Резистор — что это такое и для чего нужен: виды, принцип работы, расчет сопротивления

Что такое резистор

Самое простое определение таково: резистор — это элемент электрической цепи, который сопротивляется протекающему через него току. Название элемента происходит от латинского слова «resisto» — «сопротивляться», радиолюбители часто называют эту деталь — сопротивлением.

Рассмотрим, что такое резисторы, для чего резисторы. Ответы на эти вопросы предполагают знакомство с физическим смыслом основных понятий электротехники.

Чтобы уточнить принцип работы резистора, можно использовать аналогию с водопроводными трубами. Если поток воды в трубе каким-либо образом затруднен (например, из-за уменьшения ее диаметра), произойдет повышение внутреннего давления. Снимая преграду, мы снижаем давление. В электротехнике это давление соответствует напряжению: затрудняя прохождение электрического тока, мы увеличиваем напряжение в цепи, понижаем сопротивление и понижаем напряжение.

Изменяя диаметр трубы, можно изменять скорость потока воды; в электрических цепях, изменяя сопротивление, можно регулировать силу тока. Величина сопротивления обратно пропорциональна проводимости элемента.

Свойства резистивных элементов можно использовать в следующих целях:

• преобразование силы тока в напряжение и наоборот;
• ограничение протекающего тока для получения заданного значения;
• реализация делителей напряжения (например, в измерительных приборах);
• решать другие специальные задачи (например, уменьшить радиопомехи).

Чтобы объяснить, что такое резистор и для чего он нужен, вы можете использовать следующий пример. Свечение привычного светодиода происходит при малой силе тока, но само его сопротивление настолько мало, что если светодиод поставить прямо в цепь, даже при напряжении 5 В, ток, протекающий через него, будет превышать допустимые параметры часть. От такой нагрузки светодиод сразу выйдет из строя. Поэтому в схему включен резистор, цель которого в данном случае — ограничить ток до определенного значения.

Все резистивные элементы являются пассивными составляющими электрических цепей, в отличие от активных, они не отдают энергию системе, а только потребляют ее.

Разобравшись, что такое резисторы, необходимо рассмотреть их типы, обозначение и маркировку.

Принцип работы переменного резистора

Схема потенциометра

При повороте ручки изменяется длина резистора и, соответственно, сила тока. На рисунке изображен переменный резистор с тремя выводами — потенциометр. Сопротивление между концами 1 и 3 варьируется от 0 до максимального, в зависимости от положения ручки. То же изображение находится между концами 2 и 3, но наоборот. То есть, если сопротивление 1-3 увеличивается, 2-3 уменьшается. Когда у переменного резистора два конца, мы имеем реостат.

На рисунке показан вращающийся переменный резистор. Также есть курсоры, в которых курсор движется по прямой линии. При повороте ручки сопротивление изменяется от нуля до максимума. Потенциометры широко используются в аудиотехнике.

Потенциометр

Потенциометры заключены в цилиндрические и параллелепипедные контейнеры. Внутри корпуса находится резистивный элемент в форме подковы. По оси детали выходит металлическая ручка, поворачивая ее, меняет положение токоприемника, который находится на противоположном конце.

Пластина токосъемника плотно прижимается к резистивному элементу за счет силы пружины. Изготавливается из стали или бронзы. На концы потенциометра подается напряжение. За счет вращения ручки токосъемник течет по резистивному элементу, изменяя напряжение между крайним и центральным концами.

На рисунке показан потенциометр с проволочной обмоткой с проволочным резистивным слоем. На подковообразный каркас наматывается высокопрочная проволока. Затем контактная поверхность кольца шлифуется и полируется. Это сделано для того, чтобы обеспечить надежное соединение курсора с токопроводящим слоем.

Также производятся беспроводные потенциометры. В них резистивный слой наносится на кольцевую или прямоугольную основу из изоляционного материала.

О замене радиодеталей в схемах

При сборке любого устройства, даже самого простого, у радиолюбителей часто возникают проблемы с радиодетелями, бывает, что у них не получается какой-то резистор определенного номинала, конденсатор или транзистор . в этой статье я хочу рассказать о замене магнитолы компоненты в схемах, какие радиоэлементы можно заменять на какие, а какие нельзя, чем они отличаются, какие типы элементов используются в каких узлах и многое другое. Большинство радиодеталей можно заменить на аналогичные с аналогичными параметрами.
Резисторы

Начнем с резисторов.

Итак, вы, наверное, уже знаете, что резисторы — это самые основные элементы любой схемы. Без них невозможно построить схему, но что делать, если у вас нет необходимых резисторов для схемы? Рассмотрим конкретный пример, например, схему светодиодной мигалки, вот она перед вами:

Чтобы понять, какие резисторы здесь можно модифицировать в каких пределах, нам нужно понять, на что они вообще влияют. Начнем с резисторов R2 и R3: они влияют (вместе с конденсаторами) на частоту мигания светодиодов, т.е вы можете догадаться, что, увеличивая или уменьшая сопротивление, мы изменим частоту мигания светодиодов. Поэтому эти резисторы в этой схеме можно заменить другими аналогичного номинала, если у вас нет тех, что указаны на схеме. Точнее, в этой схеме можно использовать резисторы, скажем, от 10 кОм до 50 кОм. Что касается резисторов R1 и R4, то в какой-то степени это также зависит от частоты генератора, в этой схеме может быть предусмотрено от 250 до 470 Ом. Есть еще один момент, ведь светодиоды имеют разное напряжение, если в этой схеме использовать светодиоды на напряжение 1,5 вольта и мы поставим туда светодиод на более высокое напряжение — они будут гореть нам очень слабо, следовательно, нам нужно резисторы R1 и R4 поставить меньшее сопротивление. Как видите, резисторы в этой схеме можно заменить на другие близкие по номиналу. В целом это касается не только этой схемы, но и многих других, если при сборке схемы у вас не было резистора 100 кОм, можно заменить его на 90 или 110 кОм, чем меньше разница, тем лучше не стоит ставить 10 кОм вместо 100 кОм, иначе схема будет работать некорректно или вообще, может выйти из строя любой элемент. Кстати, не забывайте, что резисторы имеют допустимое отклонение от номинала. Перед тем, как поменять резистор на другой, внимательно ознакомьтесь с описанием и принципом работы схемы. В прецизионных измерительных приборах нет необходимости отклоняться от номиналов, указанных в схеме.

Теперь по мощности, чем мощнее резистор, тем он толще, резистор 0,125 ватт вместо мощного 5 ватт не поставить, в лучшем случае сильно нагреется, в худшем — сгорит.

А замена маломощного резистора на более мощный всегда приветствуется, ничего из этого не выйдет, только более мощные резисторы побольше, на плате потребуется больше места, либо придется ставить вертикально.

Не забывайте о параллельном и последовательном соединении резисторов, если вам нужен резистор на 30 кОм, вы можете сделать это из двух последовательно включенных резисторов по 15 кОм.

В указанной мною схеме стоит подстроечный резистор. Конечно, можно заменить на переменную, разницы нет, единственное, что триммер придется крутить отверткой. Можно ли поменять в цепях подстроечные резисторы и переменные резисторы, чтобы замкнуть четные? В целом да, в нашей схеме его можно поставить практически любого номинала, хоть 10 кОм, хоть 100 кОм — пределы регулировки просто поменяются, если поставить 10 кОм, вращая его, мы быстро изменим частоту мигания светодиоды, а если поставить 100 кОм, то частота мигания будет регулироваться так, чтобы происходило плавнее и «дольше» 10к. Другими словами, при 100 кОм диапазон регулировки будет шире, чем при 10 кОм.

Но заменять переменные резисторы более дешевыми подстроечниками не стоит. Их двигатель более грубый, и при частом использовании проводящий слой сильно царапается, после чего, когда двигатель раскручивается, сопротивление резистора может резко измениться. Примером этого является хрип в динамиках при изменении громкости.

Теперь поговорим о конденсаторах, они бывают разных типов, типов и конечно же конденсаторов. Все конденсаторы различаются по основным параметрам, таким как номинальная емкость, рабочее напряжение и допуск. В электронике используются два типа конденсаторов: полярные и неполярные. Разница между полярными и неполярными конденсаторами заключается в том, что полярные конденсаторы необходимо вставлять в цепь, строго соблюдая полярность. Конденсаторы бывают радиальными, осевыми по форме (выводы для таких конденсаторов находятся сбоку), с резьбовыми выводами (обычно конденсаторы большой емкости или высоковольтные), плоские и так далее. Различают импульсные, шумоподавляющие, блоки питания, аудиоконденсаторы, общего назначения и т.д.

Где используются конденсаторы?

В фильтрах блоков питания применяют обычные электролитики, иногда кладут еще и керамику (их используют для фильтрации и сглаживания выпрямленного напряжения), в фильтрах импульсных блоков питания применяют высокочастотные электролиты, в источниках питания — керамику цепей, а керамика также используется в некритических цепях.

На заметку!

Электролитические конденсаторы обычно имеют большой ток утечки, а погрешность емкости может составлять 30-40%, то есть емкость, указанная на банке, на самом деле может сильно различаться. Номинальная емкость таких конденсаторов уменьшается с увеличением срока их службы. Наиболее частым дефектом старых электролитических конденсаторов является потеря емкости и повышенные потери, такие конденсаторы не подлежат дальнейшей эксплуатации.

Вернемся к нашей схеме мультивибратора (флешера), как вы можете видеть, есть два электролитических полярных конденсатора, они также влияют на частоту мигания светодиодов, чем выше емкость, тем медленнее они будут мигать, чем меньше емкость, тем быстрее он будет мигать.

Во многих приборах и устройствах подобным образом «поиграть» с емкостями конденсаторов невозможно, например, если в цепи 470 мкФ, то следует попробовать параллельно подключить конденсаторы емкостью 470 мкФ или 2220 мкФ. Но опять же, смотря в каком узле находится конденсатор и какую роль он играет.

Рассмотрим пример на усилителе низкой частоты:

Как видите, в цепи три конденсатора, два из которых неполярные. Начнем с конденсаторов С1 и С2, они расположены на входе усилителя, через эти конденсаторы проходит / подается источник звука. Что будет, если вместо 0,22 мкФ поставить 0,01 мкФ? Во-первых, немного ухудшится качество звука, во-вторых, звук в динамиках станет заметно тише. А если вместо 0,22 мкФ поставить 1 мкФ, то на большой громкости у нас будет хрипящее дыхание в динамиках, усилитель будет перегружаться, он будет больше нагреваться и качество звука может снова ухудшиться. Если вы посмотрите на схему другого усилителя, вы можете заметить, что входной конденсатор может быть 1 мкФ или даже 10 мкФ. Все зависит от каждого конкретного случая. Но в нашем случае конденсаторы 0,22 мкФ можно заменить на соседние, например 0,15 мкФ или лучше 0,33 мкФ.

Виды резисторов по способу изготовления и их особенности

Постоянное сопротивление осуществляется несколькими способами. Свойства в некоторой степени меняются в зависимости от способа изготовления, поэтому вам также необходимо знать типы резисторов на основе метода изготовления. Они есть:

• Проволока.
• Я не телеграфирую:
• металл;
• композиционный;
• лист (металлический лист);
• графит.

Самыми «древними» являются нити. Они самые дешевые. А вот непроволочные могут иметь очень небольшие допустимые отклонения от номинала, некоторые другие полезные особенности.

Проволочные

Проволочные резисторы представляют собой кусок металлической проволоки, обернутой вокруг керамической основы. Используется специальная проволока — константановая для обычных, нихромовая — для высокопрочных. Сверху мотки проволоки могут быть:

• наполненный керамикой;
• покрыт эмалью или краской.

Внешне можно выделить несколько типов проволочных резисторов: прямоугольный керамический корпус и трубчатый (С5-35Б или ПЭВР). Они явно отличаются от остальных. При этом они не могут быть ни тонкослойными, ни композитными.

Так выглядят проволочные резисторы разной конструкции

Остальные внешне практически не отличимы. Дело в том, что при сопоставимых номиналах они будут больше по размеру. Это и понятно: поток занимает больше места. В зависимости от способа установки проволочные резисторы доступны для монтажа на печатной плате (с монтажными гнездами) или для поверхностного монтажа. В последнем случае носитель должен быть предварительно установлен на карту.

Если порвать провод корпуса резистора, мы увидим следующую картинку

У них есть одна особенность — значительная паразитная индуктивность. По этой причине проволочные резисторы не используются в схемах, работающих с высокочастотными переменными напряжениями. Для постоянного или переменного напряжения, но с низкой частотой (например, 50 Гц) они подходят.

Непроволочные

Большинство современных резисторов поставляются без проводов, но многие из них изготавливаются с использованием аналогичной техники. На диэлектрическую основу нанесен слой проводящего вещества. Это может быть металл, сплав или композитный материал. Поэтому их обычно называют «фильмами». По толщине слоя этот тип резистора делится на тонкопленочный (от долей микрон до 1-2 микрон) и толстопленочный. Чем меньше толщина пленки, тем больше сопротивление. Для высоких оценок можно вырезать на пленке бороздку. Поверх пленки ее можно покрыть защитным слоем (оксидной пленкой или лаком, лаком), можно нанести еще один керамический слой. Конечно, при использовании разных материалов технологические процессы меняются, но в целом схема производства такова.

Строение пленочных резисторов разных типов

Итак, вот что такое пленочные резисторы:

• Металлик. Это один из самых распространенных типов резисторов, так как они обладают достаточной точностью и невысокой стоимостью. Используются металлы: хром, палладий, тантал; сплав — нихром; металлокерамика — металлокерамика. В основном производятся нихромовые пленочные резисторы, так как они имеют низкий температурный коэффициент сопротивления (при изменении температуры сопротивление почти не меняется), мало нагреваются и имеют стабильные параметры. Они меньше углеродных.
• Композитный. Вместо металла на керамическую основу наносят композиты. Выпускается 13 видов элементов этого типа. Все их можно разделить на две группы: высокого сопротивления и высокого напряжения (от 2,5 кВ до 60 кВ). Предназначен для работы в цепях переменного и постоянного тока. Их главный недостаток — высокий уровень токового шума — от 15 до 40 мкВ / В.
• Простыня. На диэлектрическое тело приклеивается тонкая или сверхтонкая фольга, сверх�