Резисторы: что это, назначение, устройство, классификация
Резистор – это пассивный элемент электроцепей с постоянным или переменным сопротивлением. Предназначен для преобразования силы тока в напряжение, напряжения в силу тока, для ограничения тока, поглощения электроэнергии и выполнения других задач. Является компонентом почти всех электронных и электрических устройств.
Принцип работы резистора
Любой резистор работает по закону Ома, по которому сопротивление меняется в зависимости от значений напряжения и силы проходящего через элемент тока. Используя резисторы подходящих номиналов, можно корректировать значения напряжения и силы тока. Смысл в том, что ток, который двигается по цепи, оказывается внутри компонента и замедляется.
Основные технические характеристики
При выборе резистора обращают внимание на три основных параметра:
- Номинальное сопротивление. Характеристика указывается в омах (Ом), например, 1 кОм (1000 Ом), 1 МОм (1000 кОм).
- Допустимая рассеиваемая мощность. Максимальная мощность, которую деталь может рассеять при долговременной эксплуатации. Параметр важен для мощных проводников. Чем выше значение мощности, тем более габаритный будет резистор.
- Класс точности. Указывает, насколько реальное сопротивление может отклоняться от номинальных значений. Например, у резистора может быть допуск 5%, 10%.
Дополнительные характеристики, которые тоже могут быть нужны: максимальное рабочее напряжение, стойкость к температурам и влаге, избыточный шум, коэффициент напряжения. Если элемент будет применяться в высокочастотном или сверхвысокочастотном оборудовании, учитывается его паразитная емкость и паразитная индуктивность. Чем меньше эти значения, тем более качественный резистор.
Виды/типы резисторов
По характеру изменения сопротивления
Постоянные резисторы
В них величина сопротивления всегда остается неизменной (хотя возможны незначительные колебания при перепадах температур).
Переменные резисторы
Показатели сопротивления в них могут изменяться в определенных пределах, и только принудительно, а не сами по себе. Например, при вращении ручки радиоустройства или перемещении ползунка повышение или понижение звука происходит благодаря изменению сопротивления в цепи.
Есть несколько видов переменных резисторов:
- Подстроечные. Для изменения сопротивления применяется винт. Диапазон регулировки обычно не слишком большой. Используются для точной настройки параметров различных устройств при их установке, ремонте или выполнении других процедур. Традиционные модели имеют регулятор под отвертку (хотя в современных резисторах он может отсутствовать). Подстроечные элементы предназначены для периодического использования. Имеют ресурс примерно на 1000 перемещений.
- Регулируемые. Здесь диапазон возможного сопротивления выше. Такие резисторы востребованы при необходимости регулировки громкости, частоты. Имеют ресурс на 5000 и более перемещений.
- Поворотные. Проводящий ток элемент имеет вид кольца, которое поворачивается регулировочным механизмом с помощью специальной ручки. Различают однооборотные и многооборотные резисторы.
- Ползунковые. Регулировка сопротивления выполняется не ручкой, а специальным ползунком. Его перемещение в одну или другую сторону позволяет уменьшить или увеличить нагрузку на цепь.
Что такое потенциометр?
Потенциометр – это переменный резистор, предназначенный для деления электрического напряжения. Механические регуляторы напряжения имеют подвижный контакт. Также сегодня производятся цифровые потенциометры, у которых нет подвижных компонентов (сопротивление регулируется программно).
Что такое реостат?
Реостат – это переменный резистор, предназначенный для регулировки силы тока в цепи. Позволяет ограничивать ток в обмотках возбуждения электронных устройств, работающих с постоянным током. Это позволяет выравнивать значительные перепады электрического тока, устранять динамические перегрузки, от которых оборудование может выйти из строя.
Большая часть переменных резисторов может выполнять функции как потенциометра, так и реостата. Разница будет только в подключении: потенциометр подключается параллельно, реостат – последовательно.
По виду вольт-амперной характеристики
Особенности работы резистора при его использовании в составе электроцепи могут быть описаны его электрическими параметрами. Одним из ключевых параметров устройства является его вольт-амперная характеристика, то есть показатель зависимости величины напряжения и силы тока, который проходит через резистор. По данному показателю есть два вида элементов:
- Линейные резисторы. Сопротивление в них не меняется при изменении напряжения или силы тока.
- Нелинейные резисторы (часто называются полупроводниковыми). Сопротивление в них меняется под действием управляющих факторов: напряжения, силы тока и т. д. Допустим, в выключенной лампе накаливания сопротивление в 10-15 раз меньше, чем при ее работе в режиме освещения.
Есть несколько видов нелинейных резисторов:
- Варистор. Это электронный компонент, сопротивление которого меняется при изменении напряжения в цепи. Элемент применяется в генераторах и другом оборудовании для стабилизации и защиты от перенапряжений, для регулировки усиления, преобразования частоты и напряжений.
- Терморезистор (или термистор). В нем сопротивление меняется при изменении температуры. Различают устройства с отрицательным и положительным температурным коэффициентом сопротивления.
- Магниторезистор. Показатели сопротивления меняются при изменений характеристик магнитного поля.
- Аудиорезистор. Сопротивление в цепи зависит от уровня звука в системе, где используется компонент.
- Фоторезистор. Его электрическое сопротивление меняет свои показатели под действием электромагнитных волн. Причем они могут создавать излучение в любом диапазоне (от инфракрасного до рентгеновского и гамма-излучения).
- Тензорезистор. В них сопротивление меняется при деформации элемента. В составе специальных устройств, тензодатчиков, используется для оценки механических повреждений у разных механизмов.
По виду проводящих элементов
Проволочные устройства
Используются в цепях постоянного тока. На корпусе изделия имеется один или два слоя тонкой проволоки, которая производится из нихрома, никелина или других материалов с высоким электросопротивлением. Благодаря значительному удельному сопротивлению проводов возможно создание компактных резисторов. Толщина используемых проводов зависит от силы тока, который будет проходить через резистор.
Для защиты от повреждений сверху элемент обрабатывается специальным лаком. От типа изоляции зависит термостойкость изделия, его электрическая прочность, а также внешний диаметр провода. Чем толще провод, тем больше должен быть слой изоляции, и тем выше будет показатель прочности. Чаще всего используются проволочные резисторы в изоляции из обычной, высокопрочной и теплостойкой эмали.
Проволочные резисторы стабильнее непроволочных, подходят для использования при более высоких температурах, способны выдерживать более высокие нагрузки. Но их производство сложнее, поэтому стоимость элементов выше. Плюс, они малоэффективны в оборудовании, которое работает при частотах 1- 2 МГц. Причина в том, что такие резисторы изначально отличаются большой емкостью и индуктивностью, которая проявляется уже при нескольких килогерцах, то есть при значительно более низкой частоте. Поэтому чаще всего проволочные устройства используются в цепях постоянного тока или при низких частотах.
Непроволочные резисторы
В них используется не металлическая проволока, а другие электротехнические материалы, например, проводящие ток пленки, механические порошкообразные смеси и т. д.
Детали отличаются небольшими размерами и низкой ценой. Могу использоваться в высокочастотном оборудовании (до 10 ГГц). Минус таких проводников – недостаточная стабильность, так как сопротивление может меняться в зависимости от температуры, уровня влажности, величины механической нагрузки и других факторов. Однако при всех своих минусах такие резисторы являются гораздо более востребованными, чем проволочные элементы.
Пленочные резисторы
Это самые распространенные непроволочные проводники. Поэтому рассмотрим их подробнее. На поверхности таких резисторов имеется тонкая пленка на основе металла или сплава – состава с высоким электросопротивлением. Пленка наносится на изоляционную поверхность и перекрывается в области контактов низкоомной пленкой из металла. Номинал деталей формируется сложением сопротивления на контактных участках и сопротивления резистивной пленки.
Они бывают тонкопленочными (металлодиэлектрическими, металлоокисными и металлизированными с резистивным компонентом в виде композиционного слоя, углеродистыми и бороуглеродистыми) и толстопленочными (лакосажевыми, лакопленочными, керметными, состоящими из проводящих полимеров) и объемными.
Самыми популярными являются такие пленочные резисторы:
- Углеродистые. На поверхности (стержень или трубка из керамики) имеется пленка, состоящая из пиролитического углерода. Иногда основание выполняется в виде диска или пластины. Такие резисторы характеризуются высокой стабильностью, малым шумом и низким температурным коэффициентом. А подвид такого проводника, бороуглеродистый резистор, по некоторым параметрам является даже более стабильным, чем проволочные изделия.
- Металлопленочные. Пленка наносится на основание из керамики, стекла, пластика или другого материала. По размеру такие резисторы в 2-3 раза меньше углеродистых, отличаются высокой влаго- и теплостойкостью, являются достаточно стабильными. Минус элементов – возможность перегрева при высокой мощности, особенно при импульсных нагрузках.
- Композиционные. Резистивный элемент состоит из особенных композиций на основе порошкообразно смеси. Это может быть сажа, графит. Толщина пленки у них выше, чем у металлопленочных и углеродистых изделий. Такие резисторы выделяются теплостойкостью и высокой надежностью.
Полупроводниковые резисторы
Выполняются на основе пленок, состоящих из сульфида кадмия, селенида кадмия и других поликристаллических материалов. Элементы отличаются высоким положительным коэффициентом температуры. Температурная зависимость сопротивления объясняется двумя моментами: созданием носителей заряда и снижением их активности при увеличении температуры.
По назначению
Различают два типа резисторов: общего назначения и специальные. Вторая категория включает несколько видов проводников:
- Высокочастотные. Отличаются низкой емкостью и индуктивностью, поэтому могут использоваться в цепях с высокой частотой – до сотен мегагерц.
- Высокоомные. Используются в ненагруженном состоянии, поэтому большая мощность им не нужна (обычно не более 400 В). А сопротивление у них может быть от нескольких МОм до нескольких Том. Элементы применяются для ограничения тока в дозиметрах, устройствах ночного видения и других приспособлениях с небольшими токами.
- Прецизионные и сверхпрецизионные. Отличаются высоким допуском (классом точности) – не более 1%. Такие детали используются в высокоточном оборудовании.
Соединение резисторов
Последовательное соединение
По такой схеме конец одного элемента соединяется с началом второго, а конец второго с началом третьего. И так далее. Элементы подсоединяются друг за другом, поэтому через них проходит один общий ток. Общее сопротивление в таком случае зависит от двух факторов: возможностей каждого резистора и количества элементов в цепи (чем их больше, тем больше будет сопротивления току).
Параллельное соединение
Здесь начало всех элементов подключено к одной общей точке, а конец – к другой общей точке. То есть, имеется две точки, в которые подключаются или начало, или конец резистора. По такой схеме в каждом компоненте протекает свой ток. Чем больше резисторов в схеме, тем больше путей протекания тока и тем меньше сопротивление для него. Получается, при последовательном соединении при увеличении числа резисторов сопротивление увеличивается, а при параллельном соединении – уменьшается.
Смешанное соединение
Здесь сочетается два основных способа соединения. Иногда такой вариант называется последовательно-параллельным соединением.
Схема треугольник-звезда
Данный вид соединения подразумевает два варианта подключения резисторов:
- По виду треугольника – три ветви формируют треугольник, сторонами выступают ветви, а вершинами являются узлы;
- По виду звезды – три ветви имеют один общий узел, но направлены в разные стороны.
Для наглядности смотрите на картинку.
Два вида соединения эквивалентны, так как при одинаковой нагрузке между одноименными выводами электроцепи токи, которые подаются в одноименные выводы, а значит, и мощности, будут одинаковыми.
Маркировка резисторов
На всех резисторах указывается их номинал и допуск. Номинал – это рабочее сопротивление элемента. Нагрузка в цепи должна быть меньше этого значения. Допуск указывает точность изделия, то есть, возможное отклонение реальных значений от показателей номинала. Допуск указывается в процентах. На советских резисторах также указывалась их серия или тип.
Существует два варианта маркировки резисторов: цветовая и кодовая (цифро-буквенная). Рассмотрим их подробнее.
Кодовая маркировка
Цифро-буквенное обозначение – это традиционный вариант маркировки резисторов, который раньше применялся для всех подобных элементов.
В коде обычно содержится две цифры и буква или три цифры и буква. Иногда буквы две, например, мк. Цифры указывают номинал изделия, буквы – множитель.
Отечественные резисторы
| Обозначение |
Приставка |
Множитель |
| Э | экса | 1018 |
| П | пета | 1015 |
| Т | тера | 1012 |
| Г | гига | 109 |
| М | мега | 106 |
| к | кило | 103 |
| г | гекто | 102 |
| да | дека | 101 |
| д | деци | 10-1 |
| с | санти | 10-2 |
| м | милли | 10-3 |
| мк | микро | 10-6 |
| н | нано | 10-9 |
| п | пико | 10-12 |
| ф | фемто | 10-15 |
| а | атто | 10-18 |
Зарубежные резисторы
| Обозначение | Множитель |
| S | 10-2 |
| R | 101 |
| A | 100 |
| B | 101 |
| C | 102 |
| D | 103 |
| E | 104 |
| F | 105 |
Также на корпусе может указываться допуск (с помощью еще одной буквы). В таблицах ниже это показано наглядно для отечественных и зарубежных резисторов.
| Допуск, % |
±20 |
±10 |
±5 |
±2 |
±1 |
±0,5 |
±0,2 |
±0,1 |
| Код, отечественный | В | С | И | Л | Р | Д | У | Ж |
| Код, зарубежный | M | K | J | G | F | D | C | B |
Если сопротивление – это целое число, буква множителя ставится после цифр. Если сопротивление выражается не целым числом, например, 4,7, буква множителя устанавливается вместо запятой. Примеры можно посмотреть на картинке ниже.
| Сопротивление | Допуск | Примеры обозначения | |||
| Множитель | Код | Допуск, % | Код | Полное обозначение | Код |
|
1 |
R(E) |
±0,1 |
B(Ж) |
3,9 Ом ± 5% |
3R9J |
|
±0,25 |
C(У) |
215 Ом ± 2% |
215RG | ||
|
1000 |
K(K) |
±0,5 |
D(Д) |
1 кОм ± 5% |
1K0J |
|
±1 |
F(Р) |
12,4 кОм ± 1% |
12K4F | ||
|
1000000 |
M(M) |
±2 |
G(Л) |
10 кОм ± 5% |
10KJ |
|
±5 |
J(И) |
100 кОм ± 5% |
M10J | ||
|
1000000000 |
G(Г) |
±10 |
K(С) |
2,2 МОм ± 10% |
2M2K |
|
±20 |
M(В) |
6,8 ГОм ± 20% |
6G8M | ||
| 1000000000000 | T(T) |
±30 |
N(Ф) |
1 ТОм ± 20% |
1T0M |
Цветовая маркировка
Большинство резисторов – небольших размеров, поэтому наносить буквы и цифры на них неудобно. Поэтому со временем появился цветовой вариант обозначения. Плюс, такой вариант является универсальным: такую маркировку разберет человек из любой страны (а иностранные буквы могут быть понятны не каждому). Но конечно, для этого нужно разобраться в такой маркировке.
На деле она простая. На корпусе резистора располагается три – шесть полос. Первые две или три полосы – это самые важные данные, в остальных закодирована второстепенная информация:
- Если полосы три – в первых двух закодирован номинал, в третьей указан множитель.
- Если полосы четыре – первые две содержат номинал, третья – множитель, четвертая – допуск (в варианте с тремя полосами допуск не указывается).
- Если полос пять, это значит, что цифр номинала здесь три, четвертая полоса – это множитель, пятая – допуск.
- Если полос шесть, к предыдущему варианту добавляется температурный коэффициент (но это второстепенный параметр, и указывается он не всегда, только для высокоточных элементов).
Что означает каждый цвет в маркировке, можно посмотреть на картинке ниже.
|
Цвет знака |
Номинальное сопротивление, Ом |
Допуск, % |
|||
| Первая цифра | Вторая цифра | Третья цифра | Множитель | ||
| серебристый | - | - | - | 10-2 |
± 10 |
| золотистый | - | - | - | 10-1 |
± 5 |
| черный | - | 0 | 0 | 1 | - |
| коричневый | 1 | 1 | 1 | 10 |
± 1 |
| красный | 2 | 2 | 2 | 102 |
± 2 |
| оранжевый | 3 | 3 | 3 | 103 | - |
| желтый | 4 | 4 | 4 | 104 | - |
| зеленый | 5 | 5 | 5 | 105 |
± 0,5 |
| голубой | 6 | 6 | 6 | 106 |
± 0,25 |
| фиолетовый | 7 | 7 | 7 | 107 |
± 0,1 |
| серый | 8 | 8 | 8 | 108 |
± 0,05 |
| белый | 9 | 9 | 9 | 109 | - |
Эти данные просто нужно один раз запомнить. Потренировавшись, вы сможете легко определять номинал и допуски резисторов, просто глядя на эти цветные полосы.
Важно: Допуск обозначается не только полосами. Его можно определить и по числу полос. Если полос три – резистор имеет точность 20%, если четыре – точность 5 или 10%, пять или шесть полос – устройства повышенной точности.
Обозначения на схемах
На схемах резистор обозначается прямоугольником, от которого идут контакты (в виде черточек). Для обозначения элемента может применяться буква R. Затем идет число, указывающее порядковый номер компонента в схеме.
Множитель на схемах указывается таким образом:
- Если значение в Ом, то за цифрой может быть буква «Е» или могут быть просто цифры, например, 50Е или 50.
- Если значение в кОм, за цифрами располагается буква «к», например, 48к.
- Если значение в Мом, за цифрами стоит буква «М».
Допустимая нагрузка постоянных резисторов обозначается на схемах так:
Если прямоугольник пустой, значит, для него не указана номинальная мощность рассеивания.
Как измерить сопротивление резистора?
Необходимость проверки сопротивления возникает в разных ситуациях. Например, нужно оценить работоспособность схемы. Для проверки используется специальное устройство – мультиметр. Перед началом работы нужно узнать номинал детали. Это можно сделать по цветовой или цифро-буквенной маркировке.
Есть прямой и косвенный способы определения сопротивления. При прямом способе нужно просто выполнить измерение параметра мультиметром. Для этого регулятор на приборе устанавливается на режим измерения сопротивления, а щупы устройства соединяются с выводами резистора.
При косвенном способе измерения сопротивление определяется по закону Ома, который выглядит таким образом:
Допустим, нужно узнать сопротивление на лампе накаливания, и для этого есть лабораторный блок питания, который сразу отражает и напряжение, и силу тока. Все довольно просто: нужно выставить на блоке напряжение лампы и подключить ее к клеммам модуля. Допустим, устройство работает при нагрузке 12 Вольт. А сила тока после измерения блоком питания оценивается в 0,71 А. Чтобы узнать сопротивление, нужно напряжение поделить на силу тока. Получается, значение параметра для данной лампочки – 16,9 Ом.
Конечно, прямой способ измерения гораздо проще, так как мультиметр сразу отражает значение сопротивления.