійкі, вологостійкі, вібро-та ударостійкі, високонадійні і т. Д.

Основним елементом конструкції постійного резистора є резистивний елемент, який може бути або плівковим, або об’ємним. Величина об’ємного опору матеріалу визначається кількістю вільних носіїв заряду в матеріалі, температурою, напруженістю поля і т. Д. І виражається відомим співвідношенням

де ρ – питомий електричний опір матеріалу;

l – довжина резистивного шару;

S – площа поперечного перерізу резистивного шару.

В чистих металах завжди є велика кількість вільних електронів, тому вони мають мале ρ і для виготовлення резисторів не застосовуються. Для виготовлення дротяних резисторів застосовують сплави нікелю, хрому і т. Д., Що мають велике ρ.

Для розрахунку опору тонких плівок користуються поняттям питомої поверхневого опору ρ _s під яким розуміють опір тонкої плівки, що має в плані форму квадрата. Величина ρ _s пов’язана з величиною ρ і легко може бути отримана з (2.1), якщо прийняти в ній S = δw де w – ширина резистивної плівки. δ – товщина резистивной плівки.

де – питомий поверхневий опір, залежне від товщини плівки δ. Якщо l = w, то R = ρ _S, причому значення опору не залежить від розмірів сторін квадрата.

На рис. 2.1 представлено пристрій плівкового резистора. На діелектричне циліндричне підстава 1 нанесена резистивная плівка 2. На торці циліндра надіті контактні ковпачки 3 з провідного матеріалу з припаяними до них висновками 4. Для захисту резистивной плівки від впливу зовнішніх факторів резистор покривають захисною плівкою 5.

де l – довжина резистора (відстань між контактними ковпачками); D – діаметр циліндричного стрижня.

Така конструкція резистора забезпечує отримання порівняно невеликих опорів (сотні Ом). Для збільшення опору резистивную плівку 2 наносять на поверхню керамічного циліндра 1 в вигляді спіралі (рис. 2.2).

Опір такого резистора визначається співвідношенням

α – ширина канавки (відстань між сусідніми витками спіралі);

На рис. 2.3 показана конструкція об’ємного резистора, що представляє собою стрижень 1 з струмопровідної композиції круглого або прямокутного перерізу з запресованими дротяними висновками 2. Зовні стрижень захищений стеклоемалевим або склокерамічною оболонкою 3. Опір такого резистора визначається співвідношенням (2.1).

Постійний дротяний резистор являє собою ізоляційний каркас, на який намотана дріт з високим питомим електричним опором. Зовні резистор покривають термостійкої емаллю, обпресовують пластмасою або герметизують металевим корпусом, що закривається з торців керамічними шайбами.

Вибір типу для конкретної схеми проводиться з урахуванням умов роботи і визначається параметрами резисторів. Резистор можна розглядати як елемент, що володіє тільки активним опором, визначеним його резистивним елементом. Крім опору резистивного елемента він має ємність, індуктивність і додаткові паразитні опору. Еквівалентна схема постійного резистора представлена ​​на рис. 2.7.

На схемі R _R – опір резистивного елемента, R _з – опір ізоляції, яке визначається властивістю захисного покриття і підстави, R _к – опір контактів, L _R – еквівалентна індуктивність резистивного шару і висновків резистора, С _R – еквівалентна ємність резистора, С _к1 і С _к2 – ємності висновків. Активний опір резистора визначається співвідношенням

Опір R _до має істотне значення тільки для низькоомних резисторів. Опір R _з практично впливає на загальний опір тільки високоомних резисторів. Реактивні елементи визначають частотні властивості резистора. Через їх наявності опір резистора на високих частотах стає комплексним. Відносна частотна похибка визначається співвідношенням

де Z – комплексний опір резистора на частоті ω.

На практиці, як правило, величини L і С невідомі. Тому для деяких типів резисторів вказують значення узагальненої постійної часу τ _{m ах,} яка пов’язана з відносною частотної похибкою опору наближеним рівнянням:

Частотні властивості недротяних резисторів значно краще, ніж дротяних.

Параметри резисторів характеризують експлуатаційні можливості застосування конкретного типу резистора в конкретної електричної схеми.

Номінальний опір R _ном і його допустиме відхилення від номіналу ± Δ R є основними параметрами резисторів. Номінали опорів стандартизовані відповідно до ГОСТ 28884 – 90. Для резисторів загального призначення ГОСТ передбачає шість рядів номінальних опорів: Е6, Е12, Е24, Е48, Е96 і Е192. Цифра вказує кількість номінальних значень в даному ряду, які узгоджені з допустимими відхиленнями (табл. 2.1).

Номінальні значення опорів визначаються числовими коефіцієнтами, що входять в табл. 2.1, які множаться на 10 n, де п – ціле позитивне число. Так, наприклад, числовому коефіцієнту 1,0 відповідають резистори з номінальним опором, рівним 10, 100, 1000 Ом і т. Д.

Номінальна потужність розсіювання Р _ном визначає допустиму електричне навантаження, яку здатний витримати резистор протягом тривалого часу при заданій стабільності опору.

Як уже зазначалося, протікання струму через резистор пов’язано з виділенням тепла, яке має розсіюватися в навколишнє середовище. Потужність, що виділяється в резисторі у вигляді тепла, визначається величиною прикладеної до нього напруги U і струму, що протікає I і дорівнює

Потужність, що розсіюється резистором в навколишнє середовище, пропорційна різниці температур резистора Т _R і навколишнього середовища Т _0:

Ця потужність залежить від умов охолодження резистора, що визначаються значенням теплового опору R _T, яке тим менше, чим більше поверхня резистора і теплопровідність матеріалу резистора.

З умови балансу потужностей можна визначити температуру резистора, що наочно показано на рис. 2.8, а.

Отже, при збільшенні потужності, що виділяється в резисторі, зростає його температура Т _R, що може привести до виходу резистора з ладу. Для того щоб цього не сталося, необхідно зменшити R _T, що досягається збільшенням розмірів резистора. Для кожного типу резистора існує певна максимальна температура T _max, перевищувати яку не можна. Температура Т _R, як випливає з вищевикладеного, залежить також від температури навколишнього середовища. Якщо вона дуже висока, то температура Т _R може перевищити максимальну. Щоб цього не сталося, необхідно зменшувати потужність, що виділяється в резисторі (рис. 2.8, б). Для всіх типів резисторів в ТУ обумовлюють зазначені залежності потужності від температури навколишнього середовища (рис. 2.8, в). Номінальні потужності стандартизовані (ГОСТ 24013-80 і ГОСТ 10318-80) і відповідають ряду: 0,01; 0,025; 0,05; 0,125; 0,25; 0,5; 1; 1,2; 5; 8; 10; 16; 25; 50; 75; 100; 160; 250; 500.

Гранична робоча напруга U _визна чає величину допустимого напруги, яке може бути докладено до резистору.Для резисторів з невеликою величиною опору (сотні Ом) ця величина визначається потужністю резистора і розраховується за формулою

Для інших резисторів граничне робоча напруга визначається конструкцією резистора і обмежується можливістю електричного пробою, який, як правило, відбувається по поверхні між висновками резистора або між витками спіральної нарізки. Напруга пробою залежить від довжини резистора і тиску повітря. При довжині резистора що не перевищує 5 см воно визначається за формулою

ЗначеніеU _перед вказується в ТУ, воно завжди менше U _проб. При випробуванні резисторів на них подають випробувальну напругу U _ісп яке більше U _перед і менше U _проб.

Температурний коефіцієнт опору (ТКС) характеризує відносну зміну опору при зміні температури:

Цей коефіцієнт може бути як позитивним, так і негативним. Якщо резистивная плівка товста, то вона поводиться як об’ємне тіло, опір якого з ростом температури зростає. Якщо ж резистивная плівка тонка, то вона складається з окремих «острівців», опір такої плівки з ростом температури зменшується, так як поліпшується контакт між від діловими «острівцями». У різних резисторів ця величина лежить в межах ± (7-12) · 10 -4.

Коефіцієнт старіння β _R характеризує зміну опору, яке викликається структурними змінами резистивного елемента за рахунок процесів окислення, кристалізації і т. Д:

В ТУ зазвичай вказують відносну зміну опору у відсотках за певний час (1000 або 10 000 ч).

ЕРС шумів резистора. Електрони в резистивном елементі знаходяться в стані хаотичного теплового руху, в результаті якого між будь-якими точками резистивного елемента виникає випадково змінюється електрична напруга і між висновками резистора з’являється ЕРС теплових шумів. Тепловий шум характеризується безперервним, широким і практично рівномірним спектром. Величина ЕРС теплових шумів визначається співвідношенням

де К = 1,38-10- 23 Дж / К постійна Больцмана;

Т – абсолютна температура, К;

Δ f- смуга частот, в якій вимірюються шуми.

При кімнатній температурі (T = 300 К)

Якщо резистор включений на вході високочутливого підсилювача, то на його виході будуть чутні характерні шуми. Знизити рівень цих шумів можна, лише зменшивши опір До або температуру Т.

Крім теплових шумів існує струмовий шум, що виникає при проходженні через резистор струму. Цей шум обумовлений дискретної структурою резистивного елемента. При проходженні струму виникають місцеві перегріви, в результаті яких змінюється опір контактів між окремими частинками струмопровідного шару і, отже, флюктуирует (змінюється) значення опору, що веде до появи між висновками резистора ЕРС струмових шумів E _i. Токовий шум, так само як і теплової, має безперервний спектр, але інтенсивність його збільшується в області низьких частот.

Оскільки значення струму, що протікає через резистор, залежить від значення прикладеної напруги U, то в першому наближенні можна вважати

де K _i – коефіцієнт, що залежить від конструкції резистора, властивостей резистивного шару і смуги частот. Величина K _i вказується в ТУ і лежить в межах від 0,2 до 20 мкВ / В. Чим однорідніше структура, тим менше струмовий шум. У металоплівкових і вуглецевих резисторів величина K _i ≤ 1,5 мкВ / В, у композиційних поверхневих резисторів До _i ≤ 40 мкв / В, у композиційних об’ємних резисторів До _i ≤ 45 мкв / В. У дротяних резисторів струмовий шум відсутній. Токовий шум вимірюється в смузі частот від 60 до 6000 Гц. Його величина значно перевищує величину теплового шуму.

Отримати у викладача досліджуваний елемент і провести розрахунок його конструктивних параметрів за варіантами і даними в табл 1.

Визначити наступні параметри резистора:

· Необхідний питомий опір матеріалів для резистивного шару ρ,

· Питомий поверхневий опір ρs,

· Граничне (пробивну) робоча напруга Uпред (проб),

✅Для чого потрібен резистор?

У будь-якій електричній схемі використовується резистор, який, попри свій невеликий розмір, грає важливу роль в роботі електричного приладу. Саме в цьому і потрібно розібратися, оскільки багато хто не знає, навіщо потрібний резистор в електричному ланцюзі.

Цей пасивний елемент володіє змінним або певним значенням опору, яке і використовується в електричних і електронних пристроях. Є різні варіанти резисторів, наприклад, за призначенням виділяються елементи загального і спеціального призначення. До другої групи відносяться високоомні, високовольтні, високочастотні і прецизійні резистори.

Для чого потрібен резистор?

Резистор призначений для лінійного перетворення сили струму в напругу і навпаки. Ще він може поглинати електричну енергію, утримуючи струм, а також він здатний ділити і зменшувати напругу. З’ясовуючи, для чого потрібен резистор в електричному ланцюзі, можна підвести певну риску, тобто використовують цей елемент для того, щоб отримати бажані параметри струму.

Тепер поговоримо про те, де саме використовується резистор. Насправді сфери його застосування постійно розширюються, наприклад, він є в низьковольтних приладах, а також в потужних промислових установках.

Багатьох цікавить, для чого потрібен резистор в свічці запалювання. Найчастіше цей елемент використовується для того, щоб зменшити перешкоди. Є також свічки, в яких резистор спрямований на обмеження струму, враховуйте закон Ома, завдяки чому знижується ризик згоряння високовольтної обмотки при замиканні електрода свічки на масу.

У тому, навіщо потрібен резистор, розібралися, тепер розглянемо ще деяку корисну інформацію, наприклад, способи підключення резисторів в електричному ланцюзі. Ці елементи можуть з’єднуватися послідовно від інших деталей, включених в мережу.

Наступний варіант з’єднання – паралельне, і в такому випадку опір є зворотною величиною номінального значення. Є змішане з’єднання.

Часто електричні ланцюги виходять з ладу саме через несправності резисторів. Саме тому важливо знати, як саме можна перевірити працездатність цього елемента.

Для проведення процедури необхідно мати мультиметр, який встановлюють на вимірювання опору. Дані, отримані в результаті вимірювання, порівнюються з показниками, зазначеними на корпусі резистора. Якщо вони не збігаються, значить, елементи необхідно замінювати.

Таблиця з поясненнями на тему “Для чого потрібен резистор?”

Підсумок: резистор – це електричний компонент, який має опір для обмеження електричного струму в колах. Опір, який вони генерують, є основною властивістю, що використовується для різних цілей.

Резистори можуть керувати струмом, регулювати напругу, захищати від перегріву та змін температури, а також використовуватися для фільтрації сигналів. Їхнє використання в електричних колах робить їх ключовим елементом у технології та електроніці, де керування струмом та напругою є важливими аспектами роботи пристроїв.