Microcamtest

Лайфстайл портал

Что такое резистор и для чего он нужен ⚡ Авиэлси

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.

измерение сопротивления
измерение сопротивления

Резистор я брал на 1 кОм. Он мне показал 976 Ом, что в принципе тоже нормально, так как у таких резисторов всегда существует некая погрешность.

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

формула сопротивления через закон Ома
формула сопротивления 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.

лампа накаливания потребление тока
лампа накаливания потребление тока

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

Видео

Виды резисторов

Все виды резистора имеют ряд отличительных характеристик, помимо сопротивления. Для их изготовления применяют различные материалы. Количество контактов у них также разное.

Никакая электронная аппаратура не может обойтись без указанных компонентов. Но в некоторых образцах они используются в качестве дискретных элементов, в других же — это составляющие интегральных микросхем. Резистор, характеристики которого различны, подбирается под конкретные задачи.

Рассмотрим основные разновидности указанных электронных образцов.

Имея разное назначение, резисторы делят на:

Имея разное назначение, резисторы делят на:

  • общего назначения;
  • специального назначения.

По типу смены сопротивления в цепи тока:

  • постоянные;
  • переменные подстроечные;
  • переменные регулировочные.

По характеру защиты от действия влаги:

  • незащищенные;
  • компаундированные;
  • впрессованные в пластмассу;
  • герметизированные;
  • лакированные;
  • вакуумные.

По способу сборки:

  • для печатной сборки;
  • для навесной:
  • для микросхем;
  • для микромодулей.

По вольт-амперным показателям:

  • линейные;
  • нелинейные.

По типу проводки:

  • проволочные;
  • ленточные.

По исходному материалу:

  • углеродистые;
  • металлопленочные;
  • металлоокисные;
  • композиционные;
  • проволочные;
  • интегральные.

По используемому материалу, из которого изготовлены

В производстве резисторов могут использовать проволоку, металлическую фольгу и неметаллические исходники. В первых, преимущественно в качестве сырья для производства проволоки берут нихром, никелин, константан. Для непроволочных образцов применяют пленки, у которых максимальные показатели сопротивления. В фольговых образцах резисторов применяется специальная фольга с необходимыми для резистора показателями. В толстопленочных образцах привлекают такие вещества как рутенит свинца, висмут, диоксид рутения.

Непроволочные модели бывают тонкослойными и композиционными. Тонкослойные получили такое название благодаря толщине: она составляет всего несколько нанометров. Композиционные намного толще — до десятых миллиметра.

Среди тонкослойных выделяют такие группы:

  • металлоокисные;
  • металлизированные;
  • углеродистые;
  • бороуглеродистые;
  • металлодиэлектрические.

Среди композиционных выделяют следующие типы резисторов:

  • пленочные;
  • объемные.

Последние могут быть с органическим и неорганическим диэлектриком. Следует иметь в виду, что оба конца резистора идентичны в плане полярности.

По предназначению сопротивления

Резистивное сопротивление у компонентов постоянного и переменного характера имеет различные показатели. Постоянные образцы делятся на компоненты общего и специального назначения.

Полупроводники специального назначения делятся на группы:

  • высоковольтные;
  • высокочастотные;
  • высокомегаомные;
  • прецизионные.

Все эти компоненты имеют высокую стабильность, этим объясняется их задействование в приборах измерительного характера.

Переменные резисторы относятся к подстроечным или регулировочным образцам.

По числу контактов

Резисторы характеризуются контактами от одного до нескольких, этим и объясняется их основное назначение. Контакты тоже разнятся: SMD-резисторы оснащены соединительной площадкой, проволочные — спиралью из особого материала, металлопленочные — специальной пленкой, квантовые — контактами точечного воздействия, переменные — мобильными.

Устройство и принцип работы

Конструкция постоянных резисторов довольно простая. Они состоят из керамической трубки, поверх которой намотана проволока или нанесена резистивная плёнка с определённым сопротивлением. На концы трубки вставлены металлические колпачки с припаянными выводами для поверхностного монтажа. Для защиты слоя используется лакокрасочное покрытие.

Устройство таких элементов можно понять из рисунка 2 ниже.

В большинстве моделей такая конструкция традиционно сохраняется, но сегодня существуют различные виды сопротивлений с использованием резистивного материала, устройство которых немного отличается от конструкции описанной выше.


Рис. 2. Строение резистора

Современную электронную аппаратуру наполняют платы, начинённые миниатюрными деталями. Поскольку тенденция к уменьшению размеров электронных приборов сохраняется, то требования к уменьшению габаритов коснулись и резисторов. Для этих целей идеально подходят непроволочные сопротивления. Они просты в изготовлении, а их номинальные мощности хорошо согласуются с параметрами маломощных цепей.

Казалось бы, что эра проволочных резисторов постепенно уходит в прошлое. Однако это не так. Спрос на проволочные сопротивления остаётся в тех сферах, где транзисторы с металлоплёночным или с композитным резистивным слоем не справляются с мощностями электрических цепей.

Для непроволочных резисторов используются следующие резистивные материалы:

  • нихром;
  • манганин;
  • константан;
  • никелин;
  • оксиды металлов;
  • металлодиэлектрики;
  • углерод и другие материалы.

Перечисленные вещества обладают высокими показателями удельного сопротивления. Это позволяет изготавливать электронные компоненты с очень маленькими корпусами, сохраняя при этом значения номинальных величин.

Размеры и формы корпусов, проволочных выводов современных резисторов соответствуют стандартам, разработанным для автоматической сборки печатных плат. С целью надёжного соединения выводов способом пайки, выводы деталей проходят процесс лужения.

Конструкция регулировочных (рис. 3) и подстроечных резисторов (рис.4) немного сложнее. Эти переменные транзисторы состоят из кольцевой резистивной пластины, по которой скользит бегунок. Перемещаясь по кругу, подвижный контакт изменяет расстояние между точками на резистивном слое, что приводит к изменению сопротивления.


Рис. 3. Регулировочные резисторы 
Рис. 4. Подстроечные резисторы

Принцип действия.

Работа резистора основана на действии закона Ома: I = U/R , где I  – сила тока, U – напряжение, R – сопротивление на участке цепи. Из формулы видно как зависят от величины сопротивления параметры тока и напряжения.

Подбирая резисторы соответствующего номинала, можно изменять на участках цепей величины тока и напряжения. Например, увеличивая сопротивление последовательно включённого резистора на участке цепи, можно пропорционально уменьшить силу тока.

Условно резистор можно представить себе в виде узкого горлышка на участке трубки, по которой течёт некая жидкость (см. рис. 5). На выходе из горлышка давление будет ниже, чем на его входе. Примерно, то же самое происходит и с потоком заряженных частиц – чем больше сопротивление, тем слабее ток на выходе резистора.


Рис. 5. Принцип работы

Пример схемы

Резисторы могут соединяться параллельно и последовательно, на схемах также часто встречаются смешанные варианты. На фото ниже можно увидеть отличия в обозначениях деталей на схемах.

Типы резисторов по характеру вольтамперной характеристики

По ВАХ резисторы разделяются на линейные и нелинейные. Сопротивление линейных резюков не зависит от напряжения и тока, а сопротивление нелинейных элементов меняется, в зависимости от этих (или других) величин. Малогабаритные линейные детали типа МЛТ (металлизированные лакированные термостойкие) используются в аппаратуре связи – магнитофонах и радиоприемниках.

Примером нелинейных резисторов может служить обычная осветительная лампочка, чье сопротивление в выключенном состоянии намного меньше, чем в режиме освещения. В фоторезисторах сопротивление меняется под действием света, в терморезисторах – температуры, тензорезисторах – деформации резисторного слоя, магниторезисторах – магнитного поля.

Шумы и способы их уменьшения

Индивидуальные шумы у резисторов имеют в своем составе шумы: тепловые и токовые. Теплового характера шумы провоцируются движениями электронов в токопроводящих слоях, повышаются при повышениях температуры у детали и общей наружной температуры. При прохождении тока будут сгенерированы шумы токового характера. Такие шумы, у которых уровень выше, чем у тепловых, как правило, ярко выражены в непроволочных резистивных элементах.

Варианты устранения шумов:

  • Использование в электрических схемах резистивных элементов, у которых шумовая составляющая мала, за счет использования специальных технологий производственного цикла.
  • Резистивные элементы переменного типа имеют шумы выше, чем постоянного. Следовательно, в схемах пытаются максимально применять резисторы с переменными сопротивлениями с минимальными номиналами или избегать их использование совсем.
  • Использование резистивных элементов с большими мощностями, чем нужно согласно, предварительных расчетов.
  • Принудительные системы охлаждения резисторов за счет монтажа специальных вентиляторов.

Способ монтажа

По технологии монтажа резисторы разделяют на выводные и SMD.

Выводные резисторы



Радиальный выводной резистор

Радиальный выводной резистор



Аксиальный выводной резистор

Аксиальный выводной резистор

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.

Из чего состоит резистор проволочного типа

В проволочных резисторах резистивным компонентом является проволока, намотанная на сердечник. Бифилярная намотка (двумя параллельными проводами, изолированными друг от друга, или обычным двужильным проводом) снижает паразитную индуктивность. К концам обмотки присоединяют выводы из многожильной меди или латунных пластин. Для защиты от влаги, механических повреждений и загрязнений, проволочные резюки покрывают неорганической эмалью, устойчивой к повышенным температурам.

Чем отличается металлопленочный резистор от проволочного

У металлопленочного резистора резистивным элементом является не проволока, а пленка из металлосплава. Резистивные компоненты (проволока или пленка) в резисторе изготавливаются из сплавов с высоким удельным сопротивлением: манганина, константана, нихрома, никелина.

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.

Из чего делают чип-резисторы

Тонкопленочные элементы, к которым предъявляются особые требования по влагостойкости, изготавливаются из нихрома. При производстве толстопленочных моделей используются диоксид рутения, рутениты свинца и висмута.

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
  • 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

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:

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 и
  • 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).

Делитель напряжения

Наиболее применяемые готовые блоки питания рассчитаны на выходные напряжения: 9, 12 или 24 вольта. В то же время большинство электронных  схем и устройств использует напряжение питания в интервале от 3 до 5 В. В этом случае возникает потребность снизить величину Uпит до необходимого значения. Сделать это можно, используя делитель напряжения, который имеет много вариантов исполнения. Самый простой – делитель на резисторах.

Схема делителя, выполненного на резисторах Подключение светодиода через резистор и его расчет

Подобные делители напряжения применяются исключительно в маломощных контурах. Это обусловлено их низким КПД. Часть мощности блока питания рассеивается на делителе, превращаясь в тепло. Эти потери тем больше, чем больше нужно уменьшить исходное напряжение. Подключение нагрузки параллельно одному плечу требует того, чтобы Rн было намного больше резистора, установленного в этом плече. Иначе делитель будет выдавать нестабильное питание.

При такой схеме напряжение по плечам делителя распределяется согласно полученным соотношениям между R1 и R2. Величина сопротивлений при этом роли не играет. Но следует помнить, что при низких значениях R1 и R2 увеличивается и мощность на нагрузке, и величина потерь на нагревание элементов.

Внимание! Перед тем, как вычислять точные параметры, нужно помнить, как подобрать резисторы. При их равном значении напряжение на выходе делится пополам. Если равенство не соблюдается, снимать поделенное напряжение нужно с элемента, имеющего больший номинал.

Обозначение на схемах

Традиционно резисторы на схемах обозначают в виде прямоугольника (по ГОСТ 2.728-74) или ломаной линии (рис. 12 — в основном на схема западного образца). В прямоугольнике иногда указывают мощность, используя для этого условные обозначения в виде вертикальных, косых или горизонтальных чёрточек (см. рисунок ниже):

  • I = 1 Вт;
  • II = 2 Вт;
  • III = 3 Вт;
  • – = 0.5 Вт;
  • \ = 0.25 Вт;
  • \\ = 0.125 Вт.
Рис. 11. Обозначения резисторов по гост 2.728-74
Рис. 11. Обозначения резисторов по гост 2.728-74

Возле значка проставляют букву R и номинал резистора.

Рис. 12. Обозначение на схемах
Рис. 12. Обозначение на схемах

В отличие от постоянных деталей, обозначение переменных резисторов имеет особенность: над прямоугольником добавляется стрелка, указывающая, что в конструкции детали есть скользящий контакт (бегунок).

Например, УГО потенциометра выгляди так:

Типы резисторов и их обозначения
Типы резисторов и их обозначения

Полупроводниковые резисторы

Это полупроводниковые приборы с двумя выводами, обладающие зависимостью электрического сопротивления от параметров среды — температуры, освещенности, напряжения и др. Для изготовления таких деталей используют полупроводниковые материалы, легированные примесями, тип которых определяет зависимость проводимости от внешнего воздействия.

Существуют следующие типы полупроводниковых резистивных элементов:

  1. Линейный резистор. Изготовленный из слаболегированного материала, этот элемент имеет малую зависимость сопротивления от внешнего воздействия в широком диапазоне напряжений и токов, чаще всего он применяется в производстве интегральных микросхем.
  2. Варистор — элемент, сопротивление которого зависит от напряженности электрического поля. Такое свойство варистора определяет сферу его применения: для стабилизации и регулирования электрических параметров устройств, для защиты от перенапряжения, в других целях.
  3. Терморезистор. Эта разновидность нелинейных резистивных элементов обладает способностью изменять свое сопротивление в зависимости от температуры. Существует два типа терморезисторов: термистор, сопротивление которого падает с ростом температуры, и позистор, чье сопротивление растет вместе с температурой. Терморезисторы применяются там, где важен постоянный контроль над температурным процессом.
  4. Фоторезистор. Сопротивление этого прибора меняется под воздействием светового потока и не зависит от приложенного напряжения. При изготовлении используется свинец и кадмий, в ряде стран это послужило поводом для отказа от применения этих деталей по экологическим соображениям. Сегодня фоторезисторы уступают по востребованности фотодиодам и фототранзисторам, применяемым в аналогичных узлах.
  5. Тензорезистор. Этот элемент устроен так, что способен менять свое сопротивление в зависимости от внешнего механического воздействия (деформации). Используется в узлах, преобразующих механическое воздействие в электрические сигналы.

Такие полупроводниковые элементы, как линейные рез

Такие полупроводниковые элементы, как линейные резисторы и варисторы, характеризуются слабой степенью зависимости от внешних факторов. Для тензорезисторов, терморезисторов и фоторезисторов зависимость характеристик от воздействия является сильной.

Полупроводниковые резисторы на схеме обозначаются интуитивно понятными символами.

Резисторы общего и специального назначения

Переменный резистор и резисторы с мощностью рассеивания 25 и 10 Вт

Промышленностью выпускаются резисторы общего и специального назначения. Резисторы общего назначения используют в качестве анодных нагрузок радиоламп и делителей в цепях питания, элементов фильтров, регуляторов громкости и тембра, в цепях формирования импульсов, в измерительных приборах невысокой точности. В эту группу входят постоянные резисторы, сопротивление которых фиксируется при изготовлении, и переменные, сопротивление которых можно плавно менять в определенных пределах. Сопротивление резисторов общего назначения лежит в пределах от 10 Ом до 10 Мом, а номинальная мощность рассеивания — от 0,125 до 100 Вт.

К резисторам специального назначения, обладающим рядом специфических свойств и параметров, относят высокоомные, высоковольтные, высокочастотные, прецизионные, полупрецизионные.

  • Высокоомные резисторы выполняют преимущественно композиционного типа с сопротивлением до 1013 Ом и используют в устройствах для измерения малых токов. Номинальная мощность рассеивания их обычно не указывается, а рабочие напряжения составляют 100-300 В.
  • Высоковольтные резисторы с сопротивлением до 1011 Ом, но большей мощности и более крупные по размерам, чем высокоомные, используют для делителей напряжения, эквивалентов антенн, искрогашения, разряда конденсаторов фильтров. Наиболее распространенные их типы имеют рабочие напряжения в диапазоне 10-35 кВ.
  • Высокочастотные резисторы предназначены для схем, работающих на частотах свыше 10 МГц, используются в качестве согласующих нагрузок, аттенюаторов, эквивалентов антенн, элементов волноводов и обладают малой собственной ёмкостью и индуктивностью. При искусственном охлаждении их номинальные мощности составляют 5, 20, 50 кВт.
  • Прецизионные и полупрецизионные резисторы, применяемые в точных измерительных устройствах, вычислительных машинах, релейных системах, магазинах сопротивлений отличаются высокой точностью изготовления, имеют повышенную стабильность основных параметров и часто выполняются герметизированными. Номинальные сопротивления их от 1 Ом до 1 МОм, а номинальные мощности рассеивания не более 2 Вт[6][7].

Основные характеристики

Чтобы правильно выбрать резистор важно знать, на какие характеристики нужно смотреть при выборе. К его основным параметрам относится:

  • Номинальное сопротивление.
  • Максимальная рассеиваемая мощность.
  • Допуск или класс точности. От него зависит, насколько процентов сопротивление деталей из этого класса может отличаться от заявленного.
  • 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!

    Теги