Устройство и применение резистора в электрической цепи

Обозначение резисторов на схеме

Постоянный резистор без указания номинальной мощности рассеивания

Постоянный резистор номинальной мощностью рассеивания 0,05 Вт

Постоянный резистор номинальной мощностью рассеивания 0,125 Вт

Постоянный резистор номинальной мощностью рассеивания 0,25 Вт

Постоянный резистор номинальной мощностью рассеивания 0,5 Вт

Постоянный резистор номинальной мощностью рассеивания 1 Вт

Постоянный резистор номинальной мощностью рассеивания 2 Вт

Постоянный резистор номинальной мощностью рассеивания 5 Вт

Обозначение переменных, подстроечных и нелинейных резисторов на схемах:

Обозначение по ГОСТ 2.728-74	Описание
Переменный резистор (реостат).
Переменный резистор, включенный как реостат (ползунок соединён с одним из крайних выводов).
Подстроечный резистор.
Подстроечный резистор, включенный как реостат (ползунок соединён с одним из крайних выводов).
Варистор (сопротивление зависит от приложенного напряжения).
Термистор (сопротивление зависит от температуры).
Фоторезистор (сопротивление зависит от освещённости).

Условное обозначение резистора на схеме – прямоугольник размерами 4х10 мм. На схемах значение сопротивления постоянного резюка менее кОма проставляется рядом с его условным обозначением числом без единицы измерения. При номинале от одного кОм до 999 кОм рядом с числом ставят букву «К», от одного МОм – букву «М». Характеристики резисторов указывают на их поверхности, для чего применяют буквенно-цифровой код или группу цветных полосок.

Примеры буквенно-цифрового обозначения для сопротивления, выраженного целым числом:

• 25 Ом – 25 R;
• 25 кОм – 25 K;
• 25 МОм – 25 M.

Если для выражения величины сопротивления используется десятичная дробь, то порядок расположения цифр и букв будет иным, например:

• 0,25 Ом – R 25;
• 0,25 кОм – K 25;
• 0,25 МОм – M 25.

Если сопротивление выражается числом, отличным от нуля и с десятичной дробью, то буква в обозначении играет роль запятой, например:

• 2,5 Ом – 2R5;
• 2,5 кОм – 2K5;
• 2,5 МОм – 2M5.

Производители в силу несовершенства производственной технологии не в состоянии на 100% гарантировать соответствие заявленного значения сопротивления фактическому. Допустимая погрешность обозначается в % и проставляется после номинального значения, например ±5%, ±10%, ±20%. Класс точности может определяться буквой, в зависимости от производителя, – русской или латинской.

Допустимая погрешность, ±%	20	10	5	2	1	0,5	0,2	0,1
Буква
Русская	В	С	И	Л	Р	Д	У	Ж
Латинская	M	K	J	G	F	D	C	B

Использование в электрической схеме

Яркость лампочки зависит от тока, протекающего по нити накаливания — чем больше ток, тем ярче горит лампочка. По закону Ома ток можно высчитать разделив напряжение на сопротивление, значит, чем меньше сопротивление, тем больше ток. На практике работать это будет следующим образом.

Допустим, лампочка рассчитана на напряжение в 9 В, имеет сопротивление 70 Ом (в рабочем, горячем состоянии), батарея на 9 в и переменное сопротивление 100 Ом. Для нормальной работы ток, проходящий через лампочку, должен быть примерно 0,13 А (напряжение батареи 9 В делится на сопротивление лампочки 70 Ом). В эту цепь последовательно подсоединяется переменный резистор в 100 Ом, ток цепи составит примерно 0,05 А (напряжение батареи 9 В делится на общее сопротивление 170 Ом), — это примерно треть от требуемого тока и лампочка, следовательно, не будет гореть.

В этом случае резистор помогает плавно гасить свет. Подобный принцип используется, например, в кинотеатрах. Если батарея на 9 В, а лампочка рассчитана на 2,5 В, то для ее нормальной работы необходим делитель или гаситель напряжения. В чем суть? В цепи необходимо создать нормальный для лампочки ток.

Если используется гаситель, то к источнику тока последовательно подключаются 2 или более резистора и лампочка. Общее сопротивление выбирается с таким расчетом, чтобы ток, протекающий по цепи, соответствовал номинальному току лампочки. Допустим, имеются: источник постоянного тока 9 В, лампочка напряжением 2,5 В и номинальным током 0,12 А.

Рассчитывается сопротивление лампочки, для этого напряжение делится на ток и получается примерно 20,8 Ом. Чтобы по цепи шел ток в 0,12 А, рассчитывается общее сопротивление: 9 В делённое на 0,12 А дает 75 Ом. Вычитается сопротивление лампочки и получится 54,2 Ом — такое сопротивление необходимо добавить к лампочке.

Если используется делитель, то тогда берутся два и более резистора и подключаются последовательно источнику питания. Параллельно какой-то части делителя подключается нагрузка, получается схема со смешанным подключением: источник — часть делителя — параллельно подключенные часть делителя и нагрузка — источник тока. Это только один вариант, на самом деле схем подключения множество, но всегда идет смешанное подключение.

Далее делается расчет нужного сопротивления. При параллельном подключении ток идет по двум цепям, значит, на нагрузке его будет меньше (подключенный последовательно резистор ограничивает ток). Для нормальной работы нагрузки высчитываются все токи, проходящие по делителю, а затем подбирается ограничивающий.

Постоянные, переменные и подстрочные резисторы

Постоянный резистор — это деталь с двумя выводами, которая вносит в электрическую цепь постоянное сопротивление.

Постоянный резистор представляет собой стержень из диэлектрического материала (чаще всего из керамики) на поверхности которой нанесена токопроводящая пленка из углерода или металлического сплава.

На торцы стержня плотно насажены «чашечки», переходящие в проволочные выводы. Чем тоньше плёнка, тем больше сопротивление.

На поверхность стержня могут наноситься канавки, увеличивающие сопротивление. Резистор с небольшим значением сопротивления может представлять собой керамическое основание с намотанным на него тонким проводом.

Для защиты резистивного слоя сверху наносится слой компаунда или лака, поверх которого наносится буквенно-цифровая маркировка или маркировка в виде нескольких цветных колец.

Раньше выводы резисторов в большинстве случаев были медными. Теперь же часто основу этих выводов составляет железо (которое дешевле меди).

Очень часто возникает задача изменить вносимое в электрическую цепь сопротивление. Это задачу выполняют переменные или подстроечные резисторы, у которых три (или более) вывода.

Переменные резисторы отличаются тем, что токопроводящий слой на них нанесен виде подковы, к концам которой подключены два неподвижных вывода.

Третий вывод – подвижный — скользит по подкове, поэтому при перемещении его сопротивление между ним и крайними выводами меняется.

Положение подвижного вывода можно менять посредством соединенной с ним вращающейся рукоятки.

Подстроечный резистор отличается от переменного тем, что в нем труднее повернуть рукоятку.

Часто в рукоятке подстроечного резистора делают прорези под шлиц отвертки.

Иногда после регулировки электрической схемы рукоятку заливают компаундом или полиэтиленом —  чтобы невозможно было ее повернуть и сбить настройку.

Кстати, регулятор громкости в ваших настольных акустических системах – это переменный резистор.

Классификация резисторов

Три резистора разных номиналов для поверхностного монтажа (SMD), припаянные на печатную плату

Резисторы являются элементами электронной аппаратуры и могут применяться как дискретные компоненты или как составные части интегральных микросхем. Дискретные резисторы классифицируются по назначению, виду ВАХ, по способу защиты и по способу монтажа, характеру изменения сопротивления, технологии изготовления.

По назначению:

• резисторы общего назначения;
• резисторы специального назначения:
  • высокоомные (сопротивления от десятка МОм до единиц ТОм, рабочие напряжения 100—400 В);
  • высоковольтные (рабочие напряжения — десятки кВ);
  • высокочастотные (имеют малые собственные индуктивности и ёмкости, рабочие частоты до сотен МГц);
  • прецизионные и сверхпрецизионные (повышенная точность, допуск 0,001 — 1 %).

По характеру изменения сопротивления:

Постоянные резисторы (для навесного монтажа).

Переменный резистор.

Подстроечные резисторы.

Прецизионный многооборотный подстроечный резистор.

• постоянные резисторы;
• переменные регулировочные резисторы;
• переменные подстроечные резисторы.

По способу защиты от влаги:

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

По способу монтажа:

• для печатного монтажа;
• для навесного монтажа;
• для микросхем и микромодулей.

По виду вольт-амперной характеристики:

• линейные резисторы;
• нелинейные резисторы:
  • варисторы — сопротивление зависит от приложенного напряжения;
  • терморезисторы — сопротивление зависит от температуры;
  • фоторезисторы — сопротивление зависит от освещённости;
  • тензорезисторы — сопротивление зависит от деформации резистора;
  • магниторезисторы — сопротивление зависит от величины магнитного поля.
  • мемристоры (разрабатываются) — сопротивление зависит от протекавшего через него заряда (интеграла тока за время работы).

По виду используемых проводящих элементов:

Проволочный резистор с отводом.

Плёночный угольный резистор (часть защитного покрытия удалена для демонстрации токопроводного слоя).

• Проволочные резисторы. Наматываются из проволоки или ленты с высоким удельным сопротивлением на какой-либо каркас. Обычно имеют значительную паразитную индуктивность. Для снижения паразитной индуктивности почти всегда выполняются с бифилярной намоткой. Высокоомные малогабаритные проволочные резисторы иногда изготавливают из микропровода. Иные типы резисторов называются непроволочными резисторами.
• Непроволочные резисторы. Резистивный элемент представляет собой объёмную структуру физического тела или поверхностного слоя, образованного на изоляционных деталях (тонкую плёнку металлического сплава или композитного материала с высоким удельным сопротивлением, низким коэффициентом термического сопротивления, обычно нанесённую на цилиндрический керамический сердечник). Концы сердечника снабжены напрессованными металлическими колпачками с проволочными выводами для монтажа. Иногда, для повышения сопротивления, в плёнке исполняется винтовая канавка для формирования спиральной конфигурации проводящего слоя. Сейчас это наиболее распространённый тип резисторов для монтажа в отверстия печатных плат. По такому же принципу выполнены резисторы в составе гибридной интегральной микросхемы: в виде металлических или композитных плёнок, нанесённых на обычно керамическую подложку методом напыления в вакууме или трафаретной печати.

По виду применяемых материалов:

• Углеродистые резисторы. Изготавливаются в виде плёночных и объёмных. Плёнки или резистивные тела представляют собой смеси графита с органическими или неорганическими веществами.
• Металлопленочные или металлоокисные резисторы. В качестве резистивного материала используется тонкая металлическая лента.
• Композиционные резисторы.
• Проволочные резисторы.
• Интегральный резистор. Резистивный элемент — слаболегированный полупроводник, формируемый в кристалле микросхемы в виде обычно зигзагообразного канала, изолированного от других цепей микросхемы p-n переходом. Такие резисторы имеют большую нелинейность вольт-амперной характеристики. В основном используются в составе интегральных монокристаллических микросхем, где применить другие типы резисторов принципиально невозможно.

Чем отличается резистор от реостата, транзистора

Реостат является электрическим аппаратом. Который способен регулировать ток и напряжение в электрической цепи. В общем это аналог переменного резистора. Он включает проводящий элемент и регулятор сопротивления. Влиять на изменение показателя можно плавно, а при желании это можно сделать ступенчато. В стандартизации реостатом называют резисторы переменные, регулировочные и подстроечные.

Транзистор является прибором для управления электрическим током. По сути он усиливает ток и может им управлять, а проводник регулирует сопротивление в сети. Внешне два элемента значительно отличаются друг от друга. Резистор имеет цилиндрическую форму и цветную окраску, а транзистор облачен в пластиковый или металлический квадратный корпус.

Выводы: проводники имеют одинаковую функциональность, а у транзистора разную. Также транзистор – это полярный элемент, а резистор – неполярный. По этой причине перепутать два элемента можно только в том случае, если человек совершенно далек от электротехники и радиоэлектроники.

Резистор необходимый элемент во всех микросхемах современных электроприборах. Оказывая сопротивление в цепи, полупроводник делит или уменьшает напряжение, благодаря чему, различные приборы могут работать от сети. Сопротивление тока измеряется в Омах, а грамотный подбор полупроводника обеспечит продолжительную работу любого электроприбора. Так мы выяснили, что такое резистор и для чего он нужен, чем отличается от реостата и транзистора и как обозначается на схемах.

Устройство и принцип работы

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

Устройство таких элементов можно понять из рисунка 2 ниже.

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

Рис. 2. Строение резистора

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

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

Для непроволочных резисторов используются следующие резистивные материалы:

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

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

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

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

Рис. 3. Регулировочные резисторыРис. 4. Подстроечные резисторы

Принцип действия.

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

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

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

Рис. 5. Принцип работы

Принцип работы подстроечного резистора

После установки деталей электронного устройства обычно его характеристики отличаются от номинальных. Для точной настройки работы устройства используются режущие резисторы. В принципе, это те же переменные резисторы, но выделенные в отдельную группу, потому что конструктивно они отличаются от переменных резисторов. У них нет ручек, которые меняются при повороте. Вместо отверстий под плоскую или прямую отвертку.

В процессе работы устройства через некоторое время меняются его параметры. Подстроечные резисторы используются для приведения их к номинальному значению.

По типу движения курсора бывают срезанные резисторы с движением по прямой и с движением по кругу.

Для точной настройки параметров электронного устройства используются режущие резисторы с большим количеством витков. В них изменение сопротивления от минимального до максимального осуществляется за несколько оборотов или даже за десятки оборотов вала обрезки. В этих резисторах контакт перемещается посредством червячной передачи.

Что такое резистор?

Специальные компоненты, называемые резисторами, созданы специально для создания точного количества сопротивления, добавляемого в схему. Обычно они изготавливаются из металлической проволоки или углерода и спроектированы так, чтобы поддерживать стабильное значение сопротивления в широком диапазоне условий окружающей среды. В отличие от ламп, они не излучают свет, но выделяют тепло, поскольку в работающей схеме ими рассеивается электрическая энергия. Однако обычно резистор предназначен не для выработки полезного тепла, а просто для обеспечения точного количества электрического сопротивления.

Принцип работы

Резистор устанавливается в электрической цепи для ограничения тока, протекающего через цепь. Величина напряжения, которая на нем упадет, рассчитывается просто – по закону Ома:

U=IR

Падением напряжения называется то количество Вольт, которые появляются на выводах резистора, когда через него протекает ток. Соответственно, если на резисторе у нас упало напряжение, и через него протекает ток – значит на нём выделяется в тепло определенная мощность. В физике есть известная всем формула для нахождения мощности:

P=UI

Или для ускорения расчетов иногда удобно пользоваться формулой мощности через сопротивление:

P=U2/R=I2R

Как работает резистор? У каждого проводника есть определенная внутренняя структура. При протекании электрического тока электроны (носители зарядов) сталкиваются с различными неоднородностями структуры вещества и теряют энергию, она то и выделяется в виде тепла. Если вам сложно понять, то принцип работы сопротивления простыми словами можно сказать так:

Это величина, которая показывает насколько сложно протекать электрическому току через вещество. Она зависит от самого вещества – его удельного сопротивления.

Где: р – удельное сопротивление, l – длина проводника, S – площадь поперечного сечения.

Характеристики и параметры

Резистор, как и любой другой радиоэлемент, характеризуется различными параметрами, определяющими его свойства. Основным из них, известным даже «чайникам», является номинальное сопротивление. Но мало кто из начинающих радиолюбителей знает, что кроме него существует ещё ряд важных характеристик.

К основным параметрам резистора относят:

1. Рабочее сопротивление. Основной параметр, величина которого обозначает, какое сопротивление оказывает элемент прохождению тока.
2. Граничная рассеиваемая мощность. Показывает, какую максимальную энергию может поглотить радиодеталь без изменения своих остальных характеристик.
3. Температурный коэффициент. Изображается в виде функции и указывается в справочниках производителей. Характеризует изменение значения сопротивления в зависимости от температуры.
4. Допуск погрешности. Обозначает процентное содержание, в пределах которого может изменяться сопротивление в зависимости от заявленного.
5. Рабочее напряжение. Величина, которую может выдержать элемент, сохранив правильную работоспособность.
6. Избыточный шум. Этот коэффициент обозначает, какие искажения получает сигнал после прохождения через резистор.
7. Влагоустойчивость и термостойкость. Показывают, как влияет воздействие влаги и тепла на изменение параметров элемента.
8. Коэффициент напряжения. Учитывает зависимость сопротивления от приложенного напряжения.
9. Паразитная составляющая. Характеризуется значением ёмкости и индуктивности.

При этом некоторые характеристики могут являться несущественными, а для других отводится главная роль. Зависит это от режима работы схемы, в которой он применяется. Например, от частоты сигнала. Если резистор работает на высоких частотах, то из-за наличия посторонних составляющих величина сопротивления может увеличиваться или уменьшаться.

Виды

Мы уже упомянули два типа резисторов, отличающиеся по конструкции: постоянные, у которых сопротивление статичное (допускается мизерное отклонение параметров при нагреве элемента) и переменные. К последним можно добавить подвид переменных сопротивлений (полупроводниковых резисторов) – нелинейные.

Сопротивление нелинейных компонентов изменяется в широких пределах под воздействием различных факторов:

• изменения температуры (терморезисторы);
• яркости света (фоторезисторы);
• изменений напряжения (варисторы);
• деформации (тензорезисторы);
• напряжённости электрического поля (магниторезисторы);
• от протекающего заряда (мемристоры).

За видом резистивного материала классификация может быть следующей:

• проволочные резисторы (рис. 6);
• композиционные;
• металлоплёночные (рис. 7);
• металлооксидные (характеризуются стабильностью параметров);
• углеродные (угольный резистор);
• полупроводниковые, с применением резистивных полупроводниковых материалов (могут быть как линейными, так и переменными).

Рис. 6. Проволочные резисторы

Рис. 7. Постоянные плёночные SMD компоненты Отличие плёночных smd компонентов от композиционных деталей состоит в способах их изготовления. Композиционные детали производятся путём прессования композитных смесей, а плёночные – путём напыления на изоляционную подложку.

В интегральных монокристаллических микросхемах методом трафаретной печати или способом напыления в вакууме создают встроенные интегральные резисторы.

По назначению сопротивления подразделяются на детали общего назначения и на компоненты специального назначения:

• прецизионные и сверхпрецизионные (высокоточные детали с допуском отклонений параметров от 0,001% до 1%);
• высокоомные (от десятков МОм до нескольких Том);
• высокочастотные, способные работать с частотами до сотен МГц;
• высоковольтные, с рабочим напряжением, достигающим десятков кВ.

Можно классифицировать детали и по другим признакам, например по типу защиты от влаги или по способу монтажа: печатный либо навесной.

Цветовая маркировка резисторов с проволочными выводами

Для резисторов применяют цветовую кодировку, которая наносится 3, 4, 5, 6 цветовыми кольцами. Если кольца смещены к одному из выводов, то первым (с него и начинается расшифровка кода) считается кольцо, находящееся к выводу ближе всего. Если кольца расположены приблизительно равномерно, то следует помнить, что первое кольцо не делают серебристым или золотистым. В некоторых моделях чтение кода начинают с той стороны, где находятся парные кольца, отдельно стоящее кольцо обычно находится в конце шифра.

Таблица расшифровки цветовых колец

Цвет	Число	Десятичный множитель	Класс точности, %	Температурный коэффициент сопротивления	% отказов
Черный	1*100	—	—	—
Коричневый	1	1*101	1	100	1
Красный	2	1*102	2	50	0,1
Оранжевый	3	1*103	—	15	0,01
Желтый	4	1*104	—	25	0,001
Зеленый	5	1*105	0,5	—	—
Синий	6	1*106	0,25	10	—
Фиолетовый	7	1*107	0,1	5	—
Серый	8	1*108	0,05	—	—
Белый	9	1*109	—	1	—
Серебристый	—	1*10-2	10	—	—
Золотой	—	1*10-1	5	—	—

В четырехполосном коде первые две полосы означают два знака номинала, третья полоска – это десятичный множитель, то есть это степень, в которую нужно возвести число, обозначающее номинал. Четвертая полоска указывает класс точности элемента. В пятиполосном шифре третья полоса обозначает знак номинала, четвертая – десятичный множитель, а пятая – класс точности. Если присутствует шестая полоса, то она обозначает температурный коэффициент. Если же это кольцо шире остальных в полтора раза, то оно характеризует процент отказов.

В расшифровке кодов проволочных резисторов помогут удобные онлайн-программы. Тем более имеет смысл к ним обратиться при расшифровке кода SMD-резистора, поскольку существует несколько вариантов маркировок, с которыми самостоятельно разобраться будет очень непросто.