- Что такое резистор
- Устройство и принцип работы
- Чем отличается резистор от реостата, транзистора
- Виды резисторов
- По типу резистивного материала
- Проволочные резисторы
- Металлопленочные резисторы
- Металлооксидные пленочные резисторы
- Фольговые резисторы
- Углеродные композиционные резисторы
- Углеродные пленочные резисторы
- По назначению сопротивления
- По количеству контактов
- Другие
- Постоянные резисторы
- Переменные резисторы
- Термисторы
- Варисторы
- Фоторезисторы
- Тензорезисторы
- Номиналы резисторов
- Параметры резисторного элемента
- Обозначение на схемах
- В чем измеряется сопротивление резистора
- От чего зависит сопротивление резистора
- Зависимость сопротивления от температуры
- От других параметров
- Электрические величины
- Тип и геометрические параметры
- Расчет резисторов
- Формула для расчета сопротивления и мощности
- Последовательное соединение
- Параллельное соединение
- Смешанное соединение
- Мощность
- Могут ли быть погрешности и какие
- Делитель напряжения
- Величина напряжения, обеспеченная резисторным элементом
- Как использовать на практике
- Маркировка сопротивления резисторов.
Что такое резистор
Резистор — самый распространенный радиоэлемент, используемый в электронике. Могу со 100% уверенностью сказать, что абсолютно на любой плате любого устройства вы найдете хотя бы один резистор. Резистор обладает важным свойством: он оказывает активное сопротивление электрическому току. Есть еще реактивное сопротивление. Узнайте больше о реактивном и активном сопротивлении.
Устройство и принцип работы
Конструкция постоянных резисторов довольно проста. Они состоят из керамической трубки, на которую намотана проволока или нанесена резистивная пленка с определенным сопротивлением. В концы трубки вставлены металлические колпачки с припаянными выводами для поверхностного монтажа. Для защиты слоя используется слой краски и лака.
Расположение указанных элементов можно понять из фиг. 2 ниже.
В большинстве моделей традиционно сохранялась такая конструкция, но сегодня существует несколько типов резисторов, в которых используется резистивный материал, конструкция которых несколько отличается от конструкции, описанной выше.
Рис. 2. Структура резистора
Современное электронное оборудование состоит из плат с миниатюрными деталями. Поскольку тенденция к уменьшению размеров электронных устройств продолжается, требования к уменьшению размеров также затронули резисторы. Беспроводные резисторы идеально подходят для этой цели. Они просты в изготовлении, а их номинальная мощность хорошо подходит для маломощных цепей.
Казалось бы, эпоха проволочных резисторов постепенно уходит в прошлое. Однако это не так. Потребность в сопротивлении проводов остается в областях, где транзисторы с металлической пленкой или композитным резистивным слоем не могут справиться с мощностью электрических цепей.
Для беспроводных резисторов используются следующие резистивные материалы:
- нихром;
- манганин;
- константан;
- никелин;
- оксиды металлов;
- металлические диэлектрики;
- углерод и другие материалы.
Эти вещества обладают высоким удельным сопротивлением. Это позволяет изготавливать электронные компоненты с очень маленькими размерами при сохранении номинальных значений.
Размеры и формы корпусов, выводы современных резисторов соответствуют стандартам, разработанным для автоматической сборки печатных плат. Для надежного соединения проводов пайкой выводы деталей проходят процесс лужения.
Несколько сложнее конструкция подстроечного (рис. 3) и подстроечного (рис. 4) резисторов. Эти переменные транзисторы состоят из кольцевой резистивной пластины, по которой скользит ползунок. Двигаясь по кругу, подвижный контакт изменяет расстояние между точками резистивного слоя, что приводит к изменению сопротивления.
Рис. 3. Регулирующие резисторы
Рис. 4. Подстроечные резисторы
Принцип работы.
Работа резистора основана на действии закона Ома: I = U/R, где I — сила тока, U — напряжение, R — сопротивление на участке цепи. Формула показывает, как параметры тока и напряжения зависят от номинала резистора.
Подбирая резисторы соответствующего номинала, можно изменять значения тока и напряжения на участках цепи. Например, увеличив сопротивление последовательно включенного резистора на участке цепи, можно пропорционально уменьшить ток.
Условно резистор можно представить как узкое горлышко в отрезке трубки, по которому протекает некоторая жидкость (см рис. 5). На выходе из горловины давление будет меньше, чем на ее входе. Примерно то же самое происходит и с потоком заряженных частиц: чем больше сопротивление, тем слабее ток на выходе сопротивления.
Рис. 5. Принцип работы
Чем отличается резистор от реостата, транзистора
Реостат представляет собой электрический прибор. Который способен регулировать ток и напряжение в электрической цепи. В общем, это аналог переменного резистора. Он включает в себя токопроводящий элемент и регулятор сопротивления. Воздействовать на изменение индикатора можно плавно, а при желании можно и пошагово. В стандартизации реостат называют переменным, подстроечным и подстроечным резисторами.
Транзистор — это устройство для управления электрическим током. По сути, он усиливает ток и может им управлять, а проводник регулирует сопротивление в сети. Внешне два элемента существенно отличаются друг от друга. Резистор имеет цилиндрическую форму и цвет, а транзистор заключен в квадратный пластиковый или металлический корпус.
Важно! Резистор может работать с любым током, а транзистор может работать только с постоянным током.
Выводы: у проводников одинаковая функциональность, а у транзистора другая. Также транзистор является полярным элементом, а резистор неполярным. По этой причине спутать два предмета можно только в том случае, если человек совершенно далек от электротехники и радиоэлектроники.
Резистор – необходимый элемент во всех микросхемах современных электроприборов. Обеспечивая сопротивление в цепи, полупроводник делит или снижает напряжение, благодаря чему различные устройства могут работать от сети. Сопротивление току измеряется в омах, а правильный подбор полупроводника обеспечит длительную работу любого электроприбора. Вот мы и выяснили, что такое резистор и зачем он нужен, чем он отличается от реостата и транзистора и как обозначается на схемах.
Виды резисторов
Резистор — инертный (пассивный) элемент цепи, сопротивление которого может быть постоянным или переменным. Это зависит от вашего дизайна. Он используется для регулирования тока и напряжения в цепях, рассеиваемой мощности и других ограничений. Дословный перевод английского слова «сопротивление» — сопротивляться.
Резисторы можно классифицировать по следующим признакам:
- назначение элемента;
- обменный курс сопротивления;
- материал изготовления;
- тип проводника в элементе;
- ВАХ — вольт-амперная характеристика;
- способ установки.
Устройства делятся на элементы общего и специального назначения. Специальные детали имеют более высокие требования к прочности, частоте, рабочему напряжению или особой точности.
По типу изменения сопротивления делит их на постоянные и переменные. Переменные резисторы конструктивно отличаются не только от элементов с постоянным сопротивлением, но и друг от друга. Они разные по конструкции — есть регулировка и регулировка.
Регулировочные элементы переменного типа рассчитаны на частое изменение сопротивления. Это часть схемы работы устройства.
Тип подстройки предназначен для подстройки и регулировки схемы во время первоначального запуска. После этого изменение положения регулятора не производится.
При изготовлении резистивных тел (рабочей поверхности) используются такие материалы, как:
- графитовые смеси;
- ленты из металлизированной пленки (оксид;
- кабель;
- композитные компоненты.
Особое место в этом ряду занимают интегральные элементы. Это резисторы, выполненные в виде p-n перехода, представляющего собой зигзагообразный канал, встроенный в микросхему микросхемы.
Внимание! Для интегральных элементов всегда характерна более высокая нелинейность их ВАХ. Поэтому их применяют там, где использование других типов невозможно.
По типу вольт-амперной характеристики рассматриваемые элементы разделяются на линейные и нелинейные. Особенность нелинейности заключается в том, что компонент изменяет свое сопротивление в зависимости от следующих характеристик:
- напряжения (варисторы);
- температура (термисторы);
- уровень магнитного поля (магниторезисторы);
- значения освещения (фоторезисторы);
- коэффициент деформации (тензодатчики).
Нелинейность ВАХ расширила возможности ее применения.
Способ монтажа может быть:
- печатный;
- навесной;
- интегрированный.
В печатном монтаже выводы детали вставляются в отверстие в плате, после чего припаиваются к контактной дорожке панели. Этот метод установки автоматизирован, а пайка осуществляется путем погружения контактных площадок в ванну с припоем.
Сборка, по большей части, ручная. Выводы соединяемых деталей сначала скручиваются, а затем припаиваются для улучшения контакта. Сам сварной шов не рассчитан на механическое воздействие.
Встроенная сборка осуществляется в процессе изготовления микросхемы.
По типу резистивного материала
Элементы могут быть проволочными, беспроводными или из листового металла. Высокопрочная проволока является признаком проволочного элемента, для ее изготовления используются такие сплавы, как нихром, константан или никель. Пленки с более высоким удельным сопротивлением являются основой для беспроводных элементов. В листовом металле используется специальный лист. Теперь посмотрим, из чего состоят резисторы.
Беспроводные делятся на тонкослойные и композитные, толщина первых измеряется в нанометрах, а вторых — в долях миллиметра. Тонкослойные делятся на:
- металлическая ржавчина;
- металлический;
- бор-углерод;
- металл-диэлектрик;
- углерода.
Композиты, в свою очередь, делятся на объемные и пленочные. Последний может быть с органическим или неорганическим диэлектриком. Чтобы понять, имеет ли резистор полярность, нужно знать, что его стороны идентичны.
Проволочные резисторы
Рисунок 9 – Резисторы с проволочной обмоткой
Резисторы с проволочной обмоткой изготавливаются путем спиральной намотки провода с высоким сопротивлением вокруг непроводящего сердечника. Они обычно используются, когда требуется высокая точность или высокая мощность. Сердечник обычно изготавливается из керамики или стекловолокна, а резистивная проволока — из никель-хромового сплава, что не подходит для приложений с частотами выше 50 кГц. К преимуществам проволочных резисторов относятся низкий уровень шума и устойчивость к температурным колебаниям. Резисторы выпускаются со значениями сопротивления от 0,1 до 100 кОм и точностью от 0,1% до 20%.
Металлопленочные резисторы
Рисунок 10 – Металлопленочные резисторы
Для металлопленочных резисторов обычно используют нихром или нитрид тантала. Резистивный материал обычно представляет собой комбинацию керамического материала и металла. Значение сопротивления изменяется путем вырезания на пленке спиралевидного рисунка, подобно углеродной пленке, с помощью лазера или абразива. Металлопленочные резисторы, как правило, менее стабильны при изменении температуры, чем резисторы с проволочной обмоткой, но лучше справляются с более высокими частотами.
Металлооксидные пленочные резисторы
Рисунок 11 – Металлооксидные пленочные резисторы
В металлооксидных резисторах используются оксиды металлов, такие как оксид олова, который немного отличается от металлопленочных резисторов. Эти резисторы надежны и стабильны и работают при более высоких температурах, чем металлопленочные резисторы. По этой причине металлооксидные пленочные резисторы используются в приложениях, требующих высокой износостойкости.
Фольговые резисторы
Рисунок 12 – Фольговые резисторы
Разработанный в 1960-х годах, фольговый резистор до сих пор является одним из самых точных и стабильных типов резисторов, которые вы найдете, и используется в приложениях с высокими требованиями к точности. Резистивный элемент представляет собой тонкую объемную металлическую фольгу, наклеенную на керамическую подложку. Фольговые резисторы имеют очень низкий температурный коэффициент сопротивления (ТКС).
Углеродные композиционные резисторы
Рисунок 13 – Резисторы из углеродистого состава
До 1960-х годов резисторы из углеродного состава были стандартом для большинства применений. Они надежны, но не очень точны (их погрешность не может быть лучше, чем около 5%). Для резистивного элемента углеродных резисторов используется смесь мелких частиц углерода и непроводящего керамического материала. Резистивное вещество формуют в цилиндр и запекают. Величина сопротивления определяется размерами корпуса и соотношением углерода и керамики. Использование большего количества углерода в процессе означает меньшее сопротивление. Резисторы из углеродного состава по-прежнему полезны для определенных приложений из-за их способности выдерживать высокие импульсы, хорошим примером применения может быть источник питания.
Углеродные пленочные резисторы
Углеродные пленочные резисторы представляют собой тонкую углеродную пленку (спиральная нарезка для увеличения резистивного пути) на изолирующем цилиндрическом сердечнике. Такая конструкция позволяет получить более точное значение сопротивления, а также увеличивает значение сопротивления. Резисторы из углеродной пленки намного более точны, чем резисторы из углеродного состава. В приложениях, требующих стабильности на высоких частотах, используются специальные резисторы из углеродной пленки.
По назначению сопротивления
Постоянные и переменные полупроводники также имеют некоторые различия в своих характеристиках. Постоянные делятся на жилы общего и специального назначения. Последнее может быть:
- высокая частота;
- высокое напряжение;
- высокий мегаом;
- точность.
Эти детали используются в точных измерительных приборах, они отличаются особой стабильностью.
Переменные резисторы можно разделить на подстроечные и подстроечные. Последние могут быть с линейной или нелинейной функциональной характеристикой.
По количеству контактов
В зависимости от назначения резистора он может иметь один, два и более контактов. Сами контакты тоже различаются, например у SMD резисторов это контактная площадка, у проволочных резисторов это особый состав провода. Есть металлопленочные резисторы, с квантовыми точками контакта, и в переменных они подвижны.
Другие
Резисторы различаются формой и типом сопротивления, а также характером зависимости величины сопротивления от напряжения. Описание зависимости величины может быть линейным или нелинейным. Использование элемента простое, емкость указана на корпусе, меньше и больше не отличаются.
Резисторы могут быть защищены от влаги или нет, корпус может быть покрыт лаком, пропылесосен, опломбирован, запрессован в пластик или компаундирован. Нелинейные подразделяются на:
- варисторы;
- магниторезисторы;
- фоторезисторы;
- участники торгов;
- тензодатчики;
- термисторы
Все они выполняют свою специфическую функцию, одни изменяют сопротивление в зависимости от температуры, другие – в зависимости от напряжения, третьи – в зависимости от лучистой энергии.
Постоянные резисторы
Слева мы видим большой зеленый резистор, рассеивающий большую мощность. Справа крошечный резистор SMD, который рассеивает очень мало энергии, но все же хорошо выполняет свою работу.
Наше изображение отечественного сопротивления изображено в виде прямоугольника (слева), а зарубежный вариант (справа), или, как говорят, буржуазный, используется на зарубежных радиосхемах.
Кроме того, мощность обозначена римскими цифрами. В — 5 ватт, Х — 10 ватт, Л — 50 ватт и т.д.
Переменные резисторы
Переменный резистор, контролирующий напряжение, называется потенциометром, а резистор, контролирующий ток, называется реостатом. Это принцип делителя напряжения и делителя тока соответственно. Отличие потенциометра от реостата в схеме подключения самого переменного резистора. В схеме с реостатом на переменном резисторе соединены средний и крайний выводы.
Переменные резисторы, у которых сопротивление можно изменить только отверткой или шестигранным ключом, называют подстроечными переменными резисторами.
Термисторы
Термисторы представляют собой резисторы на основе полупроводниковых материалов. Его сопротивление во многом зависит от температуры окружающей среды. Есть такой важный параметр термисторов, как ТКС — тепловой коэффициент сопротивления. Вообще говоря, этот коэффициент показывает, насколько изменится сопротивление термистора при изменении температуры окружающей среды.
Этот коэффициент может быть отрицательным или положительным. Если TCR отрицательный, этот термистор называется термистором, а если TCR положительный, этот термистор называется позистор. Для термисторов при повышении температуры окружающей среды сопротивление уменьшается. В депозиторах с повышением температуры окружающей среды сопротивление также увеличивается.
Так как термисторы имеют отрицательный коэффициент (NTC — Negative Temperature Coefficient — Negative TKS), а вкладчики — положительный коэффициент (RTS — Positive Temperature Coefficient — Positive TKS), то на схемах они будут обозначаться соответствующим образом.
Варисторы
Также существует особый класс резисторов, резко меняющих свое сопротивление при увеличении напряжения, — это варисторы.
Это свойство варисторов широко используется для защиты от скачков напряжения в цепи, а также от импульсных перенапряжений. Допустим, у нас «подскочило» напряжение. Все «понюхал» варистор и сразу резко изменил сопротивление. Так как сопротивление варистора стало очень малым, через него сразу же начнет протекать весь электрический ток, тем самым предохранив основную цепь электронного устройства. В этом случае варистор забирает всю мощность от импульса и очень часто расплачивается за это жизнью, после чего сгорает намертво
Фоторезисторы
Фоторезисторы также очень популярны. Они меняют свое сопротивление, если вы направите на них свет. Для этих целей можно использовать как солнечный, так и искусственный свет, например, от фонарика.
Тензорезисторы
Принцип их работы основан на растяжении тонких печатных проводников. Когда они растягиваются, они становятся еще тоньше. Это как вытащить кусок жвачки. Чем больше вы его растягиваете, тем тоньше он становится. А как известно, чем тоньше проводник, тем выше у него сопротивление.
Ну, как вы уже догадались, тензометрические датчики используются в электронных весах, а также в различных датчиках, где применяется какое-либо давление или сила.
Номиналы резисторов
Элементы имеют свои допуски на отклонения от номинальной прочности. По допускам значения сопротивления разбиты на 3 ряда, которые обозначаются: Е6, Е12 и Е24.
Компоненты серии E6 имеют допуск отклонения ± 20%; ряд Е12 — ±10% и ряд Е24 — ±5%.
Значения сопротивления каждого ряда представлены в справочных таблицах, которые можно найти в Интернете.
Параметры резисторного элемента
При нанесении графического обозначения резисторного элемента в схемах на нем указывают некоторые его параметры.
К основным параметрам и характеристикам элемента относятся:
- номинальное значение сопротивления;
- температурный коэффициент;
- максимальная рассеиваемая мощность;
- допустимое рабочее напряжение;
- коэффициент шума;
- относительное отклонение от номинального значения;
- устойчивость элемента к высоким температурам и влажности.
На чертежах и схемах резистор обозначается буквой R с нанесением его порядкового номера.
Обозначение на схемах
Традиционно резисторы на схемах указывают в виде прямоугольника (по ГОСТ 2.728-74) или пунктирной линии (рис. 12, в основном в схеме западного типа). Мощность иногда указывают в прямоугольнике, используя для этого символы в виде вертикальных, косых или горизонтальных линий (см рисунок ниже):
- Я = 1Вт;
- II = 2 Вт;
- III = 3 Вт;
- – = 0,5 Вт;
- = 0,25 Вт;
- = 0,125 Вт
Рис. 11. Обозначения резисторов по ГОСТ 2.728-74
Рядом со значком напишите 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 на наличие в конструкции детали скользящего контакта (ползунка).
Например, УГО потенциометра выглядит так:
Типы резисторов и их обозначения
В чем измеряется сопротивление резистора
Чтобы ответить на вопрос, в чем измеряется сопротивление резистора, нужно обратиться к наукам стандартизации и измерения. Общепринятая международная схема цветового кодирования резисторов была разработана много лет назад как простой и быстрый способ определения омического сопротивления резистора, независимо от его размера или состояния. Он состоит из набора отдельных цветных колец или полос в спектральном порядке, которые представляют каждую цифру значения сопротивления. Сила резистора определяет качество резистора.
Цветовой код резистора всегда считывается по одной полосе, начиная слева направо, причем самая широкая полоса допуска обращена вправо, что указывает на ее допуск. Путем сопоставления цвета первой полосы с соответствующим числом в столбце цифр идентифицируется таблица цветов под первой цифрой, которая представляет собой первую цифру значения сопротивления.
Опять же, сопоставляя цвет второй полосы с соответствующим номером в столбце цифр таблицы цветов, мы получаем вторую цифру номинала резистора и так далее. Цветовой код резистора читается слева направо, как показано ниже:
Это система маркировки. Резисторы бывают разных размеров и значений сопротивления, и для правильного расчета существуют расчетные формулы. Резисторы изготавливаются по определенной стандартной сетке, подходящей для большинства целей. Чтобы не быть голословным, нужно приложить таблицу цветов.
Вместо последовательных значений сопротивления 1 Ом (базовая единица измерения) и выше существуют определенные значения сопротивления в определенных пределах допуска. Допуск резистора представляет собой максимальную разницу между его фактическим значением и требуемым значением и обычно выражается как положительное или отрицательное значение в процентах. Например, резистор с допуском 1 кОм ± 20 % может иметь максимальное и минимальное значение сопротивления:
Максимальное значение сопротивления
- 1 кОм или 1000 Ом + 20% = 1200 Ом
Минимальное значение сопротивления
- 1кОм или 1000 Ом — 20% = 800 Ом
От чего зависит сопротивление резистора
Температура и последовательность являются двумя основными факторами, определяющими сопротивление в цепи. Но помимо этих показателей существуют допуски. Как измерить? В большинстве электрических или электронных схем большой допуск 20% для одного и того же резистора обычно не является проблемой, но если высокоточные схемы, такие как фильтры, генераторы или усилители и т д., требуют резисторов с малым допуском, тогда необходимо использовать резистор с правильным допуском. Поскольку резистор с допуском 20 % обычно нельзя использовать для замены резистора с допуском 2 % или даже 1%.
Пяти- и шестиполосный цветовой код резистора чаще всего ассоциируется с высокоточными пленочными типами 1% и 2%, в то время как садовые сорта общего назначения 5% и 10% обычно используют четырехполосный цветовой код резистора. Резисторы бывают разных допусков, но наиболее распространены Е12 и Е24 .
Серия E12 представлена двенадцатью номиналами резисторов на декаду (декада представляет собой число, кратное 10, т е. 10, 100, 1000 и т д.), в то время как серия E24 имеет двадцать четыре значения на декаду, а серия E96 — девяносто. -шесть значений за декаду. Серия E192 очень высокой точности теперь доступна с допусками до ±0,1%, обеспечивая 192 отдельных значения сопротивления за декаду.
Зависимость сопротивления от температуры
Использование резисторов в качестве термометров обусловлено почти линейной зависимостью их сопротивления от температуры. Это относится к тем резисторам, в которых в качестве резистивного материала используется проволока или металл. Формула зависимости:
R = R0+α(t-t0),
- α – температурный коэффициент, К-1;
- R0 – сопротивление проводника при 00К;
- t0 – температура проводника при 00К.
Речь идет о значении температуры в Кельвинах. При температуре около нуля по Кельвину (-273 °С) для многих металлов при охлаждении R резко падает до нуля. В этом случае можно говорить о сверхпроводимости.
Интересно. Металлы, обладающие хорошей проводимостью при нормальной температуре, могут не быть сверхпроводниками при критическом уровне этой физической величины. Сверхпроводники в обычном состоянии имеют более высокое сопротивление, чем традиционные проводники тока: медь, серебро или золото.
При нагреве проводников изменение сопротивления происходит в основном за счет изменения его удельного значения и имеет линейную зависимость.
От других параметров
Если резистор включить в сложную схему с множеством устройств преобразования, защиты, преобразования и сжатия, то он будет иметь сопротивление, отличное от стандартного, так как часть напряжения все равно будет проходить через него в несжатом виде, что не позволит этого сделать что он работает правильно. Чтобы точнее узнать удельный ток и сопротивление, полученный в расчетах показатель необходимо уменьшить или увеличить на заданную величину.
Электрические величины
Зависимость электропроводности от параметров электричества определяется законом Ома. Есть две формулировки, одна для участка и одна для всей цепи. В первом случае соотношение определяется исходя из значений тока (I) и напряжения (U) по простой формуле: I = U/R. Из соотношения определяется прямая зависимость тока от значения напряжения видно, а также обратно пропорционально сопротивлению. R можно выразить: R = U/I.
Для расчета электропроводности всего сечения нужно использовать зависимость между ЭДС (э), силой тока (i) и внутренним сопротивлением источника питания (Rвх): i = e/(R + Рин). В этом случае значение R рассчитывается по формуле: R = (e/i) — Rin.Однако при выполнении расчетов необходимо также учитывать геометрические параметры и тип проводника, так как они может существенно повлиять на расчеты.
Тип и геометрические параметры
Свойство вещества проводить электричество определяется строением кристаллической решетки, а также количеством свободных носителей заряда. Исходя из этого, тип вещества является ключевым фактором, определяющим величину электропроводности. В науке коэффициент, определяющий тип вещества, обозначается буквой «р» и называется удельным сопротивлением. Его значение для различных материалов (при температуре +20 градусов Цельсия) можно найти в специальных таблицах.
Иногда для удобства вычислений используется обратная величина, которую называют проводимостью (σ). Оно связано с удельным сопротивлением следующим соотношением: p = 1/σ. Площадь поперечного сечения (S) влияет на электрическое сопротивление. С физической точки зрения зависимость можно понять так: при малом сечении происходят более частые взаимодействия частиц электрического тока с узлами кристаллической решетки. Сечение можно рассчитать по специальному алгоритму:
- Измерение геометрических параметров проводника (диаметра или поперечной длины) с помощью штангенциркуля.
- Визуально определите форму материала.
- Рассчитайте площадь поперечного сечения по формуле, найденной в справочнике или в Интернете.
В том случае, если проводник имеет сложную структуру, необходимо рассчитать значение S одного элемента и затем умножить результат на количество элементов, входящих в его состав. Например, если провод многожильный, необходимо рассчитать S для шнура. После этого нужно полученное значение S умножить на количество ядер. Зависимость R от приведенных выше величин можно записать в виде соотношения: R = p * L / S. Буква «L» — это длина проводника. Однако для получения точных расчетов необходимо учитывать температурные показатели внешней среды и проводника.
Расчет резисторов
Для выбора и установки элементов в схему необходимо предварительно рассчитать номинал и мощность компонентов.
Формула для расчета сопротивления и мощности
Используя закон Ома для участка цепи для расчета сопротивления резистора, формула выглядит следующим образом:
Р = U/I
куда:
- U — напряжение на зажимах элемента, В;
- I — сила тока на участке цепи, А.
Эта формула применима для постоянного тока. В случае расчетов на переменный ток учитывается полное сопротивление цепи Rz.
Важно! Структура схем не ограничивается установкой только одного резистора. Обычно их много, они соединены друг с другом параллельно и последовательно. Для нахождения общего показателя используются отдельные методы и формулы.
Последовательное соединение
При таком соединении «выход» одного элемента соединяется со «входом» другого, они идут последовательно друг за другом. Как рассчитать сопротивление в этом случае? Можно воспользоваться онлайн электронным калькулятором, можно применить формулу.
Суммарное значение будет суммой сопротивлений компонентов, включенных в последовательное соединение:
R123 = R1+R2+R3.
На каждом из них будет одинаковое падение напряжения: U1, U2, U3.
Параллельное соединение
При выполнении этого типа соединения одноименные выводы соединяются попарно, формула выглядит так:
R = (R1 x R2)/(R1 + R2).
В общем случае результирующее значение R меньше наименьшего из всех значений связанных элементов.
Информация. На практике используется параллельное или последовательное соединение, когда не требуется никакой части номинального значения. Элементы для таких случаев подбираются одной мощности и одного типа, чтобы не получить слабую связь.
Смешанное соединение
Можно рассчитать общее сопротивление смешанных соединений, применяя совместное правило. Сначала выбираются все параллельные и последовательные соединения и строятся эквивалентные схемы замещения. Начинают считать по формулам для каждого случая. Начиная с получившейся более простой схемы, последовательное и параллельное звено снова изолируются, и расчеты выполняются снова. Они делают это до тех пор, пока не получат самое элементарное соединение или эквивалентный ему элемент. Расчетный результат будет искомым.
Мощность
Просто посмотреть на значение резистора недостаточно, чтобы применить деталь. Необходимо выяснить, на какую мощность должен быть рассчитан элемент. В противном случае он перегреется и выйдет из строя. Мощные детали для поверхностного монтажа лучше устанавливать на радиатор.
Расчет мощности резистора осуществляется по формуле:
Р = I² * R = U² / R,
куда:
- Р – мощность, Вт;
- I – ток, А;
- U – напряжение, В;
- R — сопротивление, Ом.
После определения мощности резисторов по формуле подбирают комплектующие по графическому обозначению на схемах.
Могут ли быть погрешности и какие
Если резистор не имеет четвертого диапазона допуска, допуск по умолчанию будет равен 20 %. Остальной ток рассеется.
Иногда легче запомнить цветовой код резистора, используя короткие, легко запоминающиеся предложения в виде выражений, рифм и фраз, называемых акростихами, в которых есть одно слово в предложении для обозначения каждого из десяти + двух цветов.
Полученная мнемоника сопоставляет первую букву каждого слова с каждым цветом, формирующим цветовой код резистора, в порядке возрастания величины, и можно использовать множество различных мнемонических фраз. Однако эти высказывания часто очень грубы, но эффективны для запоминания цветов резисторов, но все же помогают в определении сопротивления.
Коды допусков для резисторов (±) |
В=0,1% |
С = 0,25% |
Д = 0,5% |
Ф = 1% |
Г=2% |
J=5% |
К = 10% |
М = 20% |
Кроме того, при чтении этих письменных кодов будьте осторожны, чтобы не перепутать букву сопротивления k для килограммов с буквой допуска K для допуска 10% или букву сопротивления M для мОм с буквой допуска M для допуска 10%. 20%.
Делитель напряжения
Наиболее широко используемые сборные блоки питания рассчитаны на выходные напряжения: 9, 12 или 24 вольта. В то же время в большинстве электронных схем и устройств используется напряжение питания в диапазоне от 3 до 5 В. В этом случае необходимо уменьшить значение Uпит до необходимого значения. Это можно сделать с помощью делителя напряжения, который имеет множество вариантов. Самым простым является резисторный делитель.
Такие делители напряжения используются исключительно в цепях малой мощности. Это связано с его низкой эффективностью. Часть мощности от блока питания рассеивается в разветвителе, превращаясь в тепло. Эти потери тем больше, чем больше необходимо уменьшить начальное напряжение. Подключение нагрузки параллельно плечу требует, чтобы Rn было намного больше, чем сопротивление, установленное в этом плече. В противном случае сплиттер будет выдавать нестабильную мощность.
При такой схеме напряжение распределяется по плечам делителя согласно соотношениям, полученным между R1 и R2. Номинал резистора роли при этом не играет. Но следует помнить, что при малых значениях R1 и R2 увеличивается как мощность в нагрузку, так и величина потерь на нагрев элементов.
Внимание! Перед расчетом точных параметров нужно вспомнить, как подобрать резисторы. Когда они равны, выходное напряжение делится пополам. Если равенство не соблюдается, необходимо снять расщепление напряжения с элемента с более высоким номиналом.
Величина напряжения, обеспеченная резисторным элементом
Идеальный элемент, преобразующий электричество в другую форму энергии, называется резистивным. Электричество может быть преобразовано в свет, тепло или механические формы. Напряжение на этом элементе зависит от разности потенциалов на резисторе. Это означает, что чем выше значение его сопротивления, тем выше значение напряжения на нем.
Изменение характеристики резистора как резистора позволяет реализовать схемотехнические решения в различных областях радиотехники и электроники. При выборе элементов необходимо учитывать конкретное значение этой величины и изменение ВАХ в разных режимах работы.
Как использовать на практике
Существует множество различных типов резисторов, которые можно использовать как в электрических, так и в электронных схемах для управления током или для понижения напряжения различными способами. Но для этого реальный резистор должен иметь какое-то «резистивное» или «резистивное» значение. Резисторы доступны в диапазоне различных значений сопротивления, от долей ома (Ом) до миллионов ом.
Очевидно, что было бы нецелесообразно иметь в наличии резисторы всех возможных значений, таких как 1 Ом, 2 Ом, 3 Ом, 4 Ом и т д., потому что буквально должны быть десятки сотен тысяч, если не десятки миллионов различных резисторов резисторы для покрытия всех возможных значений. Вместо этого резисторы изготавливаются с так называемыми «предпочтительными значениями», а их значения сопротивления печатаются на корпусе цветными чернилами.
Значение резистора, допуск и номинальная мощность обычно печатаются на корпусе резистора в виде цифр или букв, если корпус резистора достаточно велик, чтобы прочитать печать, например, резисторы большой мощности. Но когда резистор небольшой, например, угольный или пленочный резистор мощностью 1/4 Вт, эти характеристики должны отображаться по-другому, поскольку отпечаток будет слишком мелким для чтения. Приложение высокого напряжения нагреет краску и расплавит надпись.
Таким образом, чтобы преодолеть это, небольшие резисторы используют цветные полосы, чтобы указать как их значение сопротивления, так и их допуск, с физическим размером резистора, указывающим его номинальную мощность. Эти цветные полосы создают систему идентификации, широко известную как цветовой код резистора.
Маркировка сопротивления резисторов.
Типичный пример резистора 1k0, отмеченного четырьмя цветными кольцами. Значение сопротивления всегда кодируется в омах.
Слева направо: коричневый (1), черный (0), красный (множитель *100), серебристый (допуск 10%).
Отмечаем: 10*100. Считаем: 10*100=1000 Ом. = 1 кОм.
Универсальная таблица цветовых обозначений резисторов, конденсаторов, индуктивностей.
Цвет кольца или точки |
Первая цифра |
Вторая цифра |
Фактор |
Толерантность, % |
|
Черный |
— |
0 |
*а |
а |
— |
Коричневый |
а |
а |
*10 |
10 |
а% |
Красный |
два |
два |
*сотня |
102 |
два% |
Апельсин |
3 |
3 |
*1000 |
103 |
— |
Желтый |
4 |
4 |
*10 000 |
104 |
— |
Зеленый |
пять |
пять |
*100 000 |
105 |
0,5% |
Синий |
6 |
6 |
*1 000 000 |
106 |
0,25% |
Пурпурный |
7 |
7 |
*10 000 000 |
107 |
0,1% |
Серый |
8 |
8 |
*100 000 000 |
108 |
0,05% |
Белый |
9 |
9 |
*1 000 000 000 |
109 |
— |
Золотой |
— |
— |
*0,1 |
10-1 |
пять% |
Серебряный |
— |
— |
*0,01 |
10-2 |
10% |