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:
Расчитаем силу тока, проходящего через резистор R1 и, соответственно, затем через лампу L1. Для простоты будем предполагать, что сама лампа обладает нулевым собственным сопротивлением.
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.
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:
При параллельном соединении, итоговое сопротивление расчитывается по формуле:
Если резистора всего два, то:
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:
- Токоограничивающий резистор (current-limiting resistor)
- Стягивающий, подтягивающий резистор (pull-down / pull-up resistor)
- 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.
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
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:
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:
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:
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!
