Один самых часто используемых элементов в электронике – это резистор. Простым языком его называют «сопротивление». С его помощью можно ограничивать ток или измерять его, делить напряжение, создавать цепи обратной связи. Без сопротивлений не обходится ни одна схема. В этой статьи мы расскажем о том, что такое резистор, какой у него принцип работы, а также для чего нужен этот элемент 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.
Виды
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:
| Материал | Особенности, 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 никеля | В 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=U2/R=I2R
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:
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:
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.
Rогр=(Uпитания-Uтребуемое)/Iноминальный
Второе — это делитель напряжения. Здесь выходное напряжение рассчитывают по формуле:
Uвых=Uвх(R2/R1+R2)
Также резистор нашел применение для задания тока транзисторам. В сущности, та же схема ограничителя, рассмотренная выше.
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!