Важно! Несколько резисторных компонентов могут быть объединены в цепь параллельно или последовательно. В первом случае будет справедливым выражение: 1/R = 1/R1+ 1/R2 + … 1/Rn. Сопротивление такой композиции будет ниже, чем у элемента с самым низким номиналом. Во втором случае итоговый показатель для системы равен сумме сопротивлений всех входящих в нее элементов.

Номиналы

Типовые значения выпускаемых в продажу резисторных элементов подчиняются некоторому ряду номиналов, в основе которого лежит положение о том, что шаг между показателями закрывает разрешенную погрешность. Например, когда номинал изделия 10 Ом, а допустимая погрешность равна 10%, у резистора, идущего в ряду последующим, будет показатель в 12 Ом. Элементы объединяют в серии, для каждой из которых существует отдельный ряд номиналов.

Маркировка

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.

Видео

Токочувствительные (current sensing) чип резисторы компании Panasonic

Введение

В современном мире электроники и автоматики люди не задумываются сколько процессов, связанных с их жизнью, происходят без участия человека. Будь то зарядка аккумуляторной батареи телефона или электрокара, переключение светофора или управление атомным реактором. Все эти процессы происходят без прямого участия человека, человек выполняет лишь функцию оператора, а управление осуществляется автоматически.

В настоящее время выпускается все больше и больше интеллектуальных устройств и очень часто, жизненно важно контролировать процессы, происходящие внутри электроники. Чтобы электроника работала без сбоев, не выходила из строя и служила максимально долго, крайне важно осуществлять контроль этих процессов.

Процесс контроля процессов, происходящих внутри электронных устройств, зачастую осуществляется методом контроль токов, протекающих в цепях. Существуют различные способы контроля токов, происходящих в электрических цепях электроники. Поэтому современные электронные устройства имеют в своем составе ряд сенсоров. Точность контроля зависит от точности выполняемых измерений, и точный контроль силы протекающего тока является одной из важнейших функций. Один из самых распространенных, простых, высокоточных и недорогих способов измерения токов, протекающих в электрических цепях с помощью резисторов.

Резистор и их типы

Резисторы являются самым используемыми компонентами в электронных схемах и занимают примерно 25% позиций в БоМе. В тоже время резистор считается самой простой деталью схемы, зачастую не требующей пристального внимания. Тем не менее незаметный, на фоне полупроводниковых микросхем и других компонентов, резистор выполняет очень важные функции и без резисторов не смогла бы работать практически ни одна электронная схема.

Резисторы — это пассивные элементы, выполняющие ряд второстепенных, но важных функций. Резистор, по определению – сопротивление (от латинского «resisto»), технологически же резистором можно считать любой материал, будь то кусок медного провода, вольфрамовая нить или полоска полупроводникового материала.

Казалось бы, что такого важного в резисторе, но сложно представить современные электронные схемы без тех функций, которые выполняют резисторы: преобразование силы тока в напряжение и наоборот, ограничение протекающего тока, создание делителей напряжения, подавление радиопомех и др.

Существует несколько различных типов резисторов, отличающихся своими параметрами, вариантами исполнения и функциональным назначением: SMD (чип) резисторы, выводные резисторы, проволочные резисторы, токочувствительные резисторы, термисторы, потенциометры и реостаты.

Особую роль играют резисторы в цепях прецизионных схем, где изменение параметров резистора ведет к негативным последствиям. Рассмотрим причины важности правильного выбора резисторов и варианты их применения на основе токочувствительных резисторов.

В качестве параметра, на основе которого можно проводить измерения, контроль и диагностику электронных схем является протекающий в них ток. Такой способ измерения является одним из самых распространенных, и недооценка важности корректного измерения силы тока приводит к дальнейшим проблема работы устройств и добавляет трудностей разработчикам и инженерам, обслуживающим электронику.

Измерение динамического тока всегда было важным параметром для управления производительностью системы и это стало еще более важным с распространением более интеллектуальных функций управления устройств и систем.

Основы измерения тока

Существуют различные способы измерения тока, но измерение тока, протекающего на участке цепи, путем измерения напряжения на резисторе, является самым простым, недорогим и достаточно точным способом. К тому же резисторы не восприимчивы к электромагнитным помехам и имеют компактные размеры.

Способ измерения тока с применением токочувствительного резистора основан на законе Ома (V=IxR), заключается он на измерении падения напряжения на встроенном последовательно с нагрузкой резистором с известным значением сопротивления, и последующим вычислением тока.

Несмотря на видимую простоту и эффективность, такой способ измерения тока имеет ряд конструктивных проблем и тонкостей, которые необходимо учитывать при конструировании устройства. Поскольку токочувствительный резистор включается в цепь последовательно нагрузке он не должен оказывать существенное влияние на ток в цепи, поэтому номинальные значения сопротивления таких резисторов составляют от единиц ом до долей миллимом. Однако, при выборе измерительного резистора с низким значением может сложится ситуация, что падение напряжения на резисторе может стать сопоставимым с входным напряжением смещения расположенной далее аналоговой цепи нормирования сигнала, что отрицательно скажется на точности измерения.

Если измеряемый ток содержит значимую высокочастотную составляющую, необходимо, что бы измерительный резистор обладал малой собственной индуктивностью, из-за возникшего реактивного напряжения на нем, которое может влиять на точность измерения.

Одним из ограничивающих факторов применения токоизмерительных резисторов является рассеиваемая на них мощность (Pрез. = I²xUрез.), и связанную с этим проблему теплоотведения, поэтому токочувствительные резисторы редко применяются в цепях с током более 100А.

Еще один важный вопрос, с которым приходится сталкиваться разработчикам электроники, это вопрос обеспечения электрической изоляции между силовой цепью и токоизмерительной схемой.

Существуют два основных способа измерения тока: со стороны нижнего плеча (low-side), когда измерительный резистор включается в цепь между нагрузкой и «землей» (Рис. 1) и со стороны верхнего плеча «high-side», когда резистор включается со стороны источника питания (между нагрузкой и источником питания). У каждого из этих методов измерения есть свои преимущества и недостатки.

Рисунок 1. Low-side принцип измерения тока (резистор между нагрузкой и «землей»).

Топологию измерения тока со стороны нижнего плеча (low-side), так же часто называют топологией с «общей» цепью, простая в исполнении и наиболее бюджетная, имеет низкое входное синфазное напряжение, но имеет свой недостаток, влияющий на точность измерений, она подвержена помехам от заземляющей цепи.

Так же такой способ измерения тока не дает возможности обнаружить протекание тока в «землю» через нагрузку при коротком замыкании.

Применение данной топологии измерения тока является целесообразным, когда требуется простота и дешевизна и не требуется контроль короткого замыкания, а помехи от заземляющей цепи допустимы.

Способ измерения тока со стороны верхнего плеча «high-side», когда резистор включается со стороны источника питания (между нагрузкой и источником питания) (Рис. 2), исключает попадание помех в токоизмерительную цепь, позволяет контролировать ток утечки в случае пробоя и возникновения короткого замыкания.

Рисунок 2. High-side принцип измерения тока (резистор между нагрузкой и источником).

Однако такая измерительная схема подвержена высоким динамическим изменениям синфазных входных напряжений, требует усложнения конструкции, повышает ее стоимость и требует компоненты с высоким рабочим напряжением.

Поскольку токочувствительный резистор не должен оказывать существенного влияния на протекающий в цепи ток, он имеет маленькое номинальное сопротивление, в результате чего падение напряжения на резисторе имеет малые величины и часто требует усиления перед преобразованием значений.

Таким образом конфигурация цепи для измерения тока основанная на токочувствительном резисторе включает в себя аналоговый усилитель (как правило операционный усилитель ОУ), АЦП для преобразования напряжения в цифровое представление и микроконтроллер.

Резистор, усилитель, АЦП и микроконтроллер могут быть как самостоятельными микросхемами, так и единым блоком системы на кристалле (SoC).

Важно при выборе токочувствительного резистора учитывать все его физические величины: номинальное сопротивление, точность, рассеиваемую мощность, тепловой коэффициент (TCR) и тепловую ЭДС, влияющие на точность измеряемых параметров. С учетом того, что на резисторе рассеивается мощность, вызывающая дополнительный нагрев микросхем, влияющий на конечную точность измерений, в системах с высоким током рекомендуется использовать внешние токочувствительные резисторы.

Выбор токоизмерительного резистора

При использовании токоизмерительного усилителя в разработке, весьма важен выбор параметров токочувствительного резистора. В первую очередь выбираются номинальное сопротивление и мощность этого резистора. Номинал резистора подбирают, исходя из желаемого максимального падения напряжения на нем при максимальном ожидаемом токе, или же исходя из планируемой потери мощности на этом резисторе.

После выбора величины и мощности токоизмерительного резистора определяется допустимое отклонение от номинального значения его сопротивления, так как это напрямую повлияет на точность воспринимаемого напряжения и измеряемый ток.

Тепловая ЭДС токочувствительного резистора является еще одной важной характеристикой. Токочувствительные резисторы должны работать в широком диапазоне токов. Когда ток низкий, тепловая ЭДС резистора добавляет измерительную ошибку к напряжению, создаваемому протекающим через резистор током. Это напряжение ошибки должно быть значительно меньше, чем наименьшее ожидаемое напряжение, создаваемое протекающим через токочувствительный резистор током, сводя к минимуму ошибку измерения.

Однако есть еще один параметр, на первый взгляд не вполне очевидный, о котором часто забывают – это температурный коэффициент резистора. Температурный коэффициент часто указывается в размерности миллионная доля на градус Цельсия (ppm/°C). Он важен, поскольку температура резистора будет расти за счет мощности, рассеиваемой при протекании большого тока через этот компонент. Часто в недорогих резисторах с классом точности менее 1% наблюдается изменение рабочих параметров под влиянием температуры.

Рекомендации по монтажу

Несмотря на их внешний вид, современные токочувствительные резисторы не так просты, как кажутся. В частности, сопротивление токочувствительного резистора фактически состоит из трех частей (рис. 3). Во-первых, есть сопротивление самого резистора. Затем, есть сопротивления выводов этого резистора и дорожек на печатной плате, подключаемых к резистору. Сопротивления выводов и дорожек незначительные, но и сами токочувствительные резисторы обычно имеют очень низкие значения сопротивления. При измерениях больших токов даже небольшие сопротивления выводов вносят в результаты измерения чувствительные погрешность, поскольку они не учтены производителем в спецификациях резистора.

Рисунок 3. Токовый резистор с двумя контактами фактически состоит из трех последовательно соединенных сопротивлений: сопротивление самого резистора (Rsens), сопротивление двух выводов резистора (Rlead) и сопротивление подводящих дорожек на плате, подключенных к резистору (не показано). Сопротивление выводов может вызвать ошибку измерений для большого тока.

Одним из способов, позволяющих избежать ошибок измерения, вносимых внешними сопротивлениями выводов, является создание соединения Кельвина, выполнив раздельные токоизмерительные дорожки к двухконтактному токочувствительному резистору (рис. 4).

При этом чрезвычайно большое значение для сохранения точности измерения имеет также правильная трассировка цепей между токоизмерительным резистором и усилителем тока на печатной плате. Чтобы достигнуть высокой точности измерения тока, необходимо использовать схему Кельвина, основанную на четырех точках подключения к токоизмерительному резистору. Первые два соединения нужны для контроля протекающего тока, а два других – для контроля падения напряжения на резисторе. На рисунке 4 показаны различные варианты подключений для контроля тока, протекающего через резистор.

Рисунок 4. Технология монтажа токоизмерительного резистора а), б), в), г

Одной из наиболее распространенных ошибок является подключение входов чувствительного по току усилителя к дорожкам печатной платы, показанное на рисунке 4а, вместо непосредственного подключения к резистору.

Другие допустимые варианты подключения к резистору для измерения тока представлены на рисунках 4б…г. Показанная на рисунке 4г компоновка использует независимое двухпроводное подключение для каждого вывода токоизмерительного резистора. Такой метод наиболее часто используется для резисторов с сопротивлением менее 0,5 мОм, когда паяное соединение способно серьезно изменить сопротивление цепи. Трудно сказать, какой метод компоновки точек подключения даст наилучшие результаты в окончательном варианте печатной платы, так как точность резистора во многом зависит от точки измерения, используемой при его производстве.

Если значение резистора было измерено с внутренней стороны контактных площадок, то наилучший результат измерения обеспечит компоновка, показанная на рисунке 4в. Если значение резистора было измерено на боковой стороне площадок – компоновка, показанная на рисунке 4б, даст наивысшую точность.

Резисторы Panasonic

Компания Panasonic – один из крупнейших мировых производителей электронных компонентов, предлагает более 35 серий токочувствительных резисторов с общим числом элементов более 13 000 наименований.

Все резисторы Panasonic выполнены по специальной технологии «мягкого контакта» (Soft Termination Technology) рис. 5, уменьшающей влияние разностного теплового расширения резистора и PCB, обеспечивающей высокую надежность резисторов и устройства в процессе эксплуатации.

Рисунок 5. Технология производства резисторов с использованием «мягкого контакта»

Разность теплового расширения материалов имеет коэффициент теплового расширения CTE (Coefficient of Thermal Expansion), в процессе пайки и эксплуатации резисторы подвергаются постоянному воздействию механических вибраций и температуры, в результате которых материалы резисторов и PCB сужаются и расширяются с разными значениями. На область припоя (галтели) рис.6 воздействует механическое напряжение, которое может привести к разрушению припоя и/или структуры резистора, увеличить контактное сопротивление, вызвать дополнительный нагрев, ухудшить параметры резистора и привести к выходу из строя как самого компонента, так и устройства в целом. Технология «мягкого контакта» в резисторах Panasonic нивелирует разницу TCE и обеспечивает целостность структуры в течение всего срока эксплуатации.

Рисунок 6. Результат разрушения галтели при разности CTE

Для большего уменьшения влияния сторонних факторов на резисторы, компания Panasonic предлагает резисторы с широкими контактными площадками серии ERJA1, ERJB1, ERJB2, ERJB3, ERJD1, ERJD2 или двойным резистивным слоем серии ERJ2LW, ERJ3LW, ERJ6LW, ERJ2BW, ERJ3BW, ERJ6BW, ERJ8BW, ERJ6CW, ERJ8CW обеспечивающие дополнительную надежность компонентов и схемы в целом.

Резисторы, изготовленные в корпусах с широкой контактной площадкой, обеспечивают рассеивание тепла по всей площади элемента, снижают вероятность разрушения резистора и точек пайки. Кроме того в резисторах с широкими контактами используется технология разделения резистивного слоя на отдельные сегменты и применение компенсационных прорезей в резистивном слое, обеспечивающие превосходные температурные характеристики резистора рис. 7. Материала резистивного слоя, на основе медно-никелевого сплава, примененный при производстве резисторов, обладает низким температурным коэффициентом и позволяет достигнуть максимального уровня рассеивания тепла и отменных температурных характеристик резисторов в процессе эксплуатации рис.8.

Рисунок 7. Структура резистора с широкой контактной площадкой

Рисунок 8. а) теплоотведение резистора с раздельными сегментами, б) обычный резистор

Применение в резисторах двухстороннего резистивного слоя позволяет уменьшить размеры требуемой площади на плате до 45%, увеличить мощность рассеяния резисторов, улучшить характеристики резистора, уменьшить номинальное сопротивление резистора, обеспечить надежность и увеличить срок службы рис.9.

Рисунок 9. Структура резистора с двусторонним резистивным слоем

Т.к. мощность рассеяния резисторов с двусторонним расположением резистивного слоя выше, а допустимые номиналы сопротивления резисторов ниже, чем у обычных резисторов, такие резисторы способны работать с более высокими токами, что позволяет сохранить площадь платы, и повысить надежность устройства.

Применение

Современные электронные устройства, это сложные устройства с множеством внутренних процессов. И контроль этих процессов является важной и неотъемлемой частью. Основным способом осуществления контроля, является измерение тока, протекающего в цепях электронного устройства. Применение токоизмерительных резисторов в электронике один из самых распространенных, недорогих и высокоточных способов измерения тока.

Гигантская популярность современных мобильных телефонов, гаджетов, мобильных вычислительных машин, автономных и переносных устройств, счетчиков ресурсов, систем умного дома и другой электроники требует громадное количество элементов питания, используемых в этих устройствах. И очень важно осуществлять контроль разряда и заряда этих элементов питания, позволяющего продлить срок службы, как элементов питания, так и самих устройств. Простым, надежным, точным и не дорогим способом контроля, является контроль протекающего тока на основе токоизмерительных резисторов.

Большинство современных блоков питания или драйверов для светотехники являются достаточно интеллектуальными приборами, контролирующими массу входных и выходных параметров, таких как наличие короткого замыкания, наличие/отсутствие нагрузки, коррекция мощности, контроль заряда аккумулятора, контроль выходного напряжения и тока. Контроль многих параметров источников питания осуществляется на основе токоизмерительных резисторов.

Робототехника и автоматика неотъемлемая часть современной жизни человека, поднимается лифт, перемалывается кофе в кофе машине, крутится вентилятор, катится электросамокат, работает вытяжка на кухне, работает шуруповерт, все эти устройства используют электромоторы. Многие из схем управления электромоторов этих устройств включают в себя токочувствительные элементы на основе резисторов позволяющие осуществлять контроль и функции защиты.

Современный автомобиль, это порой серьезный вычислительный центр, со множеством мультимедийных, коммуникационных и силовых электронных блоков, содержащий десятки электромоторов, силовых и сигнальных цепей, и высокой степенью контроля средств управления и безопасности автомобиля. Для обеспечения высокой надежности систем автомобиля, крайне важно контролировать электрические процессы и протекающие токи в цепях. Системы контроля токов на основе токоизмерительных резисторов Panasonic способны обеспечить высокую точность и надежность.

Заключение

Технология измерения тока посредством преобразования напряжения с помощью токочувствительных резисторов, в силу простоты схемного решения, стоимости, точности и надежности, является наиболее распространенной в современной электронике.

Уникальная технология производства резисторов, их высокое качество, подтвержденное наличием сертификатов, регламентированных для применения в автомобильной электронике, AEC-Q200, позволяет проектировать и создавать высоконадежные системы контроля и управления с применением токочувствительных резисторов Panasonic. Широкая номенклатура токочувствительных резисторов позволит подобрать требуемые элемент.

Доступность:

Резисторы Panasonic находятся в массовом производстве и доступны для заказа.

Ресурсы:

Резистор сопротивления — маркировка, правильный выбор элементов электрических цепей. инструкция от профи!

Мощность резистора по размеру | Крабовые ручки

Внезапно, возникла проблема: на резисторах мощностью до 2 Вт не указана их мощность. А всё потому, что мощность определяется размером:

Таблица размер-мощность аксиальных (цилиндрических) резисторов

Но, всё не так однозначно. Бывают резисторы одинаковой мощности разного размера и разной мощности одинакового размера:

Аксиальные (с осевыми выводами) резисторы с внезапной маркировкой на них мощности ваттах (W)

Мощность чип-резисторов тоже связана с их размером:

Правая часть второй колонки (код типоразмера, состоящий из 4-х цифр) — кодирует длину (первые две цифры) и ширину (вторые две цифры) детали в 1/100 долях дюйма. Значения мощности в третьей колонке указаны при температуре 70°С

Что такое мощность резистора?

Вообще, мощность (измеряемая в ваттах) — это энергия (измеряемая в джоулях), передаваемая (или потребляемая, или отдаваемая) в секунду. Энергия электрического тока в проводнике состоит из кинетической энергии скорости электронов и их количества (сила тока, I), и потенциальной энергии сжатости электронного газа (напряжение, U). Мощность электрического тока, проходящего через резистор, определяется по формуле  P=U·I=R·I2, где U — падение напряжения на выводах резистора, R — заявленное сопротивление резистора.

Электроны врезаются в молекулы полупроводника-резистора и нагревают их (увеличивают амплитуду колебаний), энергия электронного тока частично переходит в тепловую энергию нагрева резистора. Резистор рассеивает это тепло в окружающую среду (воздух), спасаясь от перегрева, и чем быстрее он это делает (чем больше джоулей тепла в секунду отдаёт во вне) тем больше его мощность и тем более мощный ток он может через себя пропустить. Соответственно, резистор тем мощнее, чем больше поверхность его тушки (или радиатора, к которому он привинчен), чем холоднее и плотнее окружающая среда (воздух, вода, масло), чем большую температуру разогрева себя, любимого, может выдержать резистор.

Так вот, мощность резистора — это максимальная мощность тока, проходящего через резистор, которую резистор выдерживает бесконечно долго, не ломаясь от перегрева и не меняя слишком сильно своего исходного (номинального) сопротивления.

Как же может сломаться резистор, если он сделан из таких материалов как графит (температура плавления >3800°С), керамика (>2800°С), сплава «константан» (=1260°С), нихрома, … ?  Ломаются резисторы обычно путём трескания напополам их тщедушного тельца или отваливания (отгорания) от тела колпачков-выводов на концах. Обугливание краски

Мощный резистор, целый, но обуглилась краска на нём, так что пропала маркировка

поломкой не считается. Но чтобы не терять маркировку, в последнее время стало модно запихивать  резистор мощностью ≥ 3 Вт в керамический параллелепипед, который снаружи выглядит как новый даже после многих лет напряжённой работы-разогрева резистора.

Т.к. мощный резистор сильно греется, по сути печка, нагревательный элемент, то его обычно на платах подвешивают в пространстве на длинных ножках,

Дистанцирование мощного резистора от других деталей на плате

чтобы удалить от деталей на плате, особенно от и без того бодро иссыхающих со временем электролитических конденсаторов.

Полезные ссылки:

1. Параметры чип-резисторов — датащит от Panasonic
2. Мощность-размер советских резисторов (МЛТ, ВС, КИМ, УЛМ) — картинка-скан таблицы

Мощность резистора по размеру

Маркировка SMD резисторов

В современной электронике один из ключевых факторов при разработке устройства – его миниатюризация. Этим вызвано создание безвыводных элементов. SMD-компоненты отличаются малыми размерами, за счет их безвыводной конструкции. Пусть вас не смущает такой способ монтажа, он используется в большей части современной электроники и отличается хорошей надежностью. К тому же это упрощает конструкцию многослойной печатной платы. Дословная расшифровка с переводом обозначает «устройство для поверхностного монтажа», они и монтируются на поверхность печатной платы. Из-за миниатюрных размеров возникают трудности с обозначением их номинала и характеристик на корпусе, поэтому идут на компромисс и используют методы маркировки по цифрам, с буквами или используя кодовую систему. Давайте разберемся, как маркируются SMD резисторы.

Если на SMD-резисторе нанесено 3 цифры тогда расшифровка производится следующим образом: XYZ, где X и Y – это первые две цифры номинала, а Z количество нолей. Рассмотрим на примере.

Возможно обозначение 4-мя цифрами, тогда всё таким же образом, только первые три цифры, это сотни, десятки и единицы, а последняя – нули.

Если в маркировку введены буквы, то расшифровка подобна отечественным резисторам МЛТ.

И целые отделяются от дробных значений.

Другое дело, когда используется буквенно-цифровая кодировка, такие резисторы приходится расшифровывать по таблицам.

При этом буквой обозначается множитель. В таблице, что приведена ниже, они обведены красным цветом.

Исходя из таблицы, шифр 01C значит:

• 01 = 100 Ом;
• C – множитель 102, это 100;
• 100*100 = 10000 Ом или 10 кОм.

Такой вариант обозначений называется EIA-96.

Информация, которая содержится в символьной или цветовой кодировке поможет вам построить схемы с высокой точностью и использовать элементы с соответствующими номиналами и допусками. Правильное понимание обозначений не избавит вас от необходимости измерения сопротивлений. Все равно лучше проверить его повторно, ведь элемент может быть неисправен. Проверку можно сделать специальным омметром или мультиметром. Надеемся, предоставленная информация о том, какая бывает маркировка резисторов и как она расшифровывается, была для вас полезной и интересной!

Похожие материалы:

• Как проверить резистор в домашних условиях
• Цветовая маркировка проводов
• Как определить емкость конденсатора
• Как правильно выпаивать радиодетали из плат

По назначению

Рассмотрим еще виды резисторов по назначению. Они бывают общего и специального назначения. Сопротивления общего назначения имеют следующие параметры:

• номинал от 1 Ом до 10 МОм,
• мощность от 0,125 Вт до 100 Вт,
• допуск точности не менее 20%, 10 %, 5%, 2% или 1%.

Они пригодны для работы в сетях напряжением не более  1000 В. Используются как токоограничители или в качестве нагрузок для активных элементов схем. Резисторы специального назначения превосходят «обычные» по одной или нескольким характеристикам. К ним относятся:

Для ремонта бытовых приборов достаточно элементов с обычными характеристиками. А вообще, при замене стоит придерживаться правила: ставить элемент того же номинала и с теми же характеристиками. Если элементная база старая и найти точно такой же экземпляр сложно или стоит он несоизмеримо, ищем аналог. При подборе аналогов номинал выбираем «один в один», а характеристики могут быть немного лучше. Хуже брать не следует, так как это может стать причиной некорректной работы устройств.

Резистор. Падение напряжения на резисторе. Мощность. Закон Ома — МикроПрогер

Итак, резистор… Базовый элемент построения электрической цепи.

Работа резистора заключается в ограничении тока, протекающего по цепи. НЕ в превращении тока в тепло, а именно в ограничении тока. То есть, без резистора по цепи течет большой ток, встроили резистор – ток уменьшился. В этом заключается его работа, совершая которую данный элемент электрической цепи выделяет тепло.

Пример с лампочкой

Рассмотрим работу резистора на примере лампочки на схеме ниже. Имеем источник питания, лампочку, амперметр, измеряющий ток, проходящий через цепь. И Резистор. Когда резистор в цепи отсутствует, через лампочку по цепи побежит большой ток, например, 0,75А. Лампочка горит ярко. Встроили в цепь резистор —  у тока появился труднопреодолимый барьер, протекающий по цепи ток снизился до 0,2А. Лампочка горит менее ярко. Стоит отметить, что яркость, с которой горит лампочка, зависит так же и от напряжения на ней. Чем выше напряжение — тем ярче.

Ограничение тока резистором

Кроме того, на резисторе происходит падение напряжения. Барьер не только задерживает ток, но и «съедает» часть напряжения, приложенного источником питания к цепи. Рассмотрим это падение на рисунке ниже. Имеем источник питания на 12 вольт. На всякий случай амперметр, два вольтметра про запас, лампочку и резистор. Включаем цепь без резистора(слева). Напряжение на лампочке 12 вольт. Подключаем резистор — часть напряжения упала на нем. Вольтметр(снизу на схеме справа)  показывает 5В. На лампочку остались остальные 12В-5В=7В. Вольтметр на лампочке показал 7В.

Падение напряжение на резисторе

Разумеется, оба примера являются абстрактными, неточными в плане чисел и рассчитаны на объяснение сути процесса, происходящего в резисторе.

Основная характеристика резистора — сопротивление. Единица измерения сопротивления — Ом (Ohm, Ω). Чем больше сопротивление, тем больший ток он способен ограничить, тем больше тепла он выделяет, тем больше напряжения падает на нем.

Основной закон всего электричества. Связывает между собой Напряжение(V), Силу тока(I) и Сопротивление(R).

V=I*R

Интерпретировать эти символы на человеческий язык можно по-разному. Главное — уметь применить для каждой конкретной цепи. Давайте используем Закон Ома для нашей цепи с резистором и лампочкой, рассмотренной выше, и рассчитаем сопротивление резистора, при котором ток от источника питания на 12В ограничится до 0,2.  При этом считаем сопротивление лампочки равным 0.

V=I*R    =>     R=V/I    =>    R= 12В / 0,2А   =>   R=60Ом

 Итак. Если встроить в цепь с источником питания и лампочкой, сопротивление которой равно 0, резистор номиналом 60 Ом, тогда ток, протекающий по цепи, будет составлять 0,2А.

Микропрогер, знай и помни! Параметр мощности резистора является одним из наиболее важных при построении схем для реальных устройств.

Мощность электрического тока на каком-либо участке цепи равна произведению силы тока, протекающую по этому участку на напряжение на этом участке цепи. P=I*U. Единица измерения 1Вт.

При протекании тока через резистор совершается работа по ограничению электрического тока. При совершении работы выделяется тепло. Резистор рассеивает это тепло в окружающую среду. Но если резистор будет совершать слишком большую работу, выделять слишком много тепла — он перестанет успевать рассеивать вырабатывающееся внутри него тепло, очень сильно нагреется и сгорит. Что произойдет в результате этого казуса, зависит от твоего личного коэффициента удачи.

Характеристика мощности резистора — это максимальная мощность тока, которую он способен выдержать и не перегреться.

Рассчитаем мощность резистора для нашей цепи с лампочкой. Итак. Имеем ток, проходящий по цепи(а значит и через резистор), равный 0,2А. Падение напряжения на резисторе равно 5В (не 12В, не 7В, а именно 5 — те самые 5, которые вольтметр показывает на резисторе). Это значит, что мощность тока через резистор равна P=I*V=0,2А*5В=1Вт. Делаем вывод: резистор для нашей цепи должен иметь максимальную мощность не менее(а лучше более) 1Вт. Иначе он перегреется и выйдет из строя.

При последовательном соединении общее сопротивление резисторов является суммой сопротивлений каждого резистора в соединении:

Последовательное соединение резисторов

При параллельном соединении общее сопротивление резисторов рассчитывается по формуле:

Параллельное соединение резисторов

Остались вопросы? Напишите комментарий. Мы ответим и поможем разобраться =)

Онлайн калькулятор — закон Ома (ток, напряжение, сопротивление) + Мощность :: АвтоМотоГараж

Причиной написания данной статьи явилась не сложность этих формул, а то, что в ходе проектирования и разработки каких-либо схем часто приходится перебирать ряд значений чтобы выйти на требуемые параметры или сбалансировать схему. Данная статья и калькулятор в ней позволит упростить этот подбор и ускорить процесс реализации задуманного. Также в конце статьи приведу несколько методик для запоминания основной формулы закона Ома. Эта информация будет полезна начинающим. Формула хоть и простая, но иногда есть замешательство, где и какой параметр должен стоять, особенно это бывает поначалу.

В радиоэлектронике и электротехнике закон Ома и формула расчёта мощности используются чаше чем какие-либо из всех остальных формул. Они определяют жесткую взаимосвязь между четырьмя самыми ходовыми электрическими величинами: током, напряжением, сопротивлением и мощностью.

Закон Ома. Эту взаимосвязь выявил и доказал Георг Симон Ом в 1826 году. Для участка цепи она звучит так: сила тока прямо пропорциональна напряжению, и обратно пропорциональна сопротивлению

Так записывается основная формула:

Путем преобразования основной формулы можно найти и другие две величины:

Мощность. Её определение звучит так: мощностью называется произведение мгновенных значений напряжения и силы тока на каком-либо участке электрической цепи.

Формула мгновенной электрической мощности:

Ниже приведён онлайн калькулятор для расчёта закона Ома и Мощности. Данный калькулятор позволяет определить взаимосвязь между четырьмя электрическими величинами: током, напряжением, сопротивлением и мощностью. Для этого достаточно ввести любые две величины. Стрелками «вверх-вниз» можно с шагом в единицу менять введённое значение. Размерность величин тоже можно выбрать. Также для удобства подбора параметров, калькулятор позволяет фиксировать до десяти ранее выполненных расчётов с теми размерностями с которыми выполнялись сами расчёты.

Когда мы учились в радиотехническом техникуме, то приходилось запоминать очень много всякой всячины. И чтобы проще было запомнить, для закона Ома есть три шпаргалки. Вот какими методиками мы пользовались.

Первая — мнемоническое правило. Если из формулы закона Ома выразить сопротивление, то R = рюмка.

Вторая — метод треугольника. Его ещё называют магический треугольник закона Ома.

Если оторвать величину, которую требуется найти, то в оставшейся части мы получим формулу для её нахождения.

Третья. Она больше является шпаргалкой, в которой объединены все основные формулы для четырёх электрических величин.

Пользоваться ею также просто, как и треугольником. Выбираем тот параметр, который хотим рассчитать, он находиться в малом кругу в центре и получаем по три формулы для его расчёта. Далее выбираем нужную.

Этот круг также, как и треугольник можно назвать магическим.

Расчет резистора светодиода (по формулам)

При расчете вычисляют две величины:

• Сопротивление (номинал) резистора;
• рассеиваемую им мощность P.

Источники напряжения, питающие LED, имеют разное выходное напряжение. Для того чтобы выполнить подбор резистора для светодиода нужно знать напряжение источника (U_ист), рабочее падение напряжения на диоде и его номинальный ток. Формула для расчета выглядит следующим образом:

R = (U_ист — U_н) / I_н

При вычитании из напряжения источника номинальное падение напряжения на светодиоде – мы получаем падение напряжения на резисторе. Разделив получившееся значение на ток мы, по закону Ома, получаем номинал токоограничивающего резистора. Подставляем напряжение, выраженное в вольтах, ток – в амперах и получаем номинал, выраженный в омах.

Электрическую мощность, рассеиваемую на гасящем сопротивлении, вычисляют по следующей формуле:

P = (I_н)2 ⋅ R

Исходя из полученного значения, выбирается мощность балластного резистора. Для надежной работы устройства она должна быть выше расчетного значения. Разберем пример расчета.

Пример расчета резистора для светодиода 12 В

Рассчитаем сопротивление для LED, питающегося от источника постоянного напряжения 12В.

Допустим в нашем распоряжении имеется популярный сверхяркий SMD 2835 (2.8мм x 3.5мм) с рабочим током 150мА и падением напряжения 3,2В. SMD 2835 имеет электрическую мощность 0,5 ватта. Подставим исходные значения в формулу.

R = (12 — 3,2) / 0,15 ≈ 60

Получаем, что подойдет гасящий резистор сопротивлением 60 Ом. Ближайшее значение из стандартного ряда Е24 – 62 ома. Таким образом, для выбранного нами светодиода можно применить балласт сопротивлением 62Ом.

Теперь вычислим рассеиваемую мощность на сопротивлении.

P = (0,15)2 ⋅ 62 ≈ 1,4

На выбранном нами сопротивлении будет рассеиваться почти полтора ватта электрической мощности. Значит, для наших целей можно применить резистор с максимально допустимой рассеиваемой мощностью 2Вт.

Осталось купить резистор с подходящим номиналом. Если же у вас есть старые платы, с которх можно выпаять детали, то по цветовой маркировке можно выполнить подбор резистора. Воспользуйтесь формой ниже.

На заметку! В приведенном выше примере на токоограничительном сопротивлении рассеивается почти в три раза больше энергии, чем на светодиоде. Это означает, что с учетом световой отдачи LED, КПД нашей конструкции меньше 25%.

Чтобы снизить потери энергии лучше применить источник с более низким напряжением. Например, для питания можно применить преобразователь постоянного напряжения AC/AC 12/5 вольт. Даже с учетом КПД преобразователя потери будут значительно меньше.

Параллельное соединение

Довольно часто требуется подключить несколько диодов к одному источнику. Теоретически, для питания нескольких параллельно соединенных LED, можно применить один токоограничивающий резистор. При этом формулы будут иметь следующий вид:

R = (U_ист — U_н) / (n ⋅ I_н)

P = (n ⋅ I_н)2 ⋅ R

Где n – количество параллельно включенных ЛЕДов.

Почему нельзя использовать один резистор для нескольких параллельных диодов

Даже в «китайских» изделиях производители для каждого светодиода устанавливают отдельный токоограничивающий резистор. Дело в том, что в случае общего балласта для нескольких LED многократно возрастает вероятность выхода из строя светоизлучающих диодов.

В случае обрыва одного из полупроводников, его ток перераспределится через оставшиеся LED. Рассеиваемая на них мощность увеличится и они начнут интенсивно нагреваться. Вследствие перегрева следующий диод выйдет из строя и дальше процесс примет лавинообразный характер.

Пример правильного подключения резистора

Можно ли обойтись без резисторов?

Действительно, в некоторых случаях можно не использовать токоограничивающий резистор. Рассмотренный нами светодиод можно напрямую запитать от двух батареек 1,5В. Так как его рабочее напряжение составляет 3,2В, то протекающий через него ток будет меньше номинального и балласт ему не потребуется. Конечно, при таком питании светодиод не будет выдавать полный световой поток.

Иногда в цепях переменного тока в качестве токоограничивающих элементов вместо резисторов применяют конденсаторы (подробнее про расчет конденсатора). В качестве примера можно привести выключатели с подсветкой, в которых конденсаторы являются «безваттными» сопротивлениями.

Как правильно рассчитать сопротивление

Применяется закон Ома для участка цепи – расчет сопротивления делается по формуле R = U/I, где

• U – падение напряжение на конкретном резистивном элементе;
• I – ток, протекающий через него.

Для двух элементов считаем Rобщ = R₁+R₂.

Для нескольких сопротивлений разного номинала Rобщ = R₁+R₂+R₃+…+Rn.

При параллельном соединении

Расчет для двух резисторов делаем по формуле Rобщ = (R₁×R₂)/(R₁+R₂).

Сопротивление параллельных резисторов с разным номиналом рассчитываем по формуле

Rобщ = 1/(1/R₁+1/R₂+1/R₃+…+1/Rn).

Для элементов, соединенных в параллель, суммарное сопротивление всегда ниже наименьшего номинального.

Расчет гасящего резистора для светодиода

Первым делом разберемся как выполнить расчет сопротивления гасящего резистора, от чего оно зависит и какой мощности должен быть резистор для питания светодиода от источника питания. Ток (I) через резистор и светодиод протекает один и от же. Напряжение на резисторе равно разнице напряжений питания и напряжения на светодиоде (VS-VL). Здесь нам нужно рассчитать сопротивление резистора (R), при котором через цепь будет протекать напряжение I, а на светодиоде будет напряжение VL.

Допустим что мы будем питать светодиод от батареи напряжением 5В, как правило такое питающее напряжение используется при питании микроконтроллерных схем и другой цифровой техники. Вычислим значение напряжения на гасящем резисторе, для этого нам нужно знать падение напряжения на светодиоде, это можно выяснить по справочнику для конкретного светодиода.

Примерные значения падения напряжения для светодиодов (АЛ307 и другие маломощные в подобном корпусе):

• красный – 1,8…2В;
• зеленый и желтый – 2…2,4В;
• белые и синие – 3…3,5В.

Допустим что мы будем использовать синий светодиод, падение напряжения на нем – 3В. Производим расчет напряжения на гасящем резисторе – Uгрез = Uпит – Uсвет = 5В – 3В = 2В. Для расчета сопротивления гасящего резистора нам нужно знать ток через светодиод. Номинальный ток конкретного типа светодиода можно узнать по справочнику. У большинства маломощных светодиодов (наподобии АЛ307) номинальный ток находится в пределах 10-25мА.

Допустим что для нашего светодиода номинальный ток для его достаточно яркого свечения составляет 20мА (0,02А). Получается что на резисторе будет гаситься напряжение 2В и проходить ток 20мА. Выполним расчет по формуле закона Ома:

R = U / I = 2В / 0,02А = 100 Ом.

В большинстве случаев подойдет маломощный резистор с мощностью 0,125-0,25Вт (МЛТ-0,125 и МЛТ-0,25). Если же ток и напряжение падения на резисторе будет очень отличаться то не помешает произвести расчет мощности резистора:

P = U * I = 2В * 0,02А = 0,04 Вт.

Таким образом, 0,04 Вт явно меньше номинальной мощности даже для самого маломощного резистора МЛТ-0,125 (0,125 Вт). Произведем расчет для красного светодиода (напряжение 2В, ток 15мА).

• Uгрез = Uпит – Uсвет = 5В – 2В = 3В.
• R = U / I = 3В / 0,015А = 200 Ом.
• P = U * I = 3В * 0,015А = 0,045 Вт.

При подключении светодиодов не нужно забывать что они имеют полярность. Для определения полярности светодиода можно использовать мультиметр в режиме прозвонки или же омметр. Использование гасящих резисторов оправдано для питания маломощных светодиодов, при питании мощных светодиодов нужно использовать специальные LED-драйверы и стабилизаторы.

Расчет гасящего резистора для светодиода.

Глава 1. Что на плате электронного устройства?

Как и собирался, я с помощью отвертки, открутив винты, открыл испорченный стрелочный прибор, который нашел в своей «хламежке». Из него удалось извлечь несколько плат из стеклотекстолита с печатным монтажом; на платах много резисторов, есть конденсаторы, транзисторы, микросхемы – почти все, что мне нужно для рассказа.

На самой большой плате передо мной, следовало бы посчитать, но не хочется, на первый взгляд больше всего резисторов. Резистор или сопротивление, наверное, простейший для понимания компонент любого электронного устройства…

Вот так, не успев начать рассказ, я уже сделал ошибку. Больше всего на плате не резисторов, а проводников! И, пожалуй, именно проводники самые простые компоненты. Проводники соединяют все остальные элементы устройства в сложные или простые цепи, поэтому электрическую схему я буду часто называть электрической цепью. Как правило, проводники делают из металла, вещества хорошо проводящего электрический ток. Если под током понимать любое направленное движение электрических зарядов, то проводники мало сопротивляются этому движению, то есть, их сопротивление обычно невелико. Свойства проводников хорошо понятны, если рассматривать атомное строение вещества, договорившись, что атомы состоят из тяжелого электрически заряженного ядра и легких электронов, субатомных частиц противоположного знака, расположенных вокруг ядра. У разных веществ заряд ядра разный, но количество электронов такое, что в целом атом электрически нейтрален. У металлов, уж так они устроены, электроны, далеко расположенные от ядра, слабо связаны с ним и могут «бродить» по металлу от атома к атому (но не могут самопроизвольно покинуть металл). Движутся они, конечно, беспорядочно, но под действием внешнего электрического поля, которое можно создать с помощью источника питания, его еще называют источником электродвижущей силы (батарейка, аккумулятор, блок питания), их движение упорядочивается и можно говорить о протекании тока от одного полюса источника питания к другому; благодаря большому количеству носителей зарядов в металлах (электронов-бродяг) те оказываются хорошими проводниками тока. За техническое направление тока принято направление от плюса источника ЭДС (электродвижущей силы) к минусу, хотя реально в металле под действием внешнего электрического поля двигаться будут отрицательно заряженные электроны от минуса источника, поставляющего электроны в металл, к его плюсу. Если можно посчитать количество зарядов, проходящих через поперечное сечение проводника, то можно оценить силу тока – чем больше зарядов проходит через это сечение, тем больше ток. Определяется сила тока отношением количества зарядов, прошедших за определенное время через поперечное сечение, к этому времени. И еще о токе можно сказать, что если его величина и направление не меняется со временем, то мы имеем дело с постоянным током, иначе с переменным током. Батарейка – источник постоянного тока, а силовая сеть, куда мы подключаем пылесос или телевизор, источник переменного тока.

Все вещества по тому, как они проводят электрический ток, можно разделить на проводники, хорошо проводящие ток, изоляторы, вещества не проводящие ток, и полупроводники – «ни рыба, ни мясо», проводят ток много хуже проводников, но лучше изоляторов. Их оценивают по сопротивлению, маленькому у проводников и огромному у изоляторов. Единица сопротивления в электротехнике ом.

Теперь можно перейти к тому, с чего я по ошибке начал, к резисторам. Мы уже договорились, что разные вещества по-разному проводят электрический ток. Это касается и металлов. Хотя они все проводники, но одни металлы лучше проводят ток, другие хуже. Очень хорошо, например, проводят ток медь, серебро, золото. Хуже алюминий. Еще хуже сплавы металлов, как нихром, манганин, константан. Отчего зависит сопротивление проводника? От вещества, из которого он сделан, от толщины проводника и от длины проводника.

Если у вас есть мультиметр и медные провода одинаковой длины, но разного диаметра, вы можете измерить их сопротивление (провода лучше взять достаточно длинные). Если у вас найдется проводник из нихрома (от перегоревшей спирали старого нагревательного прибора) такой же длины, вы непременно заметите разницу.

Есть еще одно обстоятельство, влияющее на сопротивление проводника, это температура. При нагревании сопротивление проводника увеличивается, потому что при нагревании электроны бродяги становятся еще энергичнее в своем хаотическом движении и их труднее заставить двигаться направленно. Убедиться в том, что при нагревании сопротивление увеличивается, можно подключив к мультиметру в режиме измерения сопротивления резистор, и нагреть вывод резистора паяльником. Если интересно, можете попробовать, только аккуратно, чтобы не испортить свой прибор. И не забывайте об этом, когда, особенно в измерительных цепях, пытаетесь получить нужную величину сопротивления, подпаивая к одному резистору другой. Обязательно дайте остыть резисторам прежде, чем оценивать результат.

Резисторы для нужд электроники изготавливают по разным технологиям и из разных материалов так, что величина их сопротивления колеблется от долей ома до десятков миллионов ом (мегаом). Сопротивление в электрической цепи может быть вредно, так получается в силовых цепях, но может быть полезно при разного рода манипуляциях с электричеством. Самое простое полезное действие электрического тока – нагрев. При протекании электрического тока по проводнику, оказывающему сопротивление, проводник нагревается. В обогревателе, где используется сопротивление, изготовленное из нихрома, такой резистор нагревается до красна. А в электрической лампочке резистор (спираль лампочки накаливания) раскаляется до бела. И в том, и другом случае сопротивление мы используем для превращения электрического тока в полезные для нас тепло и свет.

Резисторы широко используются в электронике. Есть проволочные и непроволочные резисторы, есть резисторы переменного сопротивления (потенциометры), есть терморезисторы и фоторезисторы. А такое свойство резисторов, как изменение сопротивления при механическом воздействии, находит применение в тензодатчиках.

Я сейчас отпаяю несколько резисторов с платы прибора и перенесу их на макетную плату, чтобы рассказать о нескольких простых, но очень полезных правилах, которые называют законами для электрических цепей. Макетная плата у меня покупная. Такие платы применяют при создании прототипов электрических устройств. На макетной плате можно спаять устройство, проверить, наладить, а когда оно полностью готово, можно перейти к изготовлению образца. Очень часто макетная плата – это набор контактных площадок из меди с отверстиями для выводов компонентов электрической схемы. Плату можно изготовить самостоятельно из фольгированного листового материала, а при его отсутствии из любого жесткого листового изолятора, желательно термостойкого, чтобы плата не плавилась при пайке. При механической обработке стеклотекстолита — сверлении, распиливании, обработке напильником – следует соблюдать осторожность, поскольку пыль стекловолокна травмирует дыхательные пути. Можно использовать подходящий кусок фанеры. Контактные площадки для припаивания компонентов можно сделать из кусочков медного электрического провода без изоляции, продев из в два просверленных рядом отверстия и загнув с обратной стороны. Можно обойтись и без контактных площадок, просверлив отверстия, в которые продеваются выводы элементов схемы, а к выводам с обратной стороны припаиваются проводники. Если макетную плату снабдить стойками в 1-1.5 см, то работать с ней будет еще удобнее.

Для пайки используется паяльник (еще один пример полезного использования сопротивления), у меня паяльник на 25 ватт 220 вольт, изготовленный в Подмосковье. Сегодня можно купить хорошую паяльную станцию – паяльник с регулировкой температуры нагрева, с множеством насадок для пайки и удобной подставкой. Ручка моего паяльника сделана так, что его можно положить на ровную поверхность без подставки, но я привык использовать подставку, которую сегодня, думаю, тоже можно купить в магазине. Кроме паяльника для пайки нужен припой, лучше ПОС-61 в виде тонкого прутка, и паяльный флюс, например, канифоль, хотя я использую жидкий флюс ЛТИ-120, который держу в пузырьке из-под лака для ногтей с кисточкой, достаточно удобно. Флюс растекается по месту пайки, помогая припою лучше соединить детали, ведь пайка – это один из способов соединения деталей, кстати, не единственный, хотя в электронных изделиях наиболее широко применяемый. Кроме пайки можно использовать скрутку, одно время монтаж с помощью скрутки был очень популярен. При работе с паяльником тоже следует соблюдать осторожность и не только с тем, чтобы не обжечься. Припой, испаряясь, не принесет пользы при вдыхании. Не следует паяльник постоянно держать включенным, лучше лишний раз подождать, когда он нагреется, или собрать одну из простых схем, о которых мы поговорим позже.

Пока я все это рассказывал, я успел включить паяльник и выпаять резисторы из платы.

До того, как продолжить рассказ об электрических цепях, я хочу заметить, что описать электрическую цепь и все, что с ней связано, можно одними словами, не прибегая ни к чему другому, но получается длинно, и далеко не всегда понятно. Поэтому для изображения электрических схем используют графическое представление – лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать. Каждый компонент рисуют в виде небольшой простой картинки, а провода, соединяющие элементы схемы, изображают в виде линий. Собственно, такое графическое представление и называют схемой устройства. Простые схемы можно нарисовать так, как они будут нарисованы ниже, более сложные схемы рисуются на многих листах бумаги, а для объяснения их работы используют еще один графический вид – функциональные схемы: все устройство можно, и должно, разбить на части, функциональные узлы, как, скажем, выпрямитель, усилитель, преобразователь и т.д., которые изображаются в виде прямоугольников, связанных линиями или стрелками. К таким сложным (очень полезно, если и к простым) схемам прилагают их описание, которое может занимать несколько томов.

Графическое изображение элементов электрической схемы в разных странах, в разные годы выглядело несколько по-разному. Так для изображения батарейки используют изображение из двух черточек, одна из которых длиннее другой, с перпендикулярными к ним выводами, аккумулятор изображали в виде нескольких таких батареек. Но, порой, в схеме не делается различия между этими двумя источниками ЭДС. В последнее время, особенно в программах, эти источники питания объединяют с другими источниками тока в общий класс источников (source) и изображают в виде кружка со значками плюс и минус. Подобные отличия есть в изображении резисторов в виде прямоугольников, обозначенных латинской буквой R с порядковым номером однотипных элементов, и в виде ломаной линии. Есть отличия в графическом изображении других элементов, о которых я буду рассказывать по мере их появления в книге. Обычно это не вызывает больших затруднений, но если вы будете рисовать свои схемы, лучше выбрать один стиль.

Для черчения схем и пояснения их работы я буду пользоваться компьютером, точнее демонстрационной версией программы PSIM, которую скачал с сайта производителя. Программа предназначена для разработки схем силовой электроники. Многие программы имеют свою специализацию. Если эта программа перестанет мне помогать в рассказе, я использую другую. Программа PSIM предназначена для работы на платформе Windows, но работает у меня с Linux, при этом я использую эмулятор Wine. Как это все делается я расскажу позже, а сейчас хочу заметить, что изображение резистора в программе есть только в виде ломаной линии. Второе изображение мне пришлось пририсовать в графическом редакторе.

Схема (схемы) на рисунке ниже имеют один графический элемент, о котором я еще не говорил. Это земля или общий схемный провод. Посмотрите на изображение схемы (два изображения), а потом я постараюсь ответить на вопрос об общем проводе схемы.

Рис. 1.1. Графическое изображение проводника, сопротивления и батарейки

Зачем же нужно вводить обозначение для общего провода схемы, который часто называют земляным проводом, или, просто, землей?

Забегая вперед, скажу, что в схеме удобно измерять напряжения относительно одной точки схемы, или одного общего проводника, удобно смотреть сигналы относительно этого проводника. Кроме того, если этот общий провод схемы соединить с землей – специально устраиваемым заземлением, имеющим хороший контакт именно с землей (грунтом, почвой) – схема меньше подвержена вредным влияниям внешних электрических полей, поэтому общий провод схемы часто называют «землей».

Мы пока познакомились только с тремя компонентами электронного устройства: батарейка, проводник, резистор. Можно ли с их помощью построить что-либо интересное?

Можно. Во-первых, можно провести несколько экспериментов для знакомства с тремя законами: закон Ома и два закона Кирхгофа. Все законы мы рассмотрим в простейшем виде, а более сложный их вид при необходимости можно найти в учебной литературе. Этих трех законов электротехники, я надеюсь, мне хватит на протяжении всей книги, и не появится необходимости в других. Как схемы удобнее изображать в графическом виде, так законы удобнее записывать в виде математических соотношений. Для этого используется латинская буква R для сопротивления, латинская буква I для тока, и латинские U или V для напряжения.

Закон Ома (для участка цепи) звучит, приблизительно, так:

Падение напряжения (или напряжение) на участке цепи равно произведению тока на сопротивление: U=I*R.

Не знаю, как вас, меня удивляет, вызывает чувство уважения и восторга проницательность и ум человека, который смог подметить и определить столь простую и полезную связь между этими тремя величинами. Именно его именем названа единица сопротивления.

Соотношение между этими тремя величинами с точки зрения математики можно записать в трех видах: U=R*I, I=U/R и R=U/I. Все три вида записи можно применять на практике, но не следует забывать, что, например, последнее соотношение позволяет вычислить сопротивление, однако сопротивление проводника или резистора определяется свойствами материала и геометрией проводника, а ток, вычисляемый по напряжению и сопротивлению, как упорядоченное движение носителей заряда, вызвается источником электродвижущей силы. Напряжение в этом смысле можно рассматривать, как некоторое напряжение в отношениях между током, протекающим по проводнику, и материалом проводника, оказывающим сопротивление протеканию тока.

Для экспериментальной проверки соотношения между напряжением, током и сопротивлением можно собрать схему, аналогичную изображенной на рис. 1.1, в которую следует добавить два измерительных прибора: вольтметр и амперметр (или использовать мультиметр, произведя два измерения). Вольтметр – это прибор используемый для измерения напряжения. Бывают вольтметры для измерения постоянного напряжения, которым воспользуемся мы, а бывают вольтметры переменного напряжения, о которых речь пойдет дальше. Амперметр – это прибор для измерения тока, который также бывает для измерений в цепях постоянного и переменного тока.

Эти приборы бывают очень разной конструкции. Я говорил о мультиметре. В его основе лежит работа специализированной и достаточно сложной микросхемы, называемой аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Многие мультиметры могут кроме этой микросхемы не иметь других микросхем, лишь вспомогательные резисторы, переключатель и дисплей, отображающий цифры. Возможно, к концу книги мы рассмотрим работу такого прибора, а сейчас, все-таки опять забегая вперед, я немного расскажу о стрелочном измерителе тока и стрелочном измерителе напряжения. Правда и они бывают очень разных конструкций, и их работа может быть основана на разных принципах. Однако достаточно часто в стрелочных измерительных приборах используют следующую конструкцию: рамку с намотанным на нее проводом помещают в магнитное поле, создаваемое постоянными магнитами, и крепят с помощью спиральных пружинок на оси так, чтобы стрелка, прикрепленная к этой рамке, находилась в нулевом положении, отмеченном на шкале. Когда по рамке протекает постоянный ток, то в магнитном поле на рамку действует сила, заставляя ее вращаться. Поворот происходит до тех пор, пока сила, вызываемая током, не уравновесит возвращающую силу пружинок. Стрелка останавливается в положении, которое пропорционально протекающему току, значение которого считывается со шкалы прибора. Если у вас есть тестер со стрелочной измерительной головкой, то она может быть устроена именно так или похожим образом: часто оси вращения и пружинки возврата стрелки в ноль заменяют «растяжками». То есть, к рамке с проводом прикрепляют очень тонкую полоску из пружинящего материала. Растянутая на двух таких полосках рамка под их действием занимает «нулевое» положение, а при протекании тока поворачивается, отчего полоски упруго скручиваются, образуя силу, возвращающую рамку со стрелкой в первоначальное положение, когда ток перестает протекать по рамке. Но о механизме взаимодействия провода с током и магнитного поля я ничего вам не говорил, поэтому будем считать, что ничего не говорил и о стрелочных приборах. Хотя, пожалуй, добавлю к тому, о чем не говорил, что измеритель тока легко превратить в измеритель напряжения, добавив к нему резистор.

Итак, посмотрим, на закон Ома, который я постараюсь проиллюстрировать в программе PSIM. Кроме того, я спаяю схему на макетной плате, используя один из резисторов, которые выпаял из платы, вдруг я что-то напутал и ввел вас в заблуждение. Доверяй, но проверяй.

Рис. 1.2. Эксперимент, иллюстрирующий закон Ома в программе PSIM

Как видно из рисунка, к источнику питания 10V (10 Вольт, на схеме обозначен VDC1) подключен резистор 1 кОм (1000 Ом), параллельно которому включен вольтметр VP1, и последовательно с которым включен амперметр I1. График измерения тока показывает, что ток равен 10.00m (10 миллиампер) или 0.01 А. Если умножить сопротивление на ток, то есть, 1000 Ом умножить на 0.01 А, то получится падение напряжения в 10 вольт, которые и показывает второй график, отображающий показания вольтметра. Для получения правильных значений при расчетах следует пользоваться основными единицами, в данном случае ампер, ом и вольт.

А вот, что получилось с макетом. На батарейке, которую я использую, написано 9V, на резисторе 1к, ток должен получиться 9мА (миллиампер, 0.009А). Измеренный ток 8мА.

В чем ошибка? Во-первых, я не измерил ЭДС (напряжение на батарейке), во-вторых, не измерил сопротивление. Реальное сопротивление резистора, если его измерить, не 1 кОм (килоом, 1000 Ом), а 910 Ом. А ЭДС батарейки после подключения резистора оказывается равной 7.31 вольт. Отсюда и расхождение, скорее не в теории и практике, а в моем представлении о том, что я делаю, и тем, что делаю в действительности. Доверяй, но проверяй!

От закона Ома можно плавно перейти ко второму закону Кирхгофа. Почему ко второму, а не к первому? Мне так удобнее.

В упрощенном виде закон Кирхгофа звучит так:

ЭДС в замкнутом контуре равна сумме падений напряжений.

Действительно, на рисунке выше ЭДС (источника питания VDC1) 10 В, а напряжение на резисторе тоже 10 В. Можно изменить схему, включив последовательно два резистора, например, по 500 Ом, измерить на них напряжения и убедиться, что на каждом из них будет падение напряжения 5 В, а сумма этих напряжений получится 10 В.

Здесь уместно добавить, что более верно этот закон звучал бы так: алгебраическая сумма всех ЭДС в замкнутом контуре равна алгебраической сумме падений напряжений. Но об этом лучше почитать в учебнике.

Хотя для разговора о первом законе Кирхгофа следовало бы нарисовать другую схему (другую цепь), я использую схему рис. 1.2. Выше я говорил о том, что часто вольтметр – это тоже измеритель тока, то есть, ток протекает не только через резистор R1, но и через вольтметр. Таким образом, в точке соединения вольтметра и резистора ток разветвляется, одна его часть протекает по резистору, другая по вольтметру, а затем обе эти части соединяются и протекают через амперметр.

Сумма токов, вытекающих из узла электрической цепи при ее ветвлении, равна току, втекающему в этот узел.

Так в упрощенном виде звучит первый закон Кирхгофа. В реальной схеме это можно было бы проверить, включив еще два амперметра в ветвях схемы, одна из которых относится к резистору, а вторая к вольтметру.

На практике, проводя измерения, всегда следует помнить, что вольтметр имеет некоторое внутреннее сопротивление, которое может повлиять на результаты измерения. Так достаточно хороший вольтметр может иметь внутреннее сопротивление в 100 кОм. Много это или мало? Это не много и не мало, но ровно столько, сколько есть. Как это может повлиять на ваше понимание происходящего? Положим, у вас есть вольтметр и амперметр, и вы хотите провести измерения. Вольтметр имеет внутреннее сопротивление равное 100 кОм. Вы хотите определить, используя закон Ома, величину сопротивления, маркировка которого стерлась от времени (но это был резистор в 100 кОм, о чем ни вы, ни я не знаем). В схеме рис. 1.2 я заменю вольтметр (напряжение на резисторе R1 при измерении будет равно 10 В) сопротивлением в 100 кОм, и такое же сопротивление будет иметь резистор R1. По результату измерения тока в цепи определим величину сопротивления.

Рис. 1.3. Ток в цепи при определении величины сопротивления по закону Ома

Как видно из рисунка, ток равен 200 мкА. При падении напряжения в 10 В, величина сопротивления определится делением этого напряжения на ток и будет равна 50 кОм. Так мы измерили неизвестное сопротивление без учета сопротивления вольтметра. И ошиблись в два раза. А это уже не мало. В данном конкретном случае нам помогло бы проведение двух измерений с помощью тестера или мультиметра. Первый раз мы могли бы измерить напряжение, а второй раз ток. Думаю, мы получили бы правильный результат. Но… но только в этом случае. Если немного усложнить цепь, скажем, включив последовательно с измеряемым сопротивлением еще одно такой же величины, то и методика двух измерений может дать неверный результат.

Рис. 1.4. Измерение величины сопротивления без учета сопротивления вольтметра

По графикам трудно определить точные значения, но приблизительно это будет напряжение 3.35 В и ток 66 мкА. В результате деления получается значение около 51 кОм. Такое измерение в одних случаях может только затруднить понимание реального положения дел, но в других может привести к неприятностям, которых лучше избежать, если помнить, что каждый прибор имеет определенные параметры, и их следует учитывать при пользовании прибором.

Можно объединить все три закона в одно правило, если кому-то удобно запомнить его.

Сумма напряжений в электрической цепи, равных произведению сопротивлений на ток, протекающий через них, равна сумме ЭДС в этой цепи, а сумма токов, вытекающих из узла ко по всем ветвям цепи, равна втекающему в узел току.

И следует помнить, что на всех компонентах электронных устройств проставляют номинальное значение, которое, в зависимости от изготовления, может отличаться от реального на 5-10%, хотя есть и компоненты, изготовленные с большей точностью, 0.1-1%, но они применяются реже и стоят дороже.

Напомню, что за техническое направление протекания постоянного тока принято направление от плюса к минусу. Цифровые мультиметры, как правило, показывают знак измеряемого напряжения и тока, и они не так чувствительны к подключению с неверной полярностью, как стрелочные приборы. Последние зашкаливают «в обратную сторону» и могут от этого пострадать. Всегда следует проверять полярность подключения стрелочных приборов. Минус у тестеров при измерении напряжения и тока зачастую помечают значком в виде звездочки. В простых цепях, изображенных на рисунках, все достаточно очевидно, но в сложных цепях, когда есть много сопротивлений, включенных сложным образом, когда есть несколько источников питания, тогда определение напряжений и токов усложняется. Конечно, существуют математические методы расчета подобных цепей, описанные в учебниках, однако я сомневаюсь в их популярности в любительских кругах, поскольку удобнее измерить интересующую величину, чем рассчитать ее, но очень важно иметь ясное представление об основных процессах в электрической цепи. Подключая прибор, следует начинать измерение с безопасного для прибора предела измерения – самого большого напряжения или тока, позже его можно изменить.

Любой справочник, любая реальная схема содержит очень большое количество элементов помимо тех, о которых шла речь выше, и позже мы поговорим об этом, и я постараюсь показать, что достаточно сложные с теоретической точки зрения процессы можно в любительской практике свести к таким понятиям, как сопротивление, напряжение и ток.

При работе с электрическими цепями важно учитывать мощность, определяемую произведением напряжения на ток. Если мы измеряем ток, уходящий от источника питания, и умножаем его на ЭДС (напряжение) источника питания, то мы можем говорить о мощности, потребляемой схемой. Если мы измеряем напряжение на сопротивлении и ток, протекающий через него, то можем говорить о мощности, потребляемой этим сопротивлением и обычно выделяющейся на нем в виде тепла. Естественно, что резистор при этом нагревается, и если неправильно выбрать его параметр, допустимую мощность рассеяния, то сопротивление перегреется и может сгореть. Обычно на схеме указывается мощность любого сопротивления, или она указывается в спецификации – перечне всех элементов схемы с их параметрами. По параметру допустимой мощности сопротивления делятся на ряд значений, из которых наиболее часто употребляемые в схемах – это резисторы в четверть и половину ватта. Мощность, рассеиваемая резистором, не должна превышать этой величины. Вместе с тем, следует помнить, что нагрев сопротивления приводит к изменению его величины. Чем ближе допустимая мощность рассеивания резистора к мощности, выделяемой на нем, тем сильнее он будет разогреваться. Если вам важно сохранить величину сопротивления, то следует выбрать более мощное сопротивление. В измерительных приборах, равно как любых цепях, относящихся к измерению, там где значение сопротивления очень важно, кроме сопротивлений с более высокой допустимой мощностью рассеяния применяют специальные сопротивления, мало меняющие свое значение при нагреве.

Есть еще несколько интересных, и как мне кажется, важных моментов, относящихся к сопротивлению. Многие неисправности в электронных устройствах связаны с проблемами источников питания. Батарейки, например, со временем «садятся». Простейший способ проверить батарейку – измерить ток, который она может отдавать. Для этого достаточно включить мультиметр (или тестер) в режим измерения максимального для конкретного прибора постоянного тока, мой мультиметр измеряет токи до 10 А, и подключить амперметр к батарейке. Свежая батарейка, в зависимости от типа, покажет ток в несколько ампер, тогда как разряженная сможет дать только десятки миллиампер. Зная закон Ома, мы можем определить ожидаемый ток до проведения измерения. Положим батарейка имеет напряжение 1.5 вольта. Амперметр имеет сопротивление 0.1 Ом. Тогда мы должны получить ток 15 А. Проверим это утверждение сначала в программе PSIM.

Рис. 1.5. Проверка батарейки на пригодность

В схеме на рисунке сопротивление R1 – это сопротивление реального измерительного прибора. Как мы и рассчитали, при измерении протекает ток в 15 А. Но едва ли вы увидите такой ток, если проведете реальное измерение. И дело не в плохой батарейке. Дело в том, что реальная батарейка, как любой источник питания, это не идеальный источник ЭДС. Любой реальный источник питания имеет, как и реальный измерительный прибор, внутреннее сопротивление. Небольшое, зависящее от типа источника, но это внутреннее сопротивление есть. Оно-то и уменьшает ток через батарейку. То есть, в схеме на рис. 1.5 следовало бы нарисовать последовательно с источником питания еще одно сопротивление, а при расчете по закону Ома использовать сумму двух резисторов. Однако внутреннее сопротивление батарейки – это параметр, который не увидишь на этикетке. Плохо ли, что батарейка имеет внутреннее сопротивление, да еще и меняющееся со временем? С одной стороны плохо. А с другой… современные мобильные телефоны имеют аккумуляторы с очень низким внутренним сопротивлением. Они могут отдавать большой ток. По этой причине многие из них приходится снабжать специальным устройством, ограничивающим этот ток. И проблема не в том, что если этого не сделать, и вы коснетесь выводов аккумулятора, то вас «тряхнет» током. Нет. Проблема в том, что если этого не сделать, и вы решите почистить выводы аккумулятора безопасной бритвой, бывает такое, то при замыкании выводов бритвой большой ток через нее может расплавить бритву (вспомните про нагревание резистора), а расплавленный металл вызвать серьезные ожоги. При этом процесс происходит настолько быстро, что расплавленный металл разбрызгивается в разные стороны. Что хорошо в одних случаях, плохо в других. На практике, если внутреннее сопротивление источника на порядок меньше сопротивления цепи, то им можно пренебречь.

Коль скоро я упомянул внутреннее сопротивление батареек, хочу немного рассказать о граблях, на которые сам временами наступаю. Схему на рисунке ниже я выберу самую простую.

Вы все знаете, что часто в пультах, плеерах и т.п. ставят две батарейки, включая их последовательно. Иногда две батарейки включают параллельно, соединяя их положительные и отрицательные выводы. В этом случае они могут дать больший ток, или служат вдвое дольше. Что будет, если при параллельном включении соединить их разнополярно, положительный вывод одной батарейки соединить с отрицательным другой, а отрицательный с положительным? Согласно закону Кирхгофа сумма ЭДС должна быть равна напряжению. Но сумма ЭДС (алгебраическая, то есть, с учетом знака) равна нулю. Значит напряжение тоже будет равно нулю. А ток?

Если я отвечаю не подумав, то готов сказать – нет напряжения, нет и тока. Но это не так. Нарисуем эту схему в программе PSIM, добавив внутренние сопротивления и приборы.

Рис. 1.6. Встречное включение батареек

Как видно на рисунке напряжение (VP1) близко к нулю и равно нескольким микровольтам, тогда как ток (I1) равен 15 А. Действительно, если убрать общий провод (землю) и повернуть схему, то можно рассматривать два источника питания, как включенные последовательно и нагруженные на цепь, состоящую из резисторов (внутренние сопротивления батареек) R1 и R2. Тогда ЭДС схемы будет 3 В, сопротивление цепи 0.2 Ома, ток по закону Ома 15 А, а сумма падений напряжений U1=15A*0.1 Ом плюс такое же U2. Падение напряжения происходит на внутренних сопротивлениях источников питания. Если бы внутреннее сопротивление не было скрыто от глаз, было бы проще ответить правильно, но, что глаз не видит, того, вроде бы, и нет.

Две батарейки по 1.5 вольта в реальном эксперименте показали 0.2В. Отчего так много? Попробуйте менять внутреннее сопротивление R1 в схеме рис. 1.6.

Есть еще один интересный эксперимент, который легко провести, чтобы понять, что в электротехнике называют источником тока в отличие от источника напряжения. Представим, что внутреннее сопротивление батарейки очень велико. Скажем, 100 кОм. Напряжение батарейки для определенности пусть будет 10 В. Тогда максимальный ток, который батарейка может отдавать во внешнюю цепь будет не более, чем 10В/100кОм = 0.0001А (или 100 мкА). Если мы к такой батарейке подключим сопротивление в 1 кОм, то ток, практически, не изменится. То есть, в достаточно широком диапазоне изменений сопротивления внешней цепи ток, протекающий по этой цепи, не будет зависеть от сопротивления цепи. Конечно, напряжение такой батарейки будет меняться очень сильно, но ток нет, что и находит применение на практике.

Источник питания, напряжение которого мало зависит от сопротивления внешней цепи, мы будем называть источником напряжения, а тот, ток которого мало зависит от сопротивления нагрузки, источником тока.

Итак. Всего несколько понятий: ЭДС, напряжение, ток и сопротивление; всего три закона электротехники: закон Ома и два закона Кирхгофа, – дали нам возможность провести ряд интересных экспериментов. И это далеко не все интересные эксперименты, которые можно было бы провести. Попробуйте составлять цепи из многих батареек и сопротивлений, включая их разными способами, и попытайтесь ответить на вопрос о падении напряжения на любом из резисторов и токе через него! Уверен, вы найдете много интереснейших вариантов.

Прежде, чем продолжить рассказ, я хочу еще раз обратить ваше внимание на то, что электричество всегда несет с собой некоторую опасность. Я уже говорил, что некоторые источники питания при неаккуратном обращении с ними могут привести к травмам, как аккумулятор сотового телефона, но речь шла об ожогах при коротком замыкании. Теперь я хочу сказать о других опасностях. Некоторые аккумуляторы, источники питания многократного применения, очень похожи на батарейки. Если не обратить внимания на предостерегающие надписи, если попытаться заряжать батарейки, то это может вызывать вытекание из них электролита. А современные батарейки в качестве электролита могут использовать щелочи. Попадая на руки, электролит тоже вызовет болезненный и долго не заживающий ожог. Прежде, чем пытаться заряжать что-либо, следует проверить, подлежит ли оно заряду? И еще немного о поражении электрическим током. Если через человека проходит очень небольшой ток в несколько десятков миллиампер, то это может вызывать, если и не смертельное, то весьма опасное поражение электрическим током. Всего несколько десятков миллиампер! А батарейка для фонарика может дать ток в несколько ампер! Опасна ли она? Здесь следует вспомнить закон Ома. Если напряжение батарейки 1.5 В, а сопротивление внешней цепи (то есть, человека, который взялся одной рукой за один вывод батарейки, а другой рукой за другой вывод) несколько десятков тысяч ом, то ток будет измерятся единицами микроампер и вреда не принесет. Сопротивление человека в основном зависит от многих внешних и природных факторов и составляет несколько тысяч ом, поэтому при маленьких напряжениях можно не слишком беспокоиться о поражении электрическим током. Но такой подход может сыграть злую шутку, если небольшое напряжение, безопасное с точки зрения расчетов, пройдет через человека неудачным образом. Лучше сразу выработать привычку, даже работая с батарейками от карманного фонаря, никогда не касаться двух полюсов одновременно, если есть возможность, то не проводить измерений под напряжением. Нужно измерить напряжение в схеме, выключите питание, подключите прибор и включите питание. Небрежность, пренебрежение правилами безопасности могут навсегда отбить охоту к работе со схемами. Но небрежность, всегда небрежность. Схема здесь ни в чем не виновата.

Резюмируя свои предостережения, я хочу посоветовать начинающим использовать в экспериментах либо простейшие батарейки, либо качественные (с защитой) блоки питания, а все сомнительные эксперименты вначале проводить за компьютером, используя программы САПР, такие как PSIM.

Насколько они полезны станет понятно, когда мы начнем говорить о переменном токе.

Резистор, для чего он нужен, где применяется в автомобилях

Сегодня мы поговорим про резистор, как основной элемент любой электрической цепи автомобиля. Для чего он нужен, какие бывают резисторы, принципы их работы, какие подходят для той или иной электрической цепи.

Эти знания могут пригодиться при ремонте автомобиля.

Три основные составляющие электрического тока

Электроэнергия достаточно плотно вошла в нашу жизнь. Используется она практически везде, и в автотранспорте в том числе.

Данный вид энергии имеет три основных составляющих – напряжение, сила тока и сопротивление.

Что касается последнего параметра, то благодаря возможности создания дополнительного сопротивления в любой точке электрической цепи можно влиять на первые два параметра.

Основным элементом для создания сопротивления является резистор. Данный элемент относится к самым востребованным, и ни одна электрическая цепь без него не обходится, и заменить его чем-либо другим не получится. А в любом автомобиле электрических цепей предостаточно.

Назначение

Основное назначение резистора – создание сопротивления для возможности контроля и регулировки силы тока и сопротивления. По сути, он является своеобразным фильтром, позволяющим на выходе из него получить электроэнергию с определенными параметрами.

Обеспечивает он все это за счет удержания тока, деления и уменьшения напряжения.

Основным параметром резистора является сопротивление, которое он создает в цепи, и измеряется оно в Омах.

Резисторы в электрической цепи автомобиля.

Именно благодаря своей функции этот элемент так часто используется в автомобилях. Ниже мы рассмотрим одни из основных составляющих авто, где используется резистор и какую конкретно функцию он там выполняет.

Система охлаждения

Итак, нагрузочный резистор используется в системе охлаждения автомобиля, а точнее, – в цепи питания вентилятора радиатора.

Стоит отметить, что раньше этот электрический элемент не использовался в данной цепи, и все работало очень просто – при достижении определенной температуры охлаждающей жидкости, температурный датчик замыкал контакты цепи питания вентилятора, и он включался в работу.

Использование же резистора позволило сделать работу электродвигателя вентилятора двух — и даже трехрежимной.

Процесс подачи питания на вентилятор при этом несколько изменился. В систему добавились также реле, а за включение вентилятора у современных авто уже отвечает электронный блок управления.

То есть, электронный блок анализирует температурные показатели датчика, и подает сигнал на реле.

В зависимости от температуры реле направляет электроэнергию по определенной цепи. Если температура охлаждающей жидкости превышена незначительно, но уже требуется ее снижение, и сигнал от ЭБУ поступил, реле направляет электроэнергию через нагрузочный резистор, который создает сопротивление, и вентилятор начинает вращаться с небольшой скоростью.

Если температура будет дальше повышаться и достигнет критической точки, реле перенаправит электроэнергию по другой цепи – в обход резистора, напрямую к вентилятору, что обеспечит его работу на полную мощность, с большой скоростью вращения.

Это схема двухрежимной работы вентилятора, которая обеспечивается наличием нагрузочного резистора в цепи. Причем она упрощенная, чтобы было более понятно.

В авто с трехрежимной работой вентилятора, принцип остается тот же, но у него уже используется два резистора – один отвечает за малые обороты вращения вентилятора, второй – за средние.

Третий же режим – аварийный, при котором вентилятор вращается с максимальной скоростью, обеспечивается за счет подачи питания на него напрямую.

Система зажигания

Второй элемент автомобиля, где можно встретить резистор – это свечи зажигания. Но далеко не все свечи оснащены им.

В конструкции данных элементов он начал появляться не так давно, и задача его заключается в подавлении радиопомех.

Кстати, сейчас ведется очень много споров, нужен ли он в свечах. Ведь резистор создает сопротивление, которое в конечном итоге влияет и на искру. А ведь чем сильнее последняя, тем лучше воспламеняется горючая смесь.

Но на самом деле на качестве искры наличие резистора сказывается незначительно, а вот на свечу – только положительно. Очень сильный искровой заряд приводит к разрушению электродов, а сопротивление снижает напряжение искры.

Но не в этом его главное назначение. Мощный искровой разряд создает достаточно сильные помехи в радиочастотном диапазоне, которые могут повлиять на работу аудиосистемы автомобиля, мобильного телефона и любого другого оборудования, чувствительного к помехам данного типа.

Интересно, что необязательно устанавливать на автомобиль свечи зажигания, оснащенные резисторами.

Дело в том, что во многих моделях шумоподавляющий элемент устанавливается в наконечники проводов высокого напряжения. Также некоторые виды самих проводов обладают достаточно неплохим сопротивлением, которого хватает для подавления радиопомех.

Резистор также может быть установлен и в бегунок трамблера, причем встречается он там на многих моделях. Его задача – та же, что и в свече зажигания или наконечнике.

Важно понимать, что во всех перечисленных элементах зажигания одновременно использоваться резисторы не могут.

При последовательном подключении этих элементов все сопротивление, которое они создают, суммируется.

То есть, если резистор будет установлен в бегунке трамблера, наконечнике, свече, то они будут создавать настолько сильное сопротивление, что значительно послабят искровой заряд, и он уже не сможет качественно воспламенять смесь. А это приведет к перебоям в работе двигателя, потере мощности, увеличению расхода топлива.

Поэтому принимать решение, стоит ли устанавливать на автомобиль свечи зажигания с резистором необходимо, тщательно ознакомившись с техдокументацией, идущей к авто.

Если изготовитель указывает, что необходимо использование таких свечей, то ими лучше пользоваться.

Система обогрева салона

Еще один элемент в конструкции автомобиля, где используется резистор – система отопления салона, а точнее, – управление работой электродвигателя печки.

В любом автомобиле используется переменный резистор для изменения скорости работы электромотора обогревателя.

В нем при помощи вращающегося элемента обеспечивается возможность изменения значения сопротивления.

При включении электродвигателя на 1-ю скорость вращения, резистор обеспечивает максимальное сопротивление, при переключении на 2-ю – оно уменьшается, а при переходе на 3-ю скорость — практически полностью убирается.

Осветительные приборы

В последнее время резисторы стали использоваться вместе со светодиодными лампами. Данный вид ламп все больше начал применяться на авто.

Но далеко не все машины пока идут с завода, укомплектованные светодиодными осветительными приборами, а вот отдельно их купить и установить вместо штатных ламп накаливания тех же поворотников или стоп-сигналов вполне можно и многие так делают.

Но здесь возникает проблема, которая обязывает использовать резисторы.

Дело в том, что потребление электроэнергии этими лампами очень малое, из-за чего электронный блок расценивает работу светодиодов как неисправность штатной лампы.

Чтобы исправить ситуацию, используются резисторы, создающие нагрузку на линии проводки, запитывающей те осветительные приборы, в которых установлены светодиодные лампы.

В результате ЭБУ воспринимает сопротивление элемента, как работу лампы накаливания, поэтому кода ошибки не возникает.

Интересно, что при использовании таких обманок основное достоинство светодиодных ламп – малое потребление энергии, сводится к нулю, и у них остается только одно преимущество перед обычными лампами накаливания – длительный срок эксплуатации.

Виды резисторов, их особенности

Из описанных выше резисторов, которые используются в конструкции автомобиля, можно отметить два типа – нагрузочные, они же постоянные и переменные. В целом – это и есть два основных вида, которые имеют достаточно широкое применение в разных сферах.

Конечно, есть еще целый ряд всевозможных резисторов, которые отличаются по своим конструктивным особенностям. К примеру, терморезисторы, в которых сопротивление меняется от температуры, или фоторезисторы, меняющие свои параметры от освещенности. Но их мы пока касаться не будем, а рассмотрим лишь указанные два вида.

Постоянные резисторы называются так потому, что сопротивление, которое они создают – неизменное.

К примеру, если указано, что основной параметр данного элемента составляет 30 Ом, то сопротивление именно этого значения он обеспечивает и поменять его невозможно.

В переменных же резисторах сопротивление можно менять, притом вручную. Примером тому является уже упомянутое управление электродвигателем системы отопления.

К переменным резисторам относятся также подстроечные.

В таких резисторах тоже можно изменять параметр вручную, но регулировка его выполняется не в любой момент, как это делается в переменном, а лишь когда требуется перенастроить работу всей схемы, куда он включен, на длительный срок.

В автотранспорте подстроечные элементы не используются, хотя их часто можно встретить в бытовой технике.

Подбор резистора по сопротивлению

Большинство людей при выходе из строя какого-то электроприбора сдают его в ремонт или заменяют, хотя во многих случаях виноват именно резистор, тем более что он – один из самых распространенных элементов в любой схеме. Но находятся и такие, кто самостоятельно берется за ремонт.

И часто у любителей самостоятельного ремонта возникает вопрос, как правильно подобрать резистор для той или иной схемы.

Для этого возьмем простейшую схему, включающую источник питания и один потребитель.

Еще вначале было указано, что электроэнергия имеет три основные характеристики – напряжение, сила тока и сопротивление. Именно по этим параметрам и производятся все необходимые расчеты, используя для этого закон Ома.

Согласно этого закона, поскольку нам необходимо определение сопротивления, следует напряжение поделить на силу тока.

К примеру, наш источник питания обеспечивает цепь напряжением 12 В, с силой тока 0,02 А.

Чтобы определить сопротивление проводим математические расчеты – 12/0,02 и получаем сопротивление цепи 600 Ом.

Теперь непосредственно о том, как высчитать сопротивление резистора для использования в той или иной схеме. Для примера возьмем источник питания на 12 В и потребитель (лампу накаливания 3,5 В, 0,28 А).

Вначале рассчитывается сопротивление лампы – 3,5/0,28 = 12,5 Ом. Теперь узнаем, какая сила тока потечет через имеющуюся лампу – для этого берем напряжение источника питания и делим на сопротивление: 12/12,5 = 0,96 А, что в 3,5 раза превышает необходимую для работы потребителя силу тока, и если подключить потребитель, то нить лампы попросту перегорит.

Чтобы перегорания не произошло, необходимо сопротивление в цепи, равное 43,75 Ом (12,5 * 3,5). А поскольку лампа сама создает сопротивление, то в схему необходимо подключить добавочный резистор на 30 Ом. В ходе расчетов получаем – 12 В/ 42,5 Ом (сопротивление лампы и резистора) = 0,28 А.

То есть получили силу тока, необходимую для нормальной работы потребителя. В данном случае включенный в схему элемент выступил в качестве ограничителя силы тока.

Мощность рассеивания

Помимо сопротивления у резистора есть еще один немаловажный параметр – мощность рассеивания.

Любой резистор выступает своего рода ограничителем и благодаря своему сопротивлению проводит через себя только определенное напряжение и силу тока. При этом излишки, которые он не пропустил в себе не накапливает, а преобразует их в тепловую энергию и рассеивает.

Поэтому предусмотрены обозначения резисторов по мощности рассеивания.

Несоответствие данного элемента по мощности рассеивания приведет к его перегреву и разрушению. Мощность рассеивания измеряется в Ваттах.

Определить мощность рассеивания можно как по напряжению, проходящему через него, так и по силе тока.

Что касается напряжения, то формула для расчета выглядит так:

Где:

1. Р – мощность;
2. U – напряжение в цепи;
3. R – сопротивление резистора.

Для расчета по силе тока формула имеет такой вид:

Где:

1. P – мощность;
2. I – сила тока, проходящая через резистор;
3. R – сопротивление.

Важным условием при выборе резистора по данному параметру является то, что мощность рассеивания у него должна быть вдвое больше, чем полученная при расчетах.

К примеру, мы имеем силу тока в 0,1 А и сопротивление резистора в 100 Ом.

Исходя из формулы, получаем мощность рассеиваний в 1 Ватт (0,1² * 100 = 1), но для нормальной работы элемента выбираем резистор с мощностью рассеивания в 2 Ватт.

Отметим, что все изготавливаемые резисторы имеют строго определенное значение мощности рассеивания, что облегчает их выбор.

К тому же можно даже визуально определить, какая у резистора мощность рассеивания. Здесь все просто, чем больше по размерам элемент, тем выше значение.

Здесь мы рассмотрели резисторы – одни из самых распространенных элементов в любой электрической схеме автомобиля. Ведь они позволяют контролировать основные параметры электрической энергии благодаря воздействию всего лишь на одну из ее характеристик.

Напоследок отметим, что при расчетах необходимо следить за размерностью параметров. То есть, использовать только амперы, вольты и омы, и если указано, что сила тока составляет 20 мА, то следует перевести это значение в амперы, получив для расчетов значение в 0,02 А.

Основы измерения тока: Токоизмерительные резисторы. Часть 1

Начинаем публикацию статьи, состоящей из трех частей, в которой рассматриваются недооцениваемые особенности чувствительности при измерении тока. В первой части статьи обсуждаются общие настройки, выбор и реализация токоизмерительного резистора. Во второй части будут рассматриваться действующие совместно схемы, такие как необходимый аналоговый усилительный интерфейс (analog front-end (AFE)) и измерительный усилитель. В третьей части обсуждается использование усилителей при измерении тока в тех случаях, когда нагрузка находится под более высокими напряжениями.

Основы измерения тока

Сила тока является одним из наиболее распространенных параметров, используемых для оценки, контроля и диагностики эффективности работы электронных систем. Поскольку это широко распространенное измерение, разработчики часто сталкиваются с проблемами, если недооценивают особенности точного измерения силы тока.

Наиболее распространенным чувствительным элементом, используемым для регистрации тока, является прецизионный низкоомный резистор, устанавливаемый в разрыв цепи тока. На этом резисторе, обычно называемом шунтом, создается падение напряжения, пропорциональное проходящему через него току. Поскольку шунтовый резистор не должен оказывать существенного влияния на ток, он часто имеет довольно маленькое номинальное сопротивление, порядка нескольких миллиом или долей миллиом. В результате падающее на шунтовом резисторе напряжение также довольно маленькое и часто требует усиления перед преобразованием с помощью АЦП.

Таким образом, общая конфигурация сигнальной цепи для контроля тока включает аналоговый усилитель (AFE) падающего на шунтовом резисторе напряжения, АЦП для преобразования усиленного напряжения в цифровое представление и системный контроллер (рис. 1).

Рис. 1. Самый простой способ измерения протекающего тока связан с использованием шунтового резистора (крайний слева), на котором падает напряжение, пропорциональное протекающему через него току. Усилитель AFE усиливает низкое напряжение на шунтовом резисторе, чтобы использовать полный диапазон измерений АЦП. 

В качестве усилителя AFE обычно используется операционный усилитель или специализированный токовый усилитель, который преобразует небольшое, падающее на шунтовом резисторе дифференциальное напряжение, в повышенное выходное напряжение, которое использует в АЦП полный измерительный диапазон. АЦП, который может быть автономным устройством или встроенным блоком в микроконтроллере или системе на кристалле (SoC), оцифровывает сигнал напряжения и передает полученную информацию управляющему процессору. Системный контроллер использует оцифрованное измерение силы тока, чтобы оптимизировать характеристики системы или внедрить протоколы безопасности, чтобы предотвратить повреждение системы, если ток превышает заданный предел.

Поскольку для преобразования тока в напряжение использован сенсорный компонент в цепи, все физические характеристики резистора (сопротивление, допуск величины, мощность, тепловой коэффициент и тепловая ЭДС) влияют на точность. Следовательно, выбор подходящего шунтового резистора имеет решающее значение для оптимизации измерения тока.

Величина шунтового резистора и падающее на нем напряжение оказывают воздействие на систему. Например, шунтовый резистор со слишком большим сопротивлением может вызвать ненужные потери и понизить напряжение на нагрузке.

Например, при измерении тока, протекающего через обмотку двигателя, пониженное напряжение уменьшает доступную для двигателя электрическую мощность, влияет на его эффективность и/или крутящий момент. Кроме того, большие токи (десятки или сотни ампер), протекающие через шунтовый резистор, приводят к тому, что на резисторе рассеивается значительная энергия в виде выделяемого тепла, понижая точность и эффективность измерения. По этим причинам сопротивление шунта должно быть как можно меньше.

Выбор шунтового резистора для измерения тока

Тот факт, что на шунтовых резисторах рассеивается мощность при протекании через них тока нагрузки, требует минимального значения их сопротивления. Кроме того, для стабильности измерения токоизмерительные резисторы также должны иметь очень низкий температурный коэффициент сопротивления (ТКС). Малый ТКС приведет к высокой точности измерения при низкой зависимости от температуры.

Тепловая ЭДС токочувствительного резистора является еще одной важной характеристикой. Токовые шунтовые резисторы должны работать в широком диапазоне токов. Когда ток низкий, например, в приборе с батарейным питанием в режиме сна или ожидания, тепловая ЭДС шунта добавляет измерительную ошибку к напряжению, создаваемому протекающим через резистор током. Это напряжение ошибки должно быть значительно меньше, чем наименьшее ожидаемое напряжение, создаваемое протекающим через шунтовый резистор током, сводя к минимуму ошибку измерения.

Шунтовые резисторы для датчиков тока доступны с двумя или четырьмя контактами. Шунтовый резистор с двумя контактами является наиболее простым случаем для понимания, поскольку он работает так же, как и любой двухконтактный резистор. При протекании тока через двухконтактный шунтовый резистор на его контактах появляется напряжение, пропорциональное протекающему через него току.

Примерами двухконтактных шунтовых резисторов является серия шунтовых резисторов Bourns CSS2 и серия шунтовых резисторов Vishay WSLP. Серия Bourns CSS2 включает шунтовые резисторы с номинальной мощностью от 2 до 15 Вт, сопротивлением от 0,2 до 5 мОм и с максимальным диапазоном тока от 140 до 273 ампер. Типичный резистор из этих серий, CSS2H-2512R-L500F, поставляется в корпусе для поверхностного монтажа 2512, имеет сопротивление 0,5 мОм и номинальную мощность 6 Вт.

Семейство шунтовых резисторов Vishay WSLP включает устройства в нескольких типах корпусов для поверхностного монтажа в диапазоне размеров от 0603 до 2512, с допустимой мощностью от 0,4 до 3 Вт, с сопротивлениями от 0,5 мОм до 0,1 Ом, при допуске 0,5% или 1%. Типичным шунтовым токовым резистором Vishay является WSLP1206R0200FEA, который поставляется в корпусе 1206 с сопротивлением 20 мОм, допуском 1% и номинальной мощностью 1 Вт.

Обратите внимание, что эти токовые шунтовые резисторы для поверхностного монтажа (SMD) имеют незначительные размеры и занимают очень мало места на плате, но поскольку они могут рассеивать значительное количество тепла, их следует размещать достаточно далеко от чувствительных к нагреву компонентов.

Три сопротивления в одном шунтовом резисторе

Несмотря на их внешний вид, современные шунтовые резисторы не так просты, как кажутся. В частности, сопротивление шунтового резистора фактически состоит из трех частей (рис. 2). Во-первых, есть сопротивление самого шунтового резистора. Затем, есть сопротивления выводов этого резистора и дорожек на печатной плате, подключаемых к шунтовому резистору. Обычно сопротивления выводов и дорожек незначительные, но и сами шунтовые резисторы обычно имеют очень низкие значения сопротивления. При измерениях больших токов даже небольшие сопротивления выводов вносят в результаты измерения погрешность, поскольку они не учтены производителем в спецификациях шунтового резистора.

Рис. 2. Токовый шунтовый резистор с двумя контактами фактически состоит из трех последовательно соединенных сопротивлений: сопротивление самого шунтового резистора  (R_shunt), сопротивление двух выводов резистора (R_lead) и сопротивление подводящих дорожек на плате, подключенных к резистору (не показано). Сопротивление выводов может вызвать ошибку измерений для большого тока. 

Одним из способов, позволяющих избежать ошибок измерения, вносимых внешними сопротивлениями выводов, является создание соединения Кельвина, выполнив раздельные токоизмерительные дорожки к двухконтактному шунтовому резистору (рис. 3).

Рис. 3. Соединение Кельвина с двухконтактным токочувствительным резистором уменьшает погрешность измерения, вызываемую сопротивлением выводов резистора и дорожек печатной платы. Пример изображения двухконтактных токовых шунтовых резисторов показан справа.

В этой конфигурации ток, протекающий через резистор токового шунта, проходит через широкие подводящие дорожки на печатной плате. Гораздо более узкие дорожки, которые  находятся не в основном канале протекающего тока, но расположены непосредственно рядом с резистивным элементом шунтового резистора, снимают падающее на нем напряжение и передают его на вход AFE. Разделение токоведущих и токочувствительных контактов характеризует соединение Кельвина.

Полученное в результате схематическое представление соединения Кельвина с использованием двухконтактного шунтирующего резистора показано на рис. 4.

Рис. 4. Использование соединения Кельвина с двухконтактным шунтовым резистором выводит линии измерения напряжения из основной цепи тока, что приводит к более точному измерению напряжения на шунтовом резисторе

Очень малый ток протекает через два токочувствительных резистора (R_sense), показанных на рис. 4, потому что они подключены к имеющим высокий импеданс входам усилителя либо АЦП, что делает их сопротивления намного менее критичными, чем значения сопротивления выводов, через которые протекает большой ток шунтового резистора. Следовательно, падение напряжения на резисторах Rsense довольно небольшое и не является значительным источником ошибки при измерении тока.

Что лучше, два вывода или четыре?

Как видно из монтажной схемы печатной платы на рис. 3, невозможно полностью исключить сопротивления выводов в двухконтактном шунтовом резисторе даже при использовании соединения Кельвина. Должен быть определен некоторый допуск для размещения печатной площадки, чтобы учесть ошибку позиционирования, когда шунтовый резистор устанавливается для впаивания на печатную плату.

Кроме того, ТКС медных дорожек печатной платы (3900 м.д. (миллионных долей)/ ?C) намного выше, чем ТКС резистивного элемента шунтового резистора (часто менее 50 м.д./ ?C).  Эти параметрические различия приводят к тому, что изменение сопротивления в дорожках печатной платы намного больше, чем в токочувствительном резисторе, что дает более высокую температурную зависимость токочувствительной цепи.

При использовании двухконтактного шунтового резистора с соединением Кельвина, часто уровень точности для чувствительности по току может оказаться недостаточным во многих случаях с очень высоким током. Для таких случаев производители предлагают шунтовые резисторы с четырьмя контактами, в которых соединение Кельвина реализовано внутри резистора. Таким образом, производитель может полностью контролировать все допуски и температурные коэффициенты, относящиеся к соединению Кельвина (рис. 5).

Токочувствительный резистор с четырьмя контактами, использующий соединение Кельвина, имеет отдельные выводы для протекающего через резистор большого тока и для измерения напряжения, что помогает повысить точность измерений. Кроме того, использование четырехконтактного шунтового резистора с соответствующим соединением Кельвина снижает влияние ТКС, обеспечивая улучшенную температурную стабильность, по сравнению с двухконтактным шунтовым резистором, использующим компоновку печатной платы для реализации соединения Кельвина.

Bourns предлагает несколько четырехконтактных шунтовых резисторов из серии для поверхностного монтажа CSS4 (рис. 6).

Рис. 6. Шунтовые резисторы Bourns CSS4 для поверхностного монтажа используют четырехконтактное соединение Кельвина для максимальной точности измерения тока.

В состав серии Bourns CSS4 входят шунтовые резисторы CSS4J-4026R-L500F 0,5 мОм, 1%, 5 Вт, и  CSS4J-4026K-2L00F 2 мОм, 1%, 4 Вт. Оба эти шунта имеют низкий ТКС, низкую тепловую ЭДС и занимают на плате площадку не более 10 мм × 7 мм.

Заключение

Первым шагом в процессе измерения тока является преобразование электрического тока в более легко измеряемый параметр – напряжение. Токовые шунтовые резисторы являются недорогими компонентами, которые выполняют эту задачу. Однако, как показано в статье, номинальное значение шунтового резистора должно быть низким, чтобы минимизировать его влияние на цепь и рассеиваемую мощность на самом резисторе.

К другим важным параметрам для токовых шунтовых резисторов относятся ТКС и тепловая ЭДС, которые могут значительно повлиять на точность измерения тока.

Наконец, для того, чтобы максимизировать точность измерения, крайне важно не допустить ограничения силы тока, протекающего через шунт, минуя токочувствительный тракт либо с помощью специальной компоновки печатной платы, которая создает соединение Кельвина для двухконтактного шунта, либо с помощью четырехконтактного шунтового резистора.

Поскольку низкое значение сопротивления подразумевает, что падение напряжения на токочувствительном резисторе будет небольшим, во второй части этой статьи будут обсуждаться соображения по проектированию AFE, который усиливает низкое напряжение, упрощая процесс измерения с помощью АЦП.

Конструкция резистора

• Изучив этот раздел, вы сможете:
• • Опишите общие типы конструкции резистора.
• Технология поверхностного монтажа (SMT).
• Углеродистые пленочные резисторы.
• Карбоновый резистор.
• Резисторы с проволочной обмоткой.
• Резисторы металлопленочные.
• Термоплавкие резисторы

Постоянные резисторы

Рис. 2.0.1 Обозначения резисторов

Резисторы — это компоненты, используемые для сопротивления прохождению электрического тока и имеющие указанное значение СОПРОТИВЛЕНИЯ. Используются многие типы резисторов, имеющих различное назначение и конструкцию. Наиболее распространенные типы имеют фиксированное значение сопротивления, поэтому их часто называют фиксированными резисторами. Они показаны на принципиальных схемах (теоретические схемы, которые показывают, как компоненты схемы соединены электрически, а не как схема выглядит физически) с помощью одного из символов, показанных на рис.0,1.

В схемах используются различные типы постоянных резисторов, они являются наиболее многочисленными из всех электронных компонентов, и их наиболее распространенная задача заключается в снижении напряжений и токов в цепи, чтобы, например, « активные компоненты », транзисторы и интегральные схемы, несущие Наши задачи, такие как создание или усиление сигналов в цепи, обеспечиваются правильным напряжением и током для правильной работы.

также используются вместе с другими компонентами, такими как катушки индуктивности и конденсаторы, для обработки сигналов разными способами.

Поскольку резисторы являются «пассивными компонентами», они не могут усиливать или увеличивать токи или сигналы напряжения, они могут только уменьшать их. Тем не менее они являются наиболее важной частью любой электронной схемы.

Рис. 2.0.2 Типы фиксированных резисторов

SMT (технология поверхностного монтажа)

Во многих современных схемах используются резисторы SMT. Их производство включает нанесение пленки из резистивного материала, такого как оксид олова, на крошечный керамический чип.Затем края резистора точно заземляются или вырезаются лазером для получения точного сопротивления (которое зависит от ширины пленки резистора) на концах устройства. Допуски могут составлять всего ± 0,02%. Контакты на каждом конце припаиваются непосредственно к проводящей печати на печатной плате, обычно с помощью методов автоматической сборки. Резисторы SMT обычно имеют очень низкую рассеиваемую мощность. Их главное преимущество состоит в том, что можно достичь очень высокой плотности компонентов.

Вернуться к картинке

Резисторы углеродные пленочные

Конструкция аналогична металлопленочным резисторам, но обычно с более широким допуском (обычно +/- 5%), показанным на рис.2.0.2 установлен на бумажных полосках для машинной вставки в печатные платы. Маленькие резисторы — это чрезвычайно недорогие компоненты, которые также часто продаются партиями по 10 или 100 штук в этой форме для облегчения обращения.

Вернуться к картинке

Углеродный резистор

Углеродный состав — это самая старая конструкция и, как правило, самый дешевый из резисторов. Гранулы углерода смешиваются с наполнителем и вставляются в трубчатую оболочку.В более ранних типах использовалась вулканизированная резина, но в современных конструкциях углерод смешивается с керамическим наполнителем. Величина сопротивления определяется количеством углерода, добавленного в смесь наполнителя. Резисторы из углеродного состава не имеют таких жестких допусков, как углеродные или металлические пленки. Типичные допуски составляют +/- 10% или 20%. Однако одним из преимуществ является то, что они лучше подходят для приложений, включающих большие импульсы напряжения, чем более современные типы.

Вернуться к основному изображению

Резистор 1Вт

Углеродные резисторы, углеродные и металлопленочные резисторы доступны в диапазоне номинальной мощности от 0.125 Вт до 5 Вт. В резисторе мощность, которую резистор должен рассеивать (избавляться от тепла), зависит от разницы напряжений (V) на резисторе и тока (I), протекающего через него. Их умножают, чтобы получить количество мощности (P), которое необходимо рассеять, по формуле P = IV . Для любого конкретного типа или номинала резистора, чем выше номинальная мощность, тем больше физический размер резистора.

Вернуться к основному изображению

Резисторы проволочные

Резисторы с проволочной обмоткой очень разнообразны по конструкции и внешнему виду.Их резистивные элементы обычно представляют собой отрезки проволоки, обычно из сплава, такого как нихром (никель / хром) или манганин (медь / никель / марганец), обернутого вокруг керамического или стекловолоконного стержня или трубки и покрытого изолирующей огнестойкой цементной пленкой. Обычно они доступны с довольно низкими значениями сопротивления (от одного Ом до нескольких киломов), но могут рассеивать большое количество энергии. При использовании они могут сильно нагреваться.

По этой причине резисторы с проволочной обмоткой большой мощности могут быть размещены в оребренном металлическом корпусе, который может быть прикреплен болтами к металлическому шасси для максимально эффективного рассеивания выделяемого тепла.Для всех типов резисторов с проволочной обмоткой важна противопожарная защита и жизненно важны огнестойкие корпуса или покрытия. Выводные провода обычно привариваются, а не припаяны к резистору.

Вернуться к основному изображению

Резисторы металлопленочные.

Эти резисторы изготовлены из небольших стержней из керамики, покрытых металлом, например никелевым сплавом, или оксидом металла, например оксидом олова. Величина сопротивления определяется, в первую очередь, толщиной слоя покрытия; чем толще слой, тем меньше значение сопротивления.Также с помощью тонкой спиральной канавки, прорезанной вдоль стержня с помощью лазера или алмазного резака, чтобы эффективно разрезать углеродное или металлическое покрытие на длинную спиральную полосу, которая образует резистор. Металлопленочные резисторы могут быть получены в широком диапазоне значений сопротивления от нескольких Ом до десятков миллионов Ом с очень малым ДОПУСКОМ. Например, типичное значение может составлять 100 кОм ± 1% или меньше, то есть для заявленного значения 100 кОм фактическое значение будет между 99 кОм и 101 кОм. Обратите внимание, что хотя цвет корпуса (цвет лакового покрытия) металлопленочных резисторов часто бывает серым, это не является надежным ориентиром.Небольшие углеродные, металлические и оксидные резисторы могут быть выполнены в различных цветах корпуса, таких как темно-красный, коричневый, синий, зеленый, серый, кремовый или белый.

Вернуться к основному изображению

Резистор с проволочной обмоткой, 5 Вт

Резистор с проволочной обмоткой может иметь меньший физический размер для данной номинальной мощности, чем резисторы из углеродистой композиции или пленочные резисторы, сравните этот резистор 5 Вт с резистором 1 Вт (обозначенный 3 на рис. 2.0.2). Однако резисторы с проволочной обмоткой не имеют строгих допусков по составу или типу пленки.Этот резистор 4R7 имеет допуск ± 10%.

Вернуться к основному изображению

Монтажный резистор на печатную плату

Резисторы с проволочной обмоткой обычно имеют диапазон сопротивления от 1 Ом до 50 кОм. Поскольку в качестве резистивного элемента они используют катушку с проволокой, они в некоторой степени действуют как индукторы. Это ограничивает их использование низкочастотными цепями до нескольких десятков килогерц (кГц). Этот пример, доступный с номинальной мощностью до 25 Вт, предназначен для монтажа на печатной плате, и для предотвращения теплового повреждения платы ножки специальной формы обеспечивают воздушный зазор между резистором и платой.Весь резистор заключен в огнестойкий керамический слой.

Вернуться к основному изображению

Металлическая пленка высокой мощности

также доступны в вариантах высокой мощности с номинальной мощностью меньше, чем у проволочных резисторов (обычно менее 5 Вт), но с более узкими допусками.

Вернуться к основному изображению

Плавкий резистор с проволочной обмоткой

В этом плавком резисторе ток, протекающий через резистор, сначала проходит через подпружиненное соединение, расположенное близко к корпусу резистора.Тепла, выделяемого проволочным резистором при нормальных условиях, будет недостаточно для расплавления капли припоя, удерживающей пружинную проволоку на месте. Если через резистор протекает слишком много тока, он перегревается, припой плавится и проволока всплывает, размыкая соединение и останавливая ток. Затем специалисту по обслуживанию необходимо найти причину перегрузки по току перед повторной пайкой пружинного соединения для восстановления нормальной работы. При повторной пайке важно использовать правильный тип припоя (обычно указывается в руководстве по обслуживанию оборудования), так как это повлияет на температуру, при которой пружина открывается.

Вернуться к основному изображению

Резистор из углеродного состава — Определение, конструкция, преимущества, недостатки и применение

Эти резисторы используются чаще всего. резисторы в 1960-х годах и ранее. Однако в наши дни углерод составные резисторы используются редко из-за их дороговизны и низкая стабильность.Резисторы из углеродного состава также называется углеродным составом или углеродными резисторами.

Строительство

Резисторы из углеродистой композиции изготовлены из сплошного цилиндрического резистивного элемента с заделанной проволокой провода или металлические заглушки. Цилиндрический резистивный элемент резистор углеродного состава изготовлен из смеси угольный или графитовый порошок и керамика (из глины).Углерод порошок действует как хороший проводник электрического тока.

Сплошной цилиндрический резистивный элемент покрыт пластиком для защиты резистора от внешнего тепла. Провода из меди соединены на двух концах резистивной элемент. Раньше изоляционные материалы не использовались в резисторы из углеродного состава. Следовательно, даже при низком температура, тепло легко проникает в резистор и повреждает Это.

Углерод составные резисторы доступны с разным сопротивлением значения в диапазоне от одного Ом (1 Ом) до 22 МОм (22 МОм).

Сопротивление резистора углеродного состава зависит от трех факторы: количество добавленного углерода, длина твердого тела цилиндрический стержень, а площадь поперечного сечения твердого тела цилиндрический стержень

Сопротивление углеродной композиции резистор зависит от количества добавленного углерода, длины твердый цилиндрический стержень и площадь поперечного сечения твердого тела цилиндрический стержень.

Сумма углерода добавлено

Сопротивление углеродной композиции резистор обратно пропорционален количеству углерода добавлен.

Мы знаем, что углерод является хорошим проводником электричество. Следовательно, если добавлено больше углерода, больше количество электрического тока и только небольшое количество электрический ток заблокирован.Таким образом, углеродный состав резистор с большим количеством углерода имеет низкое сопротивление. Если меньше добавлен углерод, протекает лишь небольшое количество электрического тока и больше количество электрического тока заблокировано. Таким образом, углерод состав резистора с меньшим количеством углерода имеет большее сопротивление.

Длина сплошного цилиндрического стержня

Сопротивление углеродной композиции резистор прямо пропорционален длине твердого цилиндрический стержень.

Цилиндрический стержень большой длины обеспечивает высокое сопротивление электрическому току, потому что свободные электроны придется преодолевать большие расстояния. Следовательно, возможность столкновение электронов с атомами в приоритете. Таким образом, большое количество свободных электронов сталкивается с атомами. Большое количество свободных электронов, которые сталкивается с атомами, теряя свою энергию в виде тепла, а оставшееся небольшое количество свободные электроны движутся свободно.Небольшое количество свободных электронов, который движется свободно, будет проводить электрический ток. Следовательно, только небольшое количество электрического тока проходит через углерод составной резистор.

Цилиндрический стержень короткой длины обеспечивает низкое сопротивление электрическому току, поскольку свободный электроны должны пройти лишь небольшое расстояние. Следовательно возможность столкновения электронов с атомами меньше.Таким образом, только небольшое количество свободных электронов сталкивается с атомы. Небольшое количество свободных электронов, которые сталкиваются с атомы теряют свою энергию в виде тепла, и оставшееся большое количество свободных электронов движется свободно. Большой количество свободных электронов, которое свободно движется, будет нести электрический ток. Следовательно, большое количество электрического тока протекает через резистор из углеродного состава.

Крест площадь сечения сплошного цилиндрического стержня

Сопротивление углеродной композиции резистор обратно пропорционален площади поперечного сечения цилиндрического стержня.

Стержень цилиндрический с большим крестом площадь сечения обеспечивает большое пространство для свободных электронов. свободно двигаться. Следовательно, возможность столкновения свободных электронов с атомами мало.Таким образом, большое количество электрический ток протекает через резистор из углеродного состава.

Стержень цилиндрический с малой крестовиной площадь сечения обеспечивает лишь небольшое пространство для свободного электроны двигаться. Следовательно, возможность столкновения свободных электронов с атомами высока. Таким образом, лишь небольшое количество электрический ток протекает через резистор из углеродного состава.

Шум генерируется резистором из углеродного состава

Резистор из углеродного состава генерирует два типы шума: шум Джонсона или тепловой шум и ток шум.

Джонсон шум

Шум Джонсона — это тепловой шум. генерируется носителями заряда из-за теплового перемешивания.

Текущий шум

Текущий шум — это шум, вызванный внутренние изменения в резисторе при протекании тока Это.

Преимущества и недостатки карбонового резистора

Преимущества резистора углеродного состава

• Основным преимуществом резистора из углеродного состава является его способность выдерживать импульсы высокой энергии.
• Стоимость резистора из углеродного состава невысока.

Недостатки резистора углеродного состава

• Плохая стабильность: Низкая стабильность является основным недостатком резистор углеродного состава.Даже в кратчайшие сроки Сопротивление резистора из углеродного состава будет быстро меняться.

• Наиболее частая проблема возникла в углеродном составе резистор водопоглощающий. Когда углеродный состав резистор наблюдает за водой, сопротивление может увеличиваться или снижаться.

Приложения резистора углеродного состава

Различные области применения углерода Состав резистора включает:

• Источники питания высокого напряжения

• Резисторы из углеродного состава используются в высоких частотах. Приложения.

Резистор

Обзор

Резистор — это компонент, обычно используемый в электротехнике и электронике.Он имеет две клеммы и может быть подключен любым способом в цепи. Назначение резистора — просто противостоять прохождению электрического тока. Резисторы имеют множество применений, и их можно найти практически во всех электрических устройствах и электронных схемах. Большинство резисторов в цепях имеют фиксированное значение сопротивления и ведут себя в соответствии с законом Ома. Это означает, что ток, протекающий через резистор, будет изменяться прямо пропорционально приложенному к нему напряжению.Существует множество различных типов резисторов, изготовленных из самых разных материалов. Некоторые из доступных типов резисторов описаны ниже. Резисторы могут различаться по номиналу от очень малых (доли Ом) до очень больших значений (несколько миллионов Ом). Типичный резистор вместе с символами, обычно используемыми для обозначения резисторов на принципиальных схемах, показаны ниже.

Типовой резистор и условные обозначения его схемы

Резисторы из углеродного состава

Этот тип резистора широко использовался в 1960-х годах и состоит из твердого цилиндрического сердечника, состоящего из смеси порошкообразного углерода и изолирующего (обычно керамического) материала, в который встроены соединительные провода.Материалы сердечника связаны смолой, и соотношение двух материалов внутри сердечника определяет его значение сопротивления. Сердечник обычно окружен изолирующим слоем из пластика или эмали. Резисторы из углеродного состава, хотя и довольно надежные, имеют довольно широкие допуски, и их сопротивление может измениться, если они будут подвергаться более высоким, чем ожидалось, напряжениям. В настоящее время они в значительной степени заменены резисторами других типов, которые имеют меньшие допуски и сохраняют свое значение сопротивления при воздействии на них напряжений, превышающих указанные в их проектных спецификациях.

Углеродные пленочные резисторы

В этом типе резистора углеродная пленка нанесена на изолирующий материал (например, керамический стержень), и в нем врезается спираль таким образом, чтобы образовался длинный и узкий (и, следовательно, резистивный) проводящий путь. Значения сопротивления углеродных пленочных резисторов варьируются от 1 Ом до 10 миллионов Ом, а максимальное рабочее напряжение может составлять от 200 до 600 вольт.Аналогичные методы могут использоваться для производства резисторов (например, резисторов с металлической пленкой), в которых используются другие резистивные материалы, которые могут изготавливаться с очень малыми допусками и превосходными рабочими характеристиками. Однако углеродные пленочные резисторы относительно дешевы в производстве и могут производиться с допусками 10% или 5%. Это делает их доступными по цене и в целом подходящими для большинства распространенных приложений.

Резисторы с проволочной обмоткой

Резисторы с проволочной обмоткой обычно изготавливаются из тонкой металлической проволоки, намотанной на непроводящий сердечник (обычно керамический или пластиковый).Каждый конец провода припаян к металлическому колпачку на каждом конце сердечника, а сборка покрыта слоем пластика или эмали. Резисторы с проволочной обмоткой, как правило, могут пропускать больший ток, чем резисторы других типов, а резисторы, предназначенные для мощных приложений, могут иметь дополнительный внешний слой из алюминия или какого-либо керамического материала. Метод, используемый для намотки провода вокруг материала сердечника, часто предназначен для уменьшения электромагнитных эффектов, создаваемых катушкой при пропускании тока, поскольку они могут быть вредными для некоторых приложений.Резистор с проволочной обмоткой иногда имеет регулируемый ползунок, позволяющий изменять значение сопротивления. Такой резистор известен (по понятным причинам) как переменный резистор .

Номинальная мощность резистора

Электрическая мощность ( P ) измеряется в Вт и является произведением напряжения и тока ( P = VI ).Электрическая мощность часто рассеивается элементом электрической цепи (например, резистором) в виде тепла. Когда ток течет через компонент, он нагревается, потому что часть электрической энергии преобразуется в тепловую. Пока тепло может передаваться в окружающую среду с той же скоростью, резистор не должен перегреваться и повреждаться. Номинальная мощность резистора является показателем того, сколько мощности (в виде тепла) резистор может безопасно рассеять. Вообще говоря, чем больше площадь поверхности резистора, тем больше тепла он может рассеять.Поскольку мощность прямо пропорциональна току, резистор с высокой номинальной мощностью сможет выдерживать больший ток, чем резистор с более низкой номинальной мощностью, без каких-либо побочных эффектов. Резисторы, наиболее часто используемые в электронных устройствах, имеют номинальную мощность 0,25 Вт или 0,5 Вт. Более высокие номинальные мощности обычно требуются только тогда, когда номиналы резисторов относительно низкие (т. Е. Менее 300 Ом) или приложенное напряжение относительно высокое (т. Е. Больше чем 15 В).

Цветовая маркировка резистора

Величина сопротивления большинства распространенных типов резисторов определяется цветными полосами, нанесенными на корпус резистора.Цвет первой и второй полос даст двузначное число, в то время как третья полоса определяет степень десяти, на которую двузначное число должно быть умножено, чтобы получить его значение сопротивления в омах. Четвертая полоса, если присутствует, определяет допуск, в пределах которого номинальное значение резистора считается точным. Золото указывает на допуск плюс или минус 5%, а серебро указывает на допуск плюс или минус 10%. Отсутствие полосы обычно указывает на допуск в 20%. В таблицах ниже показаны значения, представленные каждым цветом.

В резисторе, показанном ниже, первая полоса оранжевая, что означает, что первая цифра равна 3. Вторая полоса черная, что указывает на то, что вторая цифра равна 0. Красная полоса в третьей позиции говорит нам, что мы должны умножить полученное число. (30) на 100, что дает номинальное значение сопротивления 3000 Ом (или 3 кОм).Золотая полоса в четвертой позиции указывает на допуск 5%, что означает, что фактическое значение резистора может быть от 2,85 кОм до 3,15 кОм.

Эта цветовая кодировка указывает на номинальное сопротивление резистора 3 кОм.

Обратите внимание, что золото и серебро используются в третьей полосе, когда должны отображаться значения резистора менее 10 Ом, и указывают значения множителя 0.1 и 0,01 соответственно. Например, резистор с красным , фиолетовым и золотым в качестве первых трех цветов будет указывать номинальное значение сопротивления 27 × 0,1 = 2,7 Ом.

Стандартные значения резисторов

Стандартные резисторы не производятся для всех возможных значений сопротивления. Это было бы непрактично, не говоря уже о нерентабельности, поскольку диапазон сопротивлений, используемых в электрических и электронных схемах, очень широк.Это также было бы несколько бессмысленно, поскольку допуски, разрешенные для стандартных типов резисторов, означают, что они могут варьироваться в известном диапазоне значений вокруг их номинального значения. По этой причине было разработано несколько серий стандартных значений. Каждая серия имеет фиксированное количество стандартных значений, выраженное двузначным числом, умноженным на степень десяти. Каждая серия основана на определенном допуске, и количество используемых двузначных значений увеличивается по мере уменьшения допусков, причем значения тщательно выбираются таким образом, чтобы было (очень маленькое) перекрытие между диапазоном возможных значений для одного номинального значения и следующий в серии.

Например, серия Е6 используется для резисторов с допуском 20%. В этом ряду используются двузначные значения 10, 15, 22, 33, 47 и 68. Обратите внимание, что интервал между каждым последующим значением становится все больше из-за все более значительного потенциального разброса фактических значений. Учтите, что следующим значением в серии будет 100 (10 × 10). В нижней части возможного диапазона значений резистор 100 Ом с допуском 20% может иметь фактическое значение всего 80 Ом.С другой стороны, резистор 68 Ом может иметь фактическое значение до 81,6 Ом (68 Ом + 20%). Таким образом, вы можете понять, почему для этой серии не производятся промежуточные значения, поскольку уже существует небольшое перекрытие между двумя возможными диапазонами значений. Если необходимо ограничить диапазон возможных значений в конкретном приложении, следует выбрать резистор с меньшим допуском. Стандартные значения, доступные для резисторов серий E6, E12 и E24, приведены в таблицах ниже.

Короткий праймер на типах резисторов

В общем, резистор — это пассивный электрический компонент (с двумя выводами), который предназначен для ограничения прохождения электрического тока через цепь.Резисторы работают, рассеивая электрическую энергию в виде тепла и уменьшая поток электричества через резистор. Резисторы встречаются почти во всех электрических сетях и электронных схемах и необходимы для точного контроля величины тока и напряжения в схемах.

бывают нескольких форматов. Наиболее распространенными форматами являются резисторы для полупроводниковых кристаллов (например, устройства для поверхностного монтажа, SMD), резисторы с радиальными выводами и резисторы с осевыми выводами (Рисунок 2).

Существуют тысячи различных типов резисторов. Резисторы конструируются с использованием различных технологий, обеспечивающих различные рабочие характеристики.Однако современные резисторы с фиксированным номиналом можно разделить на четыре большие группы по материалам и типу конструкции:

• Углеродные резисторы
• Пленочные (и металлокерамические) резисторы
• Резисторы с проволочной обмоткой
• Полупроводниковые резисторы

Резисторы из углеродного состава
Резисторы из углеродного состава — вполне стандартные недорогие резисторы, изготовленные из угольной пыли или графитовой пасты, смешанной со связующим, и спеченных на керамическом носителе под высоким давлением и температурой.Они рассчитаны только на относительно низкую мощность и имеют высокие допуски; то есть из-за процесса производства резисторов из углеродного состава они могут иметь значения, которые отличаются (больше, чем другие) от ожидаемых, как указано на полосе резистора. Существенным преимуществом резисторов из углеродной композиции является их способность выдерживать импульсы большой энергии. Однако их не рекомендуется использовать, если электрические помехи будут проблемой при нагревании. Все резисторы создают некоторый уровень шума, связанный с нагревом.Тепловой шум возникает из-за движения электронных дырок в проводнике. Резисторы большего номинала создают больше шума, чем резисторы меньшего номинала, при прочих равных условиях. Когда ток протекает через углеродный резистор, весь корпус из углеродного состава проводит энергию, что приводит к более высокой энергоемкости. Резисторы из углеродного состава могут быть менее дорогими, чем другие резисторы, но они не самые лучшие с точки зрения температурного коэффициента, шума, зависимости от напряжения (разные значения в зависимости от приложенного напряжения) и нагрузки.Современные приложения включают защиту цепей (защита от перенапряжения или разрядки), источники питания высокого напряжения, мощное освещение и сварку.

Пленочные резисторы или резисторы из кермета
Пленочные резисторы изготавливаются из металлической пленки, углеродной пленки или пленки оксида металла, нанесенной на изолирующий керамический стержень или другую подложку. Пленочные резисторы предпочтительнее резисторов из углеродного композитного материала, когда требуется больший допуск (<1%), и они доступны в значительных номиналах (мегаом).Пленочные резисторы также менее шумны и более стабильны при более высоких температурах, чем композитные углеродные резисторы. Значение сопротивления регулируется путем изменения толщины пленки. Поэтому их можно сгруппировать в «тонкопленочные резисторы» или «толстопленочные резисторы». Лазеры используются для вырезания высокоточных узоров на пленке, что изменяет проводящий или резистивный путь. Тонкопленочные резисторы обладают низким TCR, долговременной стабильностью и подходят для приложений, требующих высокой точности.

Рисунки, вырезанные лазером, являются частью того, что делает пленочные резисторы способными к более жестким допускам, чем более простые резисторы из углеродного состава.Пленочные резисторы обеспечивают очень высокое сопротивление резистора (Ом) по сравнению с резисторами других типов. Пленочные резисторы обычно используются для приложений с очень низкой мощностью и имеют хорошие характеристики по толерантности, стабильности и TCR. У них низкий уровень шума и высокая линейность из-за небольшого коэффициента напряжения. В зависимости от типа пленки существует множество вариантов применения. Например, металлопленочные резисторы используются для активных фильтров или мостовых схем. Углеродные пленочные резисторы обычно используются в радарах, рентгеновском оборудовании и источниках питания.Металлооксидные резисторы обычно используются в приложениях с высокими требованиями к долговечности.

представляют собой тип толстопленочных резисторов, для изготовления которых используется более толстая проводящая паста. Паста представляет собой смесь керамики и металла, отсюда и термин «металлокерамика». Резисторы из кермета обладают такими качествами, как низкий уровень шума, хорошая температурная стабильность и приличное номинальное напряжение.

Резисторы с проволочной обмоткой
Резисторы с проволочной обмоткой имеют очень высокую номинальную мощность и изготавливаются путем наматывания тонкой проволоки на изолированный сердечник (обычно керамическую трубку).Значение сопротивления зависит от удельного сопротивления провода, сечения и длины.

Резисторы с проволочной обмоткой в ​​основном производятся из сплавов, поскольку чистые металлы имеют высокотемпературный коэффициент сопротивления (TCR). Обычные сплавы, которые используются в качестве проводов резисторов, — это сплавы меди, серебра, хрома никеля, хрома железа и алюминия, хрома и железа. Однако чистые металлы, такие как вольфрам, могут использоваться для высокотемпературных применений. Все резисторы имеют соответствующую паразитную емкость и индуктивность, но резисторы с проволочной обмоткой имеют значительно более высокое значение индуктивности из-за проволочной обмотки.Паразитная емкость и индуктивность влияют на протекание тока в цепи переменного тока (обычно нежелательный эффект). Резисторы с проволочной обмоткой в ​​основном производятся для более низких значений сопротивления, имеют сравнительно более высокие номинальные мощности и обычно используются в системах управления двигателями и источниках питания, где необходимо рассеивать энергию, связанную с пусковым током. Резисторы с проволочной обмоткой не используются в аудио- и радиочастотных цепях из-за значений индуктивности выше среднего, которые будут меняться при изменении частоты, вызывая непредсказуемый отклик.Резисторы с проволочной обмоткой обычно используются в качестве нагревательных элементов в таких приборах, как тостеры и электрические нагреватели.

Резисторы из фольги
Резисторы из фольги имеют тонкую металлическую фольгу толщиной всего несколько микрометров, приклеенную к подложке из керамического материала. Они очень стабильны и надежны, с низким TCR и являются наиболее экономически эффективными с точки зрения построения высокопроизводительных цепей резисторов для точных приложений.

Полупроводниковые резисторы
Полупроводниковые резисторы — это просто резисторы, сформированные в полупроводниковой подложке, такой как кремний.Полупроводниковые резисторы различаются по проводимости между проводником (например, из меди или золота) и изолятором (например, из стекла). Проводимость увеличивается с температурой, что является поведением, противоположным поведению металла. Наиболее распространенными типами резисторов, построенных на полупроводниковых пластинах, являются: 1) диффузионные резисторы; 2) ионно-имплантированные резисторы; 3) тонкопленочные резисторы и 4) поликремниевые резисторы.

: типы и применение | Журнал Nuts & Volts

Ом есть ом, верно? Не так уж и быстро — существует множество разных типов резисторов.Чтобы убедиться, что ваша схема работает и продолжает работать, используйте резистор правильного типа. В этой статье вы узнаете об основных типах резисторов и их особых характеристиках.

Основы резистора

Джордж Ом.

Каждый проводник оказывает сопротивление потоку электрического заряда (кроме сверхпроводников). Джордж Ом обнаружил точную взаимосвязь между напряжением (V), током (I) и сопротивлением (R), сформулировав закон, носящий его имя и усвоенный каждым студентом-электронщиком:

В = I x R или I = V / R или R = V / I

Когда электроны проходят через материал в ответ на электрическое поле, они сталкиваются с атомами, составляющими материал.Столкновение передает часть энергии электрона атомам, которые в ответ колеблются. Эти колебания приводят к повышению температуры материала. Энергия, которая нагревает материал, представляет собой рассеиваемую мощность и рассчитывается по формуле:

Мощность (P) = I ² x R или P = V ² / R

Идеальному резистору все равно, переменный или постоянный ток протекает через него. Электроны сталкиваются с атомами, движущимися в любом направлении.

РИСУНОК 1.Резисторы могут быть сконструированы разными способами для оптимизации управления мощностью, стабильности или размера.

Тем не менее, практические детали конструкции, как показано на рис. 1 , создают некоторые паразитные эффекты , заставляя реальный резистор действовать как модель схемы, показанная на рис. 2 . Модель описывает, как фактические характеристики резистора заставляют его электрические характеристики зависеть от частоты и от того, как к нему прикладываются напряжение и ток.

РИСУНОК 2. Это модель того, как резистор на самом деле ведет себя в цепи. Тип резистора определяет важность каждого компонента.

Последовательная индуктивность, L _S , в основном создается выводами, присоединенными к резистору. Обратите внимание, что у резистора для поверхностного монтажа нет выводов, что значительно уменьшает L _S . Электроды также образуют очень маленький конденсатор C _P , который влияет на поведение резистора на очень высоких частотах. Хотя покрытие резистора является очень хорошим изолятором, ток все же может протекать в очень небольших количествах по поверхности резистора в виде тока утечки , представленного R _P .Это становится важным, когда резистор имеет очень высокое значение или используется в цепи высокого напряжения.

Типы резисторов

Чтобы кусок проводящего материала можно было превратить в практичный резистор, прикрепляют пару электродов и выводов так, чтобы ток мог течь. Резистор покрыт изоляционным материалом для защиты проводящего материала от окружающей среды и наоборот. Существует несколько различных методов изготовления резисторов и типов корпусов или корпусов , которые предназначены для определенного диапазона приложенного напряжения, рассеиваемой мощности или других соображений.

Углеродный состав
Состав означает, что резистивный материал представляет собой смесь углерода и стабилизирующих соединений. Количество углерода в смеси определяет стойкость материала. Небольшой цилиндр, такой как грифель карандаша, удерживается между двумя электродами и покрывается смолой или фенолом, в результате чего получается неиндуктивный резистор с низким L _S , который часто используется в радиочастотных схемах.

Горшки также доступны с элементами, которые имеют нелинейный конус или изменение сопротивления в зависимости от положения грязесъемника. Например, горшок с конусом бревна имеет сопротивление, которое логарифмически изменяется при вращении вала. Это полезно, например, в схемах аттенюатора. Звуковой конус Поток используется для создания делителя напряжения, который имитирует громкость человеческого уха, так что кажется, что громкость изменяется линейно с вращением регулятора.

Резисторные сети
Для экономии места на печатных платах часто используются резистивные сети. Сами по себе миниатюрные печатные схемы, размещающие на одной подложке несколько резисторов. Резисторы могут быть изолированы друг от друга, иметь одну общую клемму или подключаться последовательно. Существует ряд конфигураций, которые можно найти в каталоге любого поставщика компонентов.

Рассеиваемая мощность и номинальное напряжение

После значения, рассеиваемая мощность является следующей по важности характеристикой резистора.Перегруженный резистор часто меняет свое значение с течением времени и часто может стать достаточно горячим, чтобы обжечь себя и окружающие компоненты. Каждый разработчик схем рано или поздно узнает запах сгоревшего резистора!

Общее практическое правило состоит в том, чтобы рассчитать, сколько мощности резистор должен рассеять, а затем использовать следующий по величине размер или коэффициент рассеяния в два раза выше, в зависимости от того, что больше. Номинальная мощность основана на беспрепятственной циркуляции воздуха вокруг резистора. Для резисторов, рассеивающих более одного ватта, расположите соседние компоненты так, чтобы воздух мог свободно циркулировать.По возможности устанавливайте силовые резисторы горизонтально, чтобы конвекция охлаждала все части резистора одинаково.

Другой важный рейтинг — максимальное приложенное напряжение . Напряжение выше этого значения может вызвать дугу между выводами резистора! При высоких напряжениях R _P также может стать значительным, что приведет к утечке тока вокруг внутреннего сопротивления. Высоковольтные резисторы необходимо содержать в чистоте. Отпечатки пальцев, масло, грязь и пыль — все это создает нежелательные пути тока, снижая R _P и увеличивая утечку или даже искрение.Вот почему резисторы для использования в высоковольтных цепях длинные и тонкие, а их выводы расположены далеко друг от друга, чтобы минимизировать утечку и максимизировать способность выдерживать высокое напряжение. NV

КАК ПРОЧИТАТЬ РЕЗИСТОР

Изучение цветового кода резистора («Плохие парни насилуют …») — это обряд посвящения для электронщиков во всем мире. Удобное руководство в Интернете доступно по адресу https://physics.ucsd.edu/neurophysics/courses/physics_120/resistorcharts.pdf или просто введите «цветовой код резистора» в поисковую систему в Интернете.Резисторы для поверхностного монтажа и силовые резисторы также могут иметь значение, напечатанное на корпусе в виде трех- или четырехзначного кода, причем последняя цифра выступает в качестве экспоненты. Например, «513» означает 51 x 10 ³ или 51 кОм.

ДОПУСК И ТЕМПЕРАТУРНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ