Что такое резистор: для чего нужен в электрической цепи, как узнать сколько Ом, как определить резисторы по цвету для чайников?

Одним из основных строительных блоков в электротехнике является резистор. С первых уроков электротехники мы знаем, что с точки зрения электричества материалы делятся на две категории: проводники и изоляторы. Электрический ток может протекать через проводники, но не через изоляторы.

Для чего нужен резистор в электрической цепи

Определение резистора заключается в том, что это основной двухконтактный электрический и электронный компонент, используемый для ограничения тока в электрической цепи (ЭЦ). Сопротивление протеканию тока вызывает падение напряжения. Эти устройства могут обеспечивать постоянное, регулируемое значение сопротивления.

Основные характеристики резисторов

Резистор — это базовый электронный компонент (элемент) с четко определенным, постоянным (при определенных условиях) значением электрического сопротивления.

Номинальное сопротивление измеряется в омах (Ω). Как следствие закона Ома, сопротивление между двумя точками имеет значение 1 Ом, если при падении напряжения в 1 вольт величина тока равна 1 амперу. Они являются пассивными элементами, что означает, что они не могут производить энергию, а только потреблять ее.

У них есть и другие характеристики. Поскольку их сопротивление может изменяться в зависимости от температуры, они имеют так называемый температурный коэффициент сопротивления, который показывает, насколько изменяется сопротивление при изменении температуры на 1 градус. Изменения настолько малы, что измеряются в промилле (частях на миллион).

Другой важной характеристикой является максимальная рассеиваемая мощность резистора, то есть максимальная нагрузка, которую он может выдержать без повреждения.

Третья характеристика, которую полезно знать, — это точность, или максимально допустимое отклонение от номинального сопротивления. Он выражается в процентах.

Способ подключения резистора

Для работы с резисторами нам потребуется знание закона Ома. Это говорит нам о нашем резисторе, что напряжение, которое будет на нем, будет равно сопротивлению, умноженному на ток, протекающий через резистор.

То есть, если мы знаем протекающий ток, то мы знаем, какое напряжение будет на резисторе. И наоборот, если мы знаем напряжение, то можем рассчитать, какой ток будет протекать через резистор — напряжение в вольтах, деленное на сопротивление.

Резисторы, как и катушки индуктивности и конденсаторы, могут быть соединены двумя основными способами. Один из этих способов — последовательное соединение, другой — параллельное.

Выводные резисторы

Нерегулируемые пассивные элементы ЭЦ, которые оказывают сопротивление проходящему току называются вводными резисторами. Чем больше знчение сопротивления, тем больше значение напряжения ЭЦ и наоборот. Таким образом, главное назначение резисторов — ограничение тока заданным значением.

SMD-резисторы

Одними из самых популярных типов резисторов являются SMD-резисторы, которые охотно используются профессиональными инженерами в области электроники и робототехники.

SMD-резистор — это компонент, используемый для поверхностного монтажа. Он встречается практически во всех схемах. В связи со структурой различают:

• Пленочные резисторы, в которых резистивная функция может выполняться углеродным слоем, металлическим слоем или пленкой из металлического сплава;
• Проволочные резисторы — в этом случае проволока с высоким сопротивлением наматывается вокруг сердечника, который изготовлен из изолятора.

Перечисленные выше резисторы являются линейными элементами, что означает, что падение напряжения на них прямо пропорционально протекающему в них току. Они имеют два введения, сопротивление между ними измеряется в омах, а избыточный ток преобразуется в тепловую энергию.

SMD-элементы могут быть соединены вместе последовательно, параллельно или в более сложных схемах, так что выходное напряжение делится на два или более значений. SMD-резисторы используются для создания падения напряжения или для ограничения тока.

Виды резисторов по характеру изменения сопротивления:

ермистор

На сопротивление любого объекта, включая обычные резисторы, влияет температура. Это связано с характерной структурой окружающей нас материи — чем выше температура, тем сильнее естественные колебания кристаллической решетки, состоящей из атомов.

Если попытаться пропустить через такую структуру электрический ток, носители заряда начнут «разбиваться» о вибрирующие атомы, что затруднит их прохождение.

Таким образом, естественным следствием повышения температуры является также повышение сопротивления: нагретый материал, например, металл, хуже проводит электричество.

Обычно эта характеристика беспокоит нас потому, что она изменяет свойства электронных схем при нагревании. Но не всегда.

Термистор — это компонент, в котором эта характеристика подчеркивается. Это становится возможным благодаря использованию подходящих материалов.

Интересно, что термисторы могут иметь сопротивление, изменяющееся в обоих направлениях. У нас есть три типа этих компонентов:

Фоторезисторы

Здесь используется еще одна особенность полупроводников — способность изменять свое сопротивление под воздействием освещения.

Кванты светового излучения, падающие на светочувствительную поверхность, сбивают валентные электроны атомов со своих орбит. При этом они производят свободные носители заряда, которые могут участвовать в прохождении тока через фоторезист.

Чем больше света падает, тем больше фотонов выбивает большее количество носителей. Ток, протекающий через фоторезист, может увеличиться, поэтому его сопротивление уменьшится.

Это явление называется внутренним фотоэлектрическим эффектом и является предметом многих исследований на протяжении многих лет. Его возникновение является одним из доказательств квантовой природы светового излучения.

Типы резисторов по характеру вольтамперной характеристики

Линейные резисторы. Фоторезистор, несмотря на свою полупроводниковую конструкцию, является линейным элементом. Также эти характеристики будут прямыми линиями , но их наклон будет переменным. Более вертикальные линии соответствуют более высокой освещенности, а самые горизонтальные — полной темноте .

Нелинейные резисторы. Термисторы обычно имеют характеристики, близкие к экспоненциальным.

Шумы резисторов и способы их уменьшения

Снижение сопротивления всегда уменьшает шум и улучшает производительность

Это известные отношения. Уровень шума (напряжения) увеличивается по мере увеличения сопротивления, согласно уравнению Джонсона:

Это уравнение приводит многих инженеров к выводу, что для снижения уровня шума необходимо снизить сопротивление. Иногда это решение работает, хотя и не во всех случаях.

Это связано с тем, что бывают случаи, когда для эффективного снижения уровня шума необходимо повысить сопротивление. Все зависит от конкретных параметров рассматриваемой схемы.

Примером могут служить системы измерения тока. Как известно, такие системы часто основаны на измерении напряжения на резисторе, через который протекает измеряемый ток, в соответствии с законом Ома.

Здесь, однако, чтобы улучшить SNR примерно на 3 дБ, сопротивление придется поднять дважды. Это можно делать до тех пор, пока напряжение не будет слишком высоким или рассеиваемая мощность не будет слишком высокой, что приведет к перегреву резистора.

Обозначение резисторов на схеме

В электрических схемах для обозначения резистора используется стандартный графический символ:

или используются как взаимозаменяемые:

Сам резистор обозначается на электрических схемах символом сопротивления — буквой ‘R’ — или описывается значением сопротивления.

Основной единицей сопротивления, согласно Международной системе единиц, обычно называемой системой СИ, является Ом, символом которого является буква греческого алфавита [Ω] (омега).

Цветовая маркировка резисторов с проволочными выводами

Многие резисторы имеют сопротивление и допуск, закодированные в виде цветных полос . Последний всегда означает допуск, предпоследний множитель и первые 2 (иногда 3) сопротивления.

Как это использовать? Достаточно поставить резистор перед собой и распознать цвета полосок на его корпусе. Вам может понадобиться помощь увеличительного стекла для этих особенно мелких предметов.

Виды соединения резисторов в электроцепи

Резисторы могут быть соединены двумя основными способами. Один из этих способов — последовательное соединение, другой — параллельное.

Последовательное подключение резисторов

Если несколько резисторов расположены один за другим и соединены проводами так, что разность потенциалов U приложена к одному концу и другому концу такого массива резисторов, такое соединение резисторов называется последовательным.

На рисунке ниже показана простая электрическая цепь, состоящая из идеального источника электродвижущей силы и резисторов, соединенных последовательно между точками A и B, между которыми источник поддерживает постоянную разность потенциалов ε.

Параллельное соединение резисторов

Второй способ соединения резисторов — параллельное соединение, то есть когда резисторы с одной и другой стороны соединены общими проводами, к концам которых приложена разность потенциалов U.

Подключение резисторов таким образом приводит к тому, что к каждому резистору прикладывается одинаковое напряжение U, которое создает ток разной силы на каждом резисторе (в случае резисторов с одинаковым сопротивлением ток, протекающий через резисторы, конечно же, будет иметь одинаковое значение).

Обратите внимание, что, согласно рисунку ниже, ток от источника может идти по нескольким путям (ток, втекающий в узел, подвергается ветвлению), что подтверждает истинность предыдущего утверждения.

Смешанное соединение

Цепь, состоящая из параллельной и последовательной цепей, называется смешанной. Иногда также используется термин групповая схема.

Смешанные схемы также могут состоять из конденсаторов и катушек. Хотя расчет последовательной и параллельной цепей отличается, процедура расчета общей емкости (конденсатора) и общей индуктивности (катушки) одинакова.

Соединение нескольких резисторов в одной схеме

При последовательном соединении резисторов в одной электрической схеме, мы должны сложить сопротивление каждого резистора, чтобы посчитать обще сопротивление цепи.

Иная ситуация обстоит с параллельным соединением резисторов. Соединив несколько резисторов, мы получим эквивалентное сопротивление, которое будет меньше сопротивления самого «наименьшего» из резисторов. Это явление полезно, когда у нас есть только высокоомные резисторы, а нам нужно получить более низкое сопротивление. Такие приемы часто бывают полезны на этапе создания прототипов.

Фото всех видов резисторов