Четверг, 28 Май 2015 17:20

Резистор

Автор
Оцените материал
(0 голосов)

 

     Как по конструкции, так и по своим электрическим параметрам резисторы весьма разнообразны. Существуют миниатюрные (и малой мощности), а также больших размеров (и высокой мощности) резисторы.

     Радиолюбители чаще всего используют миниатюрные резисторы, именно такие, как правило, применяются в транзисторных схемах. Единицей сопротивления резистора является Ом. Большие сопротивления измеряются килоомами (КОм) и мегаомами (МОм):

    1 КОм = 1000 Ом
    1 МОм = 1000 КОм = 1000000 Ом

     При изучении обычно пользуются резисторами сопротивлением от 20 Ом до 2 МОм, т.е 2000000 Ом.

     Кроме сопротивления каждый резистор характеризуется определенной номинальной мощностью (в ваттах), на которую он рассчитан. Миниатюрные резисторы бывают мощностью 0.1 Вт, 0.25 Вт и 0.5 Вт. Обозначение резистора — 220 Ом / 0.25 Вт, означает, что данный резистор имеет сопротивление 220 Ом и мощность 0.25 Вт.  Резистор 220 Ом / 0.5 Вт имеет аналогичное сопротивление, от предыдущего он отличается большими размерами. На каждом резисторе указывается величина его сопротивления и мощности.

     Иногда бывают трудности с подбором требуемого резистора. Допускается применение резисторов с 20% отклонением от номинальных требуемых величин, т.е. вместо резистора сопротивлением 1000 Ом, необходимого в данной системе, можно поставить любой резистор сопротивлением в пределах от 800 до 1200 Ом. Еще проще дело обстоит с подбором мощности, так как всегда можно использовать резистор, рассчитанный на большую мощность.

     Последовательное соединение резисторов. Например, в случае отсутствия требуемого резистора 1000 Ом / 0.1 Вт может быть использован резистор 1000 Ом / 0.25 Вт или даже 1000 Ом / 0.5 Вт. Правда они будут больших размеров, а это не всегда желательно.

     В некоторых случаях можно воспользоваться последовательным соединением резисторов. Допустим, под рукой нет резистора сопротивлением 2000 Ом, вместо него можно взять два резистора по 1000 Ом каждый и последовательно соединить их.

Закон ОМА

     Закон Ома позволяет на заданном участке цепи определить одну из величин: силу тока I, напряжение U, сопротивление R, если известны две остальные:

Закон Ома

     Расчитаем силу тока, проходящего через резистор R1 и, соответственно, затем через лампу L1. Для простоты будем предполагать, что сама лампа обладает нулевым собственным сопротивлением.

Схема расчета тока проходящего через резистор R1

img2eb66cb61392eb804d20ca91cf1794e0

     Аналогично, если бы у нас был источник питания на 5 В и лампа, которая по документации должна работать при токе 20 мА, нам нужно бы было выбрать резистор подходящего номинала.

img9a42f5a72a38281ef6cbda0080161fb7

     В данном случае, разница в 10 Ом между идеальным номиналом и имеющимся не играет большого значения: можно смело брать стандартный номинал — 240 или 220 Ом.

Аналогично, мы могли бы расчитать требуемое напряжение, если бы оно было не известно, а на руках были значения сопротивления и желаемая сила тока.

Соединение резисторов

При последовательном соединении резисторов, их сопротивление суммируется:

Схема последовательного соединения резисторов

При параллельном соединении, итоговое сопротивление расчитывается по формуле:

Схема параллельного соединения резисторов

Формула расчета итогового сопротивления при параллельном соединении

 

Если резистора всего два, то:

Формула расчета итогового сопротивления при параллельном соединении двух резисторов

     В частном случае двух одинаковых резисторов, итоговое сопротивление при параллельном соединении равно половине сопротивления каждого из них.

     Таким образом можно получать новые номиналы из имеющихся в наличии.

Применение на практике

     Среди ролей, которые может выполнять резистор в схеме можно выделить следующие:

  1.     Токоограничивающий резистор (current-limiting resistor)
  2.     Стягивающий, подтягивающий резистор (pull-down / pull-up resistor)
  3.     Делитель напряжения (voltage divider)

Токоограничивающий резистор

     Пример, на котором рассматривался Закон Ома представляет собой также пример токоограничевающего резистора: у нас есть компонент, который расчитан на работу при определённом токе — резистор снижает силу тока до нужного уровня.

     В случае с Ардуино следует ограничивать ток, поступающий с выходных контактов (output pins). Напряжение, в состоянии, когда контакт включен (high) составляет 5 В. Исходя из документации, ток не должен превышать 40 мА. Таким образом, чтобы безопасно увести ток с контакта в землю понадобится резистор номиналом R = U / I = 5 В / 0.04 А = 125 Ом или более.

Схема  токоограничивающегося резистора (current-limiting resistor)

Смягчающие и подтягивающие резисторы

Стягивающие (pull-down) и подтягивающие (pull-up) резисторы используются в схемах рядом со входными контактами логических компонентов, которым важен только факт: подаётся ноль вольт (логический ноль) или не ноль (логическая единица). Примером являются цифровые входы Ардуино. Резисторы нужны, чтобы не оставить вход в «подвешенном» состоянии. Возьмём такую схему

Схема цифрового входа Ардуино

Мы хотим, чтобы когда кнопка не нажата (цепь разомкнута), вход фиксировал отсутствие напряжения. Но в данном случае вход находится в «никаком» состоянии. Он может срабатывать и не срабатывать хаотично, непредсказуемым образом. Причина тому — шумы, образующиеся вокруг: провода действуют как маленькие антенны и производят электричество из электромагнитных волн среды. Чтобы гарантировать отсутствие напряжения при разомкнутой цепи, рядом с входом ставится стягивающий резистор:

Схема

Теперь нежелательный ток будет уходить через резистор в землю. Для стягивания используются резисторы больших сопротивлений (10 кОм и более). В моменты, когда цепь замкнута, большое сопротивление резистора не даёт большей части тока идти в землю: сигнал пойдёт к входному контакту. Если бы сопротивление резистора было мало (единицы Ом), при замкнутой цепи произошло бы короткое замыкание.

Аналогично, подтягивающий резистор удерживает вход в состоянии логической единицы, пока внешняя цепь разомкнута:

Схема

То же самое: используются резисторы больших номиналов (10 кОм и более), чтобы минимизировать потери энергии при замкнутой цепи и предотвратить короткое замыкание при разомкнутой.

Делитель напряжения

Делитель напряжения (voltage divider) используется для того, чтобы получить из исходного напряжения лишь его часть. Например, из 9 В получить 5. Он подробно описан в отдельной статье.

Мощность резисторов

Резисторы помимо сопротивления обладают ещё характеристикой мощности. Она определяет нагрузку, которую способен выдержать резистор. Среди обычных керамических резисторов наиболее распространены показатели 0.25 Вт, 0.5 Вт и 1 Вт. Для расчёта нагрузки, действующей на резистор, используйте формулу:

Формула расчета мощности резисторов

При превышении допустимой нагрузки, резистор будет греться и его срок службы может сильно сократиться. При сильном превышении — резистор может начать плавиться и вызвать воспламенение. Будьте осторожны!

Прочитано 5372 раз
Бекурин Максим

Методист и Педагог дополнительного образования.
Возглавляет Детское техническое объединение по робототехнике
Областной судья робототехнических соревнований в Свердловской област.

vk.com/bekurin

Похожие материалы (по тегу)

Другие материалы в этой категории: Конденсатор »
Top
Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru