Принцип работы резистора, что такое резистор и как он работает

What is a Resistor?

No doubt, resistors are used in virtually all electronic circuits.

Resistor Definition:

A resistor is a passive electronic component and is used to create resistance in the flow of electric current or in simple words it limits the flow of electrons through a circuit. I used the term passive which means that resistors only consume power and they cannot generate the Power.

What does a resistor do?

What is a resistor used for?

Why do we use a resistor?

These are of the type of questions which are most frequently asked by the beginners.

Resistors are most commonly used to limit the current, divide the voltage, and used as the Pull-Up or Pull-Down resistors with the microcontroller I/O pins.

Resistor Units:

The resistance of a resistor is measured in Ohm’s which I am sure you already know about. A Greek symbol Omega “ Ω “ is used to represents the resistance. So, 1Ω “1 Ohm” can be defined as the resistance between two points where 1V of the applied voltage will push 1 ampere “1A” of current.

The smaller and larger resistor values are matched with the prefixes like Kilo ohm “KΩ, Mega ohm “MΩ”, or Giga ohm, etc.

For example, 1000 ohms can be written as 1kΩ, 10000 ohms can be written as 10kΩ, 4700 ohms can be written as 4.7kΩ, 1000000 = 1MΩ, and so on.

Resistor Symbol:

A resistor symbol is also known as the schematic symbol. All resistors have two terminals except the variable resistors or some other special type of resistors which can have multiple legs. R1 is the American style 10KΩ and R2 is an international-style 1KΩ.

The American style symbol and International style symbol both are available in the Cadsoft Eagle schematic and PCB designing software. In fact, you can find these resistor symbols in all types of circuit designing software.

For the easy understanding, every resistor in a circuit should have a unique name like R1, R2, R3, and so on. The same thing applies to all the electronic components. As in the programming we use unique variable names to easily differentiate one variable from the other. So, the same terminology is used in circuit designing as well.

Подбор резистора по сопротивлению

Большинство людей, если электрический прибор выходит из строя, они берут его на ремонт или замену, хотя во многих случаях виноват резистор, тем более, что это один из самых распространенных элементов в любой цепи. Но есть и те, кто занимается ремонтом самостоятельно.

И часто у любителей авторемонта возникает вопрос, как правильно выбрать резистор для той или иной схемы.

Для этого берем простейшую схему, в которую входят блок питания и потребитель.

Еще вначале указывалось, что электричество имеет три основных характеристики: напряжение, ток и сопротивление. Именно по этим параметрам производятся все необходимые расчеты, используя для этого закон Ома.

Согласно этому закону, поскольку нам нужно определить сопротивление, напряжение следует разделить на силу тока.

Например, наш блок питания имеет цепь 12 В, 0,02 А.

Для определения сопротивления проводим математические расчеты — 12 / 0,02 и получаем сопротивление цепи 600 Ом.

Теперь перейдем к тому, как рассчитать сопротивление резистора для использования в конкретной цепи. Для примера возьмем блок питания на 12 В и потребитель (3,5 В, лампа накаливания 0,28 А).

Сначала рассчитывается сопротивление лампы — 3,5 / 0,28 = 12,5 Ом. Теперь выясним, какой ток будет протекать через имеющуюся лампу: для этого берем напряжение источника питания и делим на сопротивление: 12 / 12,5 = 0,96 А, что в 3,5 раза больше тока, необходимого для работы источника питания потребитель, а если подключить потребителя, нить лампы накаливания просто перегорит.

Для предотвращения перегорания требуется сопротивление в цепи 43,75 Ом (12,5 * 3,5). А так как лампа сама создает сопротивление, в схему нужно подключить дополнительный резистор на 30 Ом. В процессе расчетов получаем — 12 В / 42,5 Ом (сопротивление лампы и резистора) = 0,28 А.

То есть мы получили силу тока, необходимую для нормального функционирования потребителя. В этом случае элемент, включенный в схему, служил ограничителем тока.

Принцип работы переменного резистора

Схема потенциометра

Поворотом ручки меняется длина резистора, и как результат сила тока. На рисунке показан переменный резистор с тремя выводами – потенциометр. Сопротивление между концами 1 и 3 меняется от 0 до максимума, в зависимости от положения ручки. Такая же картина между концами 2 и 3, но наоборот. То есть если сопротивление 1 – 3 растет, 2 – 3 уменьшается. Когда переменный резистор имеет два конца – имеем реостат.

На рисунке показан поворотный переменный резистор. Бывают также ползунковые, где движок перемещается по прямой. Поворотом ручки сопротивление меняется от нуля до максимума. Потенциометры широко применяются в аудиоаппаратуре.

Потенциометр

Потенциометры утапливают в цилиндрические и параллелепипедные корпуса. Внутри корпуса имеется резистивный элемент подковообразной формы. По оси детали выходит металлическая ручка, поворотом которой меняется положение токосъемника, который расположен на противоположном конце.

Пластина токосъемника надежно прижата к резистивному элементу, за счет упругой силы. Ее изготавливают из стали или из бронзы. Напряжение подается на крайние концы потенциометра. За счет вращения ручки, токосъемник скользит по резистивному элементу, меняя напряжение между крайними и средним концами.

На рисунке показан проволочный потенциометр, у которого резистивный слой изготовлен из проволоки. Провод с высоким сопротивлением наматывается на подковообразный каркас. Затем контактная поверхность кольца шлифуется и полируется. Это делается для обеспечения надежности соединения ползунка с проводящим слоем.

Изготавливают также непроволочные потенциометры. В них резистивный слой нанесен на кольцеобразную или прямоугольную основу из изоляционного материала.

Классификация резисторов

Резисторы отличаются не только возможностью регулировать сопротивление. Они могут изготавливаться из разных резистивных материалов, иметь различное количество контактов и иметь другие особенности.

По типу резистивного материала

Элементы могут быть проволочными, непроволочными или металлофольговыми. Высокоомная проволока является признаком проволочного элемента, для ее изготовления используют такие сплавы, как нихром, константан или никелин. Пленки с повышенным удельным сопротивлением являются основой непроволочных элементов. В металлофольговых используется специальная фольга. Теперь выясним из чего состоят резисторы.

Конструкция полупроводника

Непроволочные делятся на тонкослойные и композиционные, толщина первых измеряется в нанометрах, а вторых – в долях миллиметра. Тонкослойные делятся на:

• металлоокисные;
• металлизированные;
• бороуглеродистые;
• металлодиэлектрические;
• углеродистые.

Композиционные в свою очередь подразделяются на объемные и пленочные. Последние могут быть с органическим или неорганическим диэлектриком. Чтобы понять есть ли полярность у резистора следует знать, что стороны у них идентичны.

По назначению сопротивления

Постоянные и переменные полупроводники также имеют некоторые различия в характеристиках. Постоянные делятся на проводники общего и специального назначения. Последние могут быть:

• высокочастотными;
• высоковольтными;
• высокомегаомными;
• прецизионными.

Такие детали используются в точных измерительных приборах, они выделяются особой стабильностью.

Переменные резисторы можно разделить на подстроечные и регулировочные. Последние могут быть с линейной или нелинейной функциональной характеристикой.

По количеству контактов

В зависимости от назначения резистора у него может быть один, два и более контактов. Сами контакты также отличаются, например, у SMD-резисторов это контактная площадка, у проволочных – особого состава проволока. Есть резисторы металлопленочные, с квантовыми точечными контактами, а в переменных они подвижные.

Разное количество контактов на элементах

Другие

Отличаются резисторы формой и типом сопротивления, а также характером зависимости величины сопротивления от напряжения. Описание зависимости величины может быть линейной или нелинейной. Использование элемента простое, емкость указывается на корпусе, минус и плюс не отличаются.

Резисторы могут быть защищены от влаги или нет, корпус может быть лакированным, вакуумным, герметичным, впрессованным в пластик или компаундированным. Нелинейные подразделяются на:

• варисторы;
• магниторезисторы;
• фоторезисторы;
• позисторы;
• тензорезисторы;
• терморезисторы.

Все они выполняют свою определенную функцию, одни меняют сопротивление от температуры, другие от напряжения, третьи от лучистой энергии.

Маркировка резисторов

Как вы уже поняли, резисторы, являясь элементарными компонентами электроники, обеспечивают ограничение токов и снижение напряжения. Это позволяет, например, работать на светодиодах с питающим напряжением.

Но омические сопротивления неизбежны не только в источниках питания, но и при обработке аудио и видеосигналов, а также в цифровых технологиях . Если говорить коротко, то электрическое сопротивление можно найти почти в каждом электронном устройстве. Поэтому неудивительно, что сами приборы бывают самых разных конструкций, при этом, вне зависимости от конструкций, они должны иметь соответствующую маркировку.

И вот для того, чтобы маркировка не выглядела для кого-то чем-то сложным и непонятным, придумали калькулятор для определения сопротивления.

Типы включения и примеры использования

Основные типы включения это последовательные и параллельные соединения.

Последовательно сопротивление рассчитывается просто. Достаточно все сложить.

При последовательном соединении напряжение распределяется по резисторам согласно их сопротивлениям.

Это второе правило Кирхгофа. Например, напряжение 12 В, а пара резисторов по 1 кОм.

Соответственно, на каждом из них по 6 В. Это простой пример делителя напряжения. Здесь пара деталей делит напряжение, и благодаря этому можно получить необходимое напряжение.

Рассмотрим пример усилителя на транзисторе.

Здесь R1 и R2 образуют делитель напряжения, они выполняют роль делителя напряжения. Между этими двумя резисторами и базой транзистором протекает ток, который открывает транзистор.

Это необходимо для того, чтобы он работал без искажений.

Параллельное включение

При параллельном соединении радиодеталей, общее сопротивление цепи снижается. Если два резистора по 1 кОм соединены параллельно, то общее будет равно меньше 0,5 кОм, т.е. сопротивление цепи (эквивалентное) равно половине самого наименьшего.

В таком соединении наблюдается первое правило Кирхгофа. В точку соединения направляется ток в 1 А, а в узле он расходится на два направления по 0,5 А.

Формулы расчета

Для двух резисторов:

Для более:

Для тока параллельное соединение — это как вторая дорога или обходной путь. Еще такой тип соединения называют шунтированием. В качестве примера можно привести амперметр. Чтобы увеличить его шкалу показаний, достаточно подключить параллельно резистору еще один шунтирующий.

Его сопротивление рассчитывается по формуле:

Эквивалентное соединение

В схеме усилителя к эмиттеру транзистора VT1 подключена пара из резистора R3 и конденсатора C2.

В этом случае VT1 и R3 подключены последовательно друг к другу. Зачем это надо? Когда усилитель работает, транзистор начинает нагреваться и его сопротивление снижается. R3, как и в случае со светодиодом, не позволяет транзистору перегреваться. Он балансирует общее сопротивление, чтобы транзистор не вносил искажения в сигнал. Это называется режим термостабилизации.

А конденсатор C2 подключен к R3 параллельно. И это нужно для того, чтобы при нормальном режиме работы усилителя, переменный сигнал прошел без потерь. Так работает параллельный фильтр.

Если бы был только один R3, то мощность усилителя была намного меньше из-за того, что он забирает переменное напряжение на себя. А конденсатор пропускает без потерь, но не пропускает постоянное напряжение.

Устройство резистора изнутри

Самый простой резистор — это реостат. На каркас наматывается проволока с большим сопротивлением и подключается к источнику питания. Исходя из этого можно сделать вывод: первое требование для этого элемента — высокоомный проводник. Для производства этого элемента используют:

• проволоку;
• металлическую пленку, металлическую фольгу;
• композитный материал;
• полупроводник.

Металлическую фольгу из высокоомного материала наматывают на каркас. При необходимости увеличить сопротивление ее разрезают на дорожку, тем самым увеличивая длину, и соответственно, сопротивление. Металлопленочный резистор получают напылением металла на основу.

В качестве композитного материала используют графит с органическими или неорганическими добавками. Резистор может полностью состоять из такого материала или из дорожки, на которую нанесен этот материал.

С началом производства микросхем появились новые резисторы, которые называются интегральные. Производство выполняется на молекулярном уровне. На высоколегированный полупроводник напыляют тонкий слой высокоомного металла, что и выполняет функцию резистора.

Принцип работы

Каждый проводник особенным образом реагирует на протекающий в его структуре электрический ток. Электроны приходят в движение и сталкиваются внутри вещества, что в результате приводит к потере энергии. Резистивные материалы имеют структуру, позволяющую потерять значительную часть этой энергии.

Последняя не уходит в никуда, она выделяется в виде тепла. Существует величина, отражающая подобное свойство материала. Она рассчитывается исходя из формулы – R=p*l/S, где:

• р – удельное сопротивление материала;
• l – длина проводника;
• S – площадь поперечного сечения.

Величина напряжения, на которую упадет ток, проходя через резистор, рассчитывается в соответствии с законом Ома по формуле – U=I*R, где:

• U – напряжение;
• I – сила тока;
• R – сопротивление материала.

Параллельное и последовательное соединение

Все это время речь шла о цепях с одним резистором. Рассмотрим, что происходит, если их больше.

	Последовательное соединение	Параллельное соединение
Схема	Резисторы следуют друг за другом	Между резисторами есть два узла Узел — это соединение трех и более проводников
Сила тока	Сила тока одинакова на всех резисторах I = I1 = I2	Сила тока, входящего в узел, равна сумме сил токов, выходящих из него I = I1 + I2
Напряжение	Общее напряжение цепи складывается из напряжений на каждом резисторе U = U1 + U2	Напряжение одинаково на всех резисторах U = U1 = U2
Сопротивление	Общее сопротивление цепи складывается из сопротивлений каждого резистора R = R1 + R2	Общее сопротивление для бесконечного количества параллельно соединенных резисторов 1/R = 1/R1 + 1/R2 + … + 1/Rn Общее сопротивление для двух параллельно соединенных резисторов R = (R1 * R2)/R1 + R2 Общее сопротивление бесконечного количества параллельно соединенных одинаковых резисторов R = R1/n

Зачем нужны эти соединения, если можно сразу взять резистор нужного номинала? Начнем с того, что все электронные компоненты изготавливаются по ГОСТу. То есть есть определенные значения резисторов, от которых нельзя отойти при производстве. Это значит, что не всегда есть резистор нужного номинала и его нужно соорудить из других резисторов. Параллельное соединение также используют, как «запасной аэродром»: когда на конечный результат общее сопротивление сильно не повлияет, но в случае отказа одного из резисторов, будет работать другой. Признаемся честно: схемы, которые обычно дают в задачах (миллион параллельно соединенных резисторов, к ним еще последовательный, а к этому последовательному еще миллион параллельных) — в жизни не встречаются. Но навык расчета таких схем впоследствии упрощает подсчет схем реальных, потому что так вы невооруженным глазом отличаете последовательное соединение от параллельного.

Решим несколько задач на последовательное и параллельное соединение.

Задачка раз

Найти общее сопротивление цепи.

R1 = 1 Ом, R2 = 2 Ом, R3 = 3 Ом, R4 = 4 Ом.

Решение:

Общее сопротивление при последовательном соединении рассчитывается по формуле:

R = R1 + R2 + R3 + R4 = 1 + 2 + 3 + 4 = 10 Ом

Ответ: общее сопротивление цепи равно 10 Ом

Задачка два

Найти общее сопротивление цепи.

R1 = 4 Ом, R2 = 2 Ом

Решение:

Общее сопротивление при параллельном соединении рассчитывается по формуле:

R = (R1 * R2)/R1 + R2 = 4*2/4+2 = 4/3 = 1 ⅓ Ом

Ответ: общее сопротивление цепи равно 1 ⅓ Ом

Задачка три

Найти общее сопротивление цепи, состоящей из резистора и двух ламп.

R1 = 1 Ом, R2 = 2 Ом, R3 = 3 Ом

Решение:

Сначала обозначим, что лампы с точки зрения элемента электрической цепи не отличаются от резисторов. То есть у них тоже есть сопротивление, и они также влияют на цепь.

В данном случае соединение является смешанным. Лампы соеденены параллельно, а последовательно к ним подключен резистор.

Сначала посчитаем общее сопротивление для ламп. Общее сопротивление при параллельном соединении рассчитывается по формуле:

Rламп = (R2 * R3)/R2 + R3 = 2*3/2+3 = 6/5 = 1,2 Ом

Общее сопротивление при последовательном соединении рассчитывается по формуле:

R = R1 + Rламп = 1 + 1,2 = 2,2 Ом

Ответ: общее сопротивление цепи равно 2,2 Ом.

Наконец-то, последняя и самая сложная задача! В ней собрали все самое серьезное из этой статьи .

Задачка четыре со звездочкой

К аккумулятору с ЭДС 12 В, подключена лампочка и два параллельно соединенных резистора сопротивлением каждый по 10 Ом. Известно, что ток в цепи 0,5 А, а сопротивление лампочки R/2. Найти внутреннее сопротивление аккумулятора.

Решение:

Найдем сначала сопротивление лампы.

Rлампы = R/2 = 10/2 = 5 Ом

Теперь найдем общее сопротивление двух параллельно соединенных резисторов.

Rрезисторов = (R * R)/R + R = R^2)/2R = R/2 = 10/2 = 5 Ом

И общее сопротивление цепи равно:

R = Rлампы + Rрезисторов = 5 + 5 = 10 Ом

Выразим внутреннее сопротивление источника из закона Ома для полной цепи.

I = ε/(R + r)

R + r = ε/I

r = ε/I — R

Подставим значения:

r = 12/0,5 — 10 = 14 Ом

Ответ: внутреннее сопротивление источника равно 14 Ом.

Материалы, из которых изготавливаются резисторы

В мире можно найти резисторы, изготовленные из самых разных материалов, каждый из которых имеет свои свойства и определенные области применения. Большинство инженеров-электронщиков используют типы, указанные ниже.

Проволочные резисторы

Рисунок 9 – Проволочные резисторы Проволочные резисторы изготавливаются путем наматывания по спирали проволоки с высоким сопротивлением вокруг непроводящего сердечника. Обычно они применяются там, где нужна высокая точность или большая мощность. Сердечник обычно изготавливается из керамики или стекловолокна, а резистивная проволока из никель-хромового сплава, которая не подходит для приложений с частотами выше 50 кГц. Достоинствами проволочных резисторов являются низкий уровень шума и устойчивость к колебаниям температуры. Доступны резисторы со значениями сопротивления от 0,1 до 100 кОм и с точностью от 0,1% до 20%.

Металлопленочные резисторы

Рисунок 10 – Металлопленочные резисторы Для металлопленочных резисторов обычно используют нитрид нихрома или тантала. Резистивный материал обычно составляет комбинация керамического материала и металла. Значение сопротивления изменяется путем вырезания с помощью лазера или абразива спирального рисунка в пленке, очень похожей на углеродную пленку. Металлопленочные резисторы обычно менее стабильны при изменениях температуры, чем проволочные резисторы, но лучше справляются с более высокими частотами.

Металлооксидные пленочные резисторы

Рисунок 11 – Металлооксидные пленочные резисторы В металлооксидных резисторах используются оксиды металлов, такие как оксид олова, что немного отличает их от металлопленочных резисторов. Эти резисторы надежны и стабильны и работают при более высоких температурах, чем металлопленочные резисторы. По этой причине металлооксидные пленочные резисторы используются в приложениях, требующих высокой износостойкости.

Фольговые резисторы

Рисунок 12 – Фольговые резисторы Фольговый резистор, разработанный в 1960-х годах, по-прежнему остается одним из самых точных и стабильных типов резисторов, которые вы найдете, и которые используются в приложениях с высокими требованиями к точности. Резистивный элемент составляет тонкая объемная металлическая фольга, которая приклеена на керамическую подложку. Фольговые резисторы имеют очень низкий температурный коэффициент сопротивления (ТКС).

Углеродные композиционные резисторы

Рисунок 13 – Углеродные композиционные резисторы До 1960-х годов углеродные композиционные резисторы были стандартом для большинства приложений. Они надежны, но не очень точны (их допуск не может быть лучше примерно 5%). Для резистивного элемента углеродных резисторов используется смесь мелких частиц углерода и непроводящего керамического материала. Резистивному веществу придают форму цилиндра и запекают. Величину сопротивления определяют размеры корпуса и соотношение углерода и керамики. Использование большего количества углерода в процессе означает более низкое сопротивление. Углеродные композиционные резисторы по-прежнему полезны для определенных приложений из-за своей способности выдерживать мощные импульсы, хорошим примером применения может быть источник питания.

Углеродные пленочные резисторы

Углеродные пленочные резисторы представляют собой тонкую углеродную пленку (разрезанную по спирали для увеличения резистивного пути) на изолирующем цилиндрическом сердечнике. Такая конструкция позволяет получить более точное значение сопротивления, а также увеличивает величину сопротивления. Углеродные пленочные резисторы намного точнее, чем углеродные композиционные резисторы. В приложениях, требующих стабильности на высоких частотах, используются специальные углеродные пленочные резисторы.

Цифро-буквенная маркировка

Стандартная таблица маркировки:

Маркировка помогает использовать треугольник мощности, который отлично подходит для расчета мощности, рассеиваемой в резисторе, если мы знаем значения напряжения на нем и тока, протекающего через него. Но мы также можем рассчитать мощность, рассеиваемую сопротивлением, используя закон Ома. Ряды резисторов невозможно было бы установить без таких рассчетов.

Закон Ома позволяет нам рассчитать рассеиваемую мощность с учетом значения сопротивления резистора. Используя закон Ома, можно получить два альтернативных варианта приведенного выше выражения для мощности резистора, если нам известны значения только двух, напряжения, тока или сопротивления, следующим образом:

Мощность = Вольт х Ампер

Мощность = ток 2 x Ом

Мощность = Вольт 2 ÷ Ом

Рассеивание электрической мощности любого резистора в цепи постоянного тока может быть рассчитано с использованием одной из следующих трех стандартных формул:

где:

• V — напряжение на резисторе в вольтах
• Я в ток, протекающий через резистор в амперах
• R — сопротивление резистора в омах (Ом)

Поскольку номинальная мощность рассеиваемого резистора связана с его физическим размером, резистор 1/4 (0,250) Вт физически меньше, чем резистор 1 Вт, и резисторы с одинаковым омическим значением также доступны в различных номиналах мощности. Углеродные резисторы, например, обычно изготавливаются с номинальной мощностью 1/8 (0,125) Вт, 1/4 (0,250) Вт, 1/2 (0,5) Вт, 1 Вт и 2 Вт.

Вообще говоря, чем больше их физический размер, тем выше его номинальная мощность. Однако всегда лучше выбрать резистор определенного размера, который способен рассеивать в два или более раз больше расчетной мощности. Когда требуются резисторы с более высокой номинальной мощностью, резисторы с проволочной обмоткой обычно используются для отвода избыточного тепла.

Номиналы резисторов. Таблица:

Тип	Оценка мощности	Стабильность
Металлическая пленка	Очень низкий, менее 3 Вт	Высокий 1%
углерод	Низкая, менее 5 Вт	Низкий 20%
Проволочный	Высокая до 500 Вт	Высокий 1%

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.

Закон Ома для участка цепи

С камушками в трубе все понятно, но не только же от них зависит сила, с которой поток воды идет по трубе — от насоса, которым мы эту воду качаем, тоже зависит. Чем сильнее качаем, тем больше течение. В электрической цепи функцию насоса выполняет источник тока.

Например, источником может быть гальванический элемент (привычная батарейка). Батарейка работает на основе химических реакций внутри нее. Эти реакции выделяют энергию, которая потом передается электрической цепи.

У любого источника обязательно есть полюса — «плюс» и «минус». Полюса — это его крайние положения, по сути клеммы, к которым присоединяется электрическая цепь. Собственно, ток как раз течет от «+» к «-».

У нас уже есть две величины, от которых зависит электрический ток в цепи — напряжение и сопротивление. Кажется, пора объединять их в закон.

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на его концах и обратно пропорциональна его сопротивлению.

Математически его можно описать вот так:

Закон Ома для участка цепи I = U/R I — сила тока U — напряжение R — сопротивление

Напряжение измеряется в Вольтах и показывает разницу между двумя точками цепи: от этой разницы зависит, насколько сильно будет течь ток — чем больше разница, тем выше напряжение и ток будет течь сильнее.

Сила тока измеряется в Амперах, а подробнее о ней вы можете прочитать в нашей статье

Давайте решим несколько задач на Закон Ома для участка цепи.

Задача раз

Найти силу тока в лампочке накаливания, если торшер включили в сеть напряжением 220 В, а сопротивление нити накаливания равно 880 Ом.

Решение:

Возьмем закон Ома для участка цепи:

I = U/R

Подставим значения:

I = 220/880 = 0,25 А

Ответ: сила тока, проходящего через лампочку, равна 0,25 А

Давайте усложним задачу. И найдем силу тока, знаю все параметры для вычисления сопротивления и напряжение.

Задача два

Найти силу тока в лампочке накаливания, если торшер включили в сеть напряжением 220 В, а длина нити накаливания равна 0,5 м, площадь поперечного сечения 0,01 мм^2, а удельное сопротивление нити равно 1,05 Ом*мм^2/м.

Решение:

Сначала найдем сопротивление проводника.

R = ρ l/S

Площадь дана в мм^2, а удельное сопротивления тоже содержит мм^2 в размерности.

Это значит, что можно подставлять значения без перевода в СИ:

R = 1,05*0,5/0,01 = 52,5 Ом

Теперь возьмем закон Ома для участка цепи:

I = U/R

Подставим значения:

I = 220/52,5 ≃ 4,2 А

Ответ: сила тока, проходящего через лампочку, приблизительно равна 4,2 А

А теперь совсем усложним! Определим материал, из которого изготовлена нить накаливания.

Задача три

Из какого материала изготовлена нить накаливания лампочки, если настольная лампа включена в сеть напряжением 220 В, длина нити равна 0,5 м, площадь ее поперечного сечения равна 0,01 мм^2, а сила тока в цепи — 8,8 А

Решение:

Возьмем закон Ома для участка цепи и выразим из него сопротивление:

I = U/R

R = U/I

Подставим значения и найдем сопротивление нити:

R = 220/8,8 = 25 Ом

Теперь возьмем формулу сопротивления и выразим из нее удельное сопротивление материала:

R = ρ l/S

ρ = RS/l

Подставим значения и получим:

ρ = 25*0,01/0,5 = 0,5 Ом*мм^2/м

Обратимся к таблице удельных сопротивлений материалов, чтобы выяснить, из какого материала сделана эта нить накаливания.

Технология изготовления переменных резисторов

Существует классификация, которая зависит от технологии изготовления резисторов. Во время производственного процесса используются разные этапы и схемы. Сегодня можно выделить следующие конструкции:

• Проволочный переменный резистор. Подключение производится по простой технологии, которую сможет освоить даже начинающий специалист. Его наматывают из проволоки, где есть высокие показатели удельного сопротивления. При этом используется каркас. Эти конструкции имеют большую паразитную индуктивность. Чтобы значительно снизить этот показатель, нужно применять бифилярную намотку. Проволочные резисторы в некоторых случаях могут изготавливаться из прочного микропровода.
• Металлопленочные резисторы. Их еще принято называть композитными. В них имеется резистивный элемент, который представлен в виде тонкой пленки. Ее получают из металлических сплавов или композитных материалов. Такие конструкции обладают высокими показателями удельного сопротивления и низким коэффициентом термического сопротивления. Проволоку наносят на цилиндрические керамические сердечники. Сегодня именно этот тип элементов пользуется особенным спросом, поэтому люди чаще всего спрашивают композитный переменный резистор. Подключение выполняется любым из вышеописанных способов.

Основные параметры ПР

Как любой элемент радиотехнических и электронных технологий, потенциометр имеет свои физические и электрические характеристики. К ним относятся следующие пункты:

• Rном – номинальное сопротивление (полное), Ом;
• Pном – номинальная мощность, Вт;
• Rмин – минимальное значение сопротивления, Ом;
• функциональный вид изменения сопротивления;
• стойкость к износу;
• величина шума при регулировке;
• габаритные размеры.

Резистор — что это такое и для чего нужен

Цена и особенности эксплуатации при влиянии различных внешних факторов также относятся к характеристикам пассивного резистивного двухполюсника.

Номинальное сопротивление

Что касается маркировки переменного резистора, на его корпус наносится цифра величины номинального сопротивления, без указания допустимого отклонения (±30%).

Внимание! Стандартный ряд Rном для российских деталей (по ГОСТ 10318-74) – 1,0; 2,2; 3,3; 4,7 Ом (кОм, Мом). Для импортных элементов – 1,0; 2,0; 3,0; 5.0 Ом (кОм, Мом)

Точные данные для отдельных марок можно уточнить в справочнике.

Сопротивление между выводами 1 и 3 называется полным или номинальным.

Маркировка на корпусе

Форма функциональной характеристики

Изменение R между выводами (средним и крайним) может происходить по разному закону. Это носит название функциональной характеристики (ФК). Она может иметь следующие формы:

• линейную – R меняется прямо пропорционально перемещению бегунка;
• нелинейную – изменения происходят по заданному порядку.

Выделяют три формы изменения R, которые можно считать основными:

• линейная – А;
• логарифмическая – Б;
• показательная (обратно логарифмическая) – В.

Для каждой из них выведен график, который начертан с учётом угла поворота движка по часовой стрелке.

Графики функциональных характеристик

Элементы, меняющие сопротивление по линейному закону А, употребляются в делителях напряжения. Генераторы звуковой частоты (ГЗЧ) в свою схему включают потенциометры, использующие функциональную характеристику Б. Резисторы с изменяющимся сопротивлением, применимые в аппаратуре для звуковоспроизведения, работают по закону В.

К сведению. Чтобы получить необходимую ФК, меняют компоненты или величину слоя у резистивной плёнки, а в проволочных конструкциях – варьируют шаг намотки или выполняют форму каркаса с разной шириной.

Небольшой срок службы потенциометров связан с нарушением плотности контакта между ползунком и дорожкой (проволокой), что сказывается на качестве работы аппаратуры.

Типы резисторов по характеру вольтамперной характеристики

По ВАХ резисторы разделяются на линейные и нелинейные. Сопротивление линейных резюков не зависит от напряжения и тока, а сопротивление нелинейных элементов меняется, в зависимости от этих (или других) величин. Малогабаритные линейные детали типа МЛТ (металлизированные лакированные термостойкие) используются в аппаратуре связи – магнитофонах и радиоприемниках.

Примером нелинейных резисторов может служить обычная осветительная лампочка, чье сопротивление в выключенном состоянии намного меньше, чем в режиме освещения. В фоторезисторах сопротивление меняется под действием света, в терморезисторах – температуры, тензорезисторах – деформации резисторного слоя, магниторезисторах – магнитного поля.