Все про резисторы

Все про резисторы

Основное свойство этой радиодетали – это сопротивление. Измеряется в омах (Ом).

Разберем для начала понятие активного сопротивления. Оно так называется потому, что есть у всех материалов (даже у сверхпроводников, пусть и 0,00001 Ом). И именно оно является основным у резисторов.

Что говорит теория

В теории у резистора есть постоянное сопротивление, которое на зависит от внешних условий (температуры, давления, напряжения и т.п.).

График зависимости тока от напряжения прямолинеен.

В идеальных и математических условиях у резистора только активное сопротивление. По типам бывают нелинейные и линейные резисторы.

Что на самом деле

На самом у всех резисторов непрямолинейная зависимость тока от напряжения. То есть, его сопротивление тоже зависит от внешних условий, конкретно от температуры.

Конечно, эта зависимость не такая, как у полупроводников, но она есть. И самое главное, у этой радиодетали есть емкость и индуктивность. Помимо активного сопротивления, есть еще и реактивное.

Реактивное сопротивление отличается от активного тем, что оно по разному пропускает электрический ток на разных частотах.

Например, для постоянного тока сопротивление 200 Ом, а если есть высокие значения индуктивности, то на частотах выше 2 кГц, сопротивление будет уже 250 Ом.

Именно поэтому резисторы делаются из разных материалов. Они бывают керамическими, углеродными, проволочными и у них разные допуски и погрешности. SMD деталь обладает меньшей емкостью и индуктивностью, чем DIP.

Еще существует специальные типы резисторов с более выраженной нелинейной вольт-амперной характеристикой. Если у обычных резисторов вольт-амперный график чуть-чуть не линейный, то у такого типа деталей он лавинообразный.

У них сопротивление резко зависит от внешних условий, не так. как у обычных:

  • Терморезистор. Повышает или понижает сопротивление из-за влияния температуры;
  • Варистор. Изменяет свои свойства в зависимости от приложенного напряжения;
  • Фоторезистор. Уменьшается сопротивление, если на него действует свет;
  • Тензорезистор. При деформировании (сжатии, механических воздействиях) изменяет свое сопротивление.

Кроме того, еще одна особенность активного сопротивления – выделение тепла, когда проходит электрический ток. Когда протекает электрический ток замкнутой цепи, электроны ударяются об атомы. И поэтому выделяется тепло. Тепло измеряется в мощности. Она рассчитывается исходя из напряжения и тока.

Одна из популярных функций резисторов это снижение напряжения и ограничения тока. Например, если через резистор проходит ток 0,25 А и на нем есть падение напряжения 1 В, то мощность, которая будет на нем рассеиваться это 0,25 Вт.

И из-за этого и существуют резисторы с разной рассеиваемой мощностью. Нельзя ставить резистор 0,125 Вт на место 1 Вт. Он начнет греться, трескаться, чернеть. А потом и сгорит. Потому, что не рассчитан на такую мощность.

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=U 2 /R=I 2 R

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.

Полупроводниковые резисторы

Существуют резисторы, которые меняют свои свойства под воздействием окружающей среды. К ним относятся терморезисторы, варисторы и фоторезисторы. Сопротивление резистора подобного типа меняется только под воздействием определенных факторов.

Терморезистор уменьшает или увеличивает свое сопротивление при увеличении температуры. Это свойство используют в некоторых видах приборов, например, в саморегулирующихся обогревательных кабелях для водопроводов, труб.

Варисторы уменьшают свою проводимость тока при увеличении напряжения. Их применяют для защиты, стабилизации и регулировки электрических величин.

Фоторезисторы реагируют на солнечный свет или на электромагнитное излучение. Чаще всего используют подобные устройства с положительным фотоэффектом. При попадании на него излучения резистор уменьшает свою силу сопротивления. Такие элементы часто применяют в датчиках, реле, счетчиках.

Кроме реостатов и потенциометров есть и другие виды резисторов: термисторы, варисторы и фоторезисторы. Это интересно, но термисторы, в свою очередь, делятся на термисторы и позисторы. Позистор – это термистор, у которого сопротивление возрастает вместе с ростом температуры окружающей среды. У термисторов, наоборот, чем выше температура вокруг, тем меньше сопротивление. Это свойство обозначают как ТКС – тепловой коэффициент сопротивления.

В зависимости от ТКС (отрицательный он или положительный) обозначают на схеме термисторы следующим образом:

Следующий особый класс резисторов – это варисторы. Они изменяют силу сопротивления в зависимости от подаваемого на них напряжения. Ни картинке ниже вы видите, как выглядят варисторы

Зная свойства варистора, можно догадаться, что такой резистор защищает электрическую цепь от перенапряжения. На схемах варисторы обозначаются так:

В зависимости от интенсивности освещения изменяет свое сопротивление еще один вид резисторов – фоторезисторы. Причем не важно, каков источник освещения: искусственный или естественный. Их особенность еще и в том, что ток в них протекает как в одном, так и в другом направлении, то есть еще говорят, что фоторезисторы не имеют p-n перехода. Выглядят фоторезисторы так:

А на схемах изображаются так:

Сегодня невозможно изготовить ни одно, сколько-нибудь функциональное, электронное устройство без резисторов. Они используются везде: от компьютеров до систем охраны.

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.
Читайте также  Покраска дерево

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.

Тепловое действие электрического тока

При прохождении через проводник электрический ток оказывает тепловое действие — проводник нагревается. Степень нагрева определяется величиной тока и сопротивлением в соответствии с законом Джоуля-Ленца.

Q = I²*R*t, где Q – количество теплоты, I – сила тока, R – сопротивление, t — время

На этом принципе работают паяльники и всякого рода нагреватели.

Заканчивая первую часть статьи, отметим, что и «обычный» резистор в электронной схеме тоже в той или иной мере нагревается.

Через резисторы могут проходить различные токи, поэтому на них может рассеиваться различная мощность.

Тепловая мощность рассеивается в виде излучения. Интенсивность излучения определяется в том числе и площадью поверхности излучения.

Поэтому, чтобы рассеять бОльшую мощность, требуется бОльшая поверхность излучения, и, соответственно, бОльшие габариты резистора.

Обзор типов и материалов резисторов

Резисторы могут быть разделены по типу конструкции, а также материалу, из которого они изготовлены.

Существует несколько типов резисторов:

  • Постоянные резисторы;
  • Переменные резисторы, такие как: потенциометры, реостаты, подстроечные резисторы;
  • Термисторы ( NTC и PTC ), у которых изменение сопротивления происходит из-за изменения внешней температуры;
  • Фоторезистор (LDR), изменение сопротивления вследствие изменения освещения фоторезистора;
  • Варистор (VDR), изменение сопротивления по причине меняющегося напряжения;
  • Магниторезистор (MDR), изменение сопротивления в результате меняющегося магнитного поля;
  • Тензорезистор, изменение сопротивления в результате механической деформации.

Для каждого из вышеперечисленных типов резисторов в принципиальных схемах имеется свое обозначение.

Еще одна классификация резисторов: по типу материала, из которого они изготовлены:

  • композиционный резистор на основе углерода;
  • пленочный резистор на основе углерода;
  • пленочный резистор на основе оксида металла;
  • металлопленочный резистор;
  • проволочный резистор;
  • фольгированный резистор.

Для каждого конкретного случая используют тот или иной тип материала. Зачастую это компромисс между затратами на производство, точность и другими необходимыми условиями.

Резисторы на основе углерода являются морально устаревшими и обладают достаточно большим процентом отклонением, но они до сих пор используется в определенных устройствах, где протекают импульсы высокого напряжения. Они изготовлены из смеси графитового порошка и неэлектропроводного наполнителя, как правило, керамики.

Резисторы, изготовленные на основе углеродной пленки, имеют более высокую точность, по сравнению с углеродными резисторами. Они изготовлены из керамического основания (цилиндра), на которое нанесена тонкая углеродная пленка. Этот углеродный слой протравливают, в результате чего получается спираль, от толщины которой зависит величина сопротивления конкретного резистора.

Металлопленочные резисторы и резисторы на основе оксида металлов, на сегодняшний день, обладают лучшими показателями стабильности и точности. Кроме того, они менее подвержены влиянию температурных изменений. По технологии изготовления они схожи с резисторами на основе углеродной пленки. Резисторы на метало-оксидной пленке, как правило, более долговечны.

Проволочные резисторы, наверно, самый старый тип резистора, который может быть использован как для схем, где требуются сопротивления высокой точности, так и для схем высокой мощности. Они изготавливаются путем намотки на керамическое основание специальной металлической проволоки.

Обычно это металлы или их сплавы с высоким удельным сопротивлением, такие как манганин, нихром или константан. Они долговечны, точны и могут иметь очень низкое значение сопротивления. Недостатком их является то, что они имеют паразитную индуктивность на высоких частотах.

Если необходим резистор с очень высокой точностью и стабильностью, то используют металлический фольгированный резистор. Они изготавливаются путем цементирования самой металлической фольги с керамической подложкой.

Советские изделия маркируются буквами и цифрами. При этом небольшие номиналы (до ста Ом) демонстрируются буквами R или Е, а тысячи – буквой К. Например, 250R = 250 Ом, 2К3 = 2,3 кОм = 2300 Ом, К25 = 0,25 кОм = 250 Ом. Иногда цифробуквенные коды встречаются и на импортных изделиях, например, 4W – мощность в 4 ватта, 50R – сопротивление в 50 Ом. Все-таки чаще они маркируются цветными полосами.

Цветовая маркировка

Отдельные фирмы-производители располагают разными системами значений цветовых полос. Число таковых может быть от 3 до 6. Если под рукой нет инструкции от производителя, нужно посмотреть, сколько полос имеется на корпусе элемента, и по названию фирмы найти соответствующую таблицу в сети. Первой полосой нужно считать расположенную наиболее близко к выводу.

Чтобы предохранить цепь от скачков напряжения, важно знать, что такое резистор, и уметь подбирать подходящий для конкретного случая элемент. Важно также уметь правильно рассчитать номиналы резисторов для последовательного подключения в цепь.

Что делать, если под рукой нет резистора с нужным сопротивлением

Часто бывает так, что отыскать и подобрать резистор с каким-то конкретным сопротивлением нет возможности. Тогда можно последовательно подключить два или более резисторов, суммарное значение сопротивления которых, необходимо для достижения цели.

Существует и специальная формула, которая поможет объединить группу резисторов и найти их общее сопротивление: 1/Rобш = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3. Таким образом, получится использовать несколько резисторов вместо одного.