Все про резисторы

Принцип работы подтягивающего резистора

Для подключения различных устройств к Ардуино используются резисторы. Резисторы бывают внутренние и внешние, постоянные и переменные (внутренние переменные могут быть цифровыми).

Устройство

Резистор – от английского глагола «resistance» (сопротивление). Пассивный элемент, который создает препятствие для движения электрического тока. Часть тока преобразуется из электрической энергии в тепло.

Пассивный резистор представляет из себя керамический цилиндр на поверхности которого нанесен резистивный (сопротивляющийся движению электрического тока) слой. На обоих концах цилиндра металлические (обычно медные) колпачки с выводами -проводниками. Проводники запаиваются на контактных площадках схемы.

Переменный резистор имеет еще один контакт, который называется ползунок. Он передвигается по резистивному слою и изменяет сопротивление между ползунком и контактами резистора.

Ардуино переменный резистор это резистивная линейка с электронными переключателями на каждом шаге потенциометра. В один момент времени может быть закрытым только один переключатель. От этого зависит сопротивление, которое выдает потенциометр.

Для чего используется

Они имеют разные функции:

• токоограничивающие;
• подтягивающие;
• стягивающие;
• делитель напряжения (комбинация из двух или потенциометр).

Пример: в Ардуино требуется ограничить ток с выходных контактов. По документации он не должен превышать 40 мА. Напряжение питания 5В. По закону Ома определяется номинал резистора R= U/I = 5В/0,04А = 125 Ом (не меньше).

Стягивающий и подтягивающий резисторы используются в схемах рядом с входными контактами логических элементов. Стягивающие – когда нужен четкий логический ноль. Подтягивающий резистор arduino – когда нужна логическая единица.

Делитель напряжения используется для получения части напряжения от целого. Например: питание автомобильной бортовой сети 12,7В. Нужно зарядить аккумулятор для смартфона, который использует напряжение 5В. Делается делитель напряжения из двух резисторов сопротивление которых относится как 5 к 7. Еще одно сопротивление для ограничения тока.

Схематическое обозначение и цоколевка

В отличие от постоянных резисторов, у регулируемых не два вывода, а как минимум три.  Почему как минимум? Потому что есть модели с дополнительными выводами — их может быть несколько. На электрических схемах  переменные и подстроечные резисторы обозначаются прямоугольниками как постоянные, но имеют дополнительный вывод, который схематически представлен как ломанная линия, упирающаяся в середину изображения. Чтобы можно было отличить переменный от подстроечного, у переменного на конце третьего ввода рисуют стрелку, подстроечный изображается более длинной перпендикулярной линией без стрелки.

Обозначение на схемах переменных и подстроечных резисторов

Если говорить о расположении выводов, то средний вывод подключен к ползунку, крайние — к началу и концу резистивного элемента.

Цоколевка переменного резистора

Характеристики резисторов

Поскольку основное предназначение резистора заключается в ограничении потока электрического тока, то ключевым его параметром, конечно же, является сопротивление. При производстве резисторов точность номинала (отклонение от номинала) указывается в процентах.

Так же есть и другие параметры характеризующие работу резистора в тех или иных условиях, например, температурный коэффициент сопротивления, индуктивность и емкость резистора, электрический шум резистора.

Температурный коэффициент, как правило, берется во внимание, когда необходимо добиться высокой стабильности сопротивления, которое определяется типом резистивного материала, а также конструкцией самого резистора. В высокочастотных схемах, например, в радиочастотных схемах, емкость и индуктивность резистора может привести к нежелательным последствиям

Фольгированные резисторы, как правило, обладают низкой паразитной реактивностью, в то время как проволочные резисторы являются одними из худших

В высокочастотных схемах, например, в радиочастотных схемах, емкость и индуктивность резистора может привести к нежелательным последствиям. Фольгированные резисторы, как правило, обладают низкой паразитной реактивностью, в то время как проволочные резисторы являются одними из худших.

В схемах аудио усилителей, электрический шум резистора, должен быть на минимальном уровне. Электрический шум измеряется в микровольт на вольт приложенного напряжения  для полосы пропускания в 1 МГц.

Виды резисторов по назначению

Резисторы по назначению разделяются на два основных типа – общего назначения и специальные. В свою очередь, специальные сопротивления делятся следующим образом:

• Высокочастотные. Для чего нужны такие резисторы в электроцепях: благодаря низким собственным емкостям и индуктивностям, высокочастотные резисторы могут применяться в схемах, в которых частота достигает сотни мегагерц, они выполняют в них функции балластных или оконечных нагрузок.
• Высокоомные. Величина сопротивления находится в диапазоне от нескольких десятков МОм до ТОм, величина напряжения небольшая – до 400 В. Высокоомные элементы работают в ненагруженном состоянии, поэтому большая мощность им не нужна. Их мощность рассеивания не превышает 0,5 Вт. Высокоомные резисторы служат для ограничения тока в дозиметрах, приборах ночного видения и других приборах с малыми токами.
• Прецизионные и сверхпрецизионные. Эти устройства имеют высокий класс точности: допустимое значение сопротивления составляет 1% от номинального и менее. Для сравнения: у обычных резисторов допустимый диапазон составляет 5% и более. Прецизионные устройства используются в основном в приборах измерения высокой точности.

Анализ резисторных схем

Чтобы обобщить то, что мы узнали в этой статье, давайте проанализируем следующую схему, определив всё, что можем, исходя из предоставленной информации:

Рисунок 8 – Пример схемы

Всё, что нам здесь дано для начала, – это напряжение батареи (10 вольт) и сила тока в цепи (2 ампера). Нам неизвестно сопротивление резистора в омах или рассеиваемая им мощность в ваттах. Вспоминая формулы закона Ома, мы находим два уравнения, которые дают нам ответы на основе известных значений напряжения и силы тока:

\(R=\frac{E}{I} \qquad и \qquad P=IE\)

Подставляя известные значения напряжения (E) и силы тока (I) в эти два уравнения, мы можем определить сопротивление цепи (R) и рассеиваемую мощность (P):

\(R = \frac{10 \ В}{2 \ А} = 5 \ Ом\)

\(P = (2 \ А)(10 \ В) = 20 \ Вт\)

Для заданных условий цепи (10 В и 2 А) сопротивление резистора должно быть 5 Ом. Если бы мы проектировали схему для работы при этих значениях, нам пришлось бы использовать резистор с минимальной номинальной мощностью 20 Вт, иначе бы он перегрелся и вышел из строя.

Принцип работы переменного резистора

Элемент электрической схемы, сопротивление которого можно изменять от нуля до номинального значения, называется переменным резистором и позволяет вручную плавно регулировать величину сопротивления для обеспечения нормальной работы остальных компонентов электрической схемы.

Устройство

Переменное сопротивление состоит из:

• резистивного элемента, который определяет номинал сопротивления, с припаянными по краям двумя фиксированными выводами для подключения в схему;
• подвижного подпружиненного третьего контакта (ползунка, бегунка), который можно передвигать по металлической или металлизированной дорожке (коллектору), уменьшая или увеличивая сопротивление;
• ручки, которая управляет регулировочным механизмом.

Конструктивное исполнение:

1. Поворотный – токопроводящий элемент выполняется в виде кольца (подковы), ползунок перемещается поворотным регулировочным механизмом при помощи специальной ручки. Поворотные резисторы могут быть однооборотные и многооборотные.
2. Движковый – величина сопротивления регулируется прямым перемещением ползунка по токопроводящему элементу.

Для чего используется

Регулируемый резистор плавно изменяет параметры электрической цепи непосредственно во время работы.

Применяется во многих электроприборах и бытовых устройствах – в качестве потенциометрических датчиков разного назначения и для регулировки громкости и тембра звука, настройки частоты радиоприема, яркости свечения светодиодов или температуры нагрева простым поворотом ручки-регулятора.

Чем отличается от подстроечного

Подстроечный резистор компактного размера, устанавливается непосредственно на электронной плате и применяется для вывода схемы в нужный режим только на стадии настройки и наладки, после чего фиксируется краской или клеем.

Для регулировки подстроечного сопротивления используется отвертка, которая вставляется в специальный паз регулировочного механизма, связанного с круговым ползунком.

Роль резисторов в схеме

Резистор – это элемент, который может выполнять в электросхеме различные функции. Самыми распространенными являются токоограничивающая, стягивающая и разделительная роль.

Токоограничивающий резистор представляет собой прибор, предназначенный для обеспечения требуемой силы тока, при которой компонент оборудования будет функционировать бесперебойно.

Стягивающий (растягивающий) резистор применяют на входе логических компонентов схемы, которым важно знать только наличие или отсутствие напряжения (логическая единица или ноль). Резистор в подобной схеме нужен для обеспечения нормальной работы системы, чтобы она не оставалась в подвешенном состоянии

Нежелательный ток, поступающий извне на вход, будет при помощи стягивающего резистора уходить в землю. Это гарантирует определение входом позиции «логический ноль».

Делитель напряжения требуется для взятия только определенной части тока, необходимой для правильной работы электрокомпонента.

Виды и особенности применения

Переменных резисторов существует немалое количество, с их помощью регулируют звук, громкость, подстраивают частоту, регулируют яркость света. В общем, практически везде, где происходят изменения настроек при помощи бегунков или вращением рукояток стоят эти элементы. Но для разных задач нужны резисторы с различным характером изменений или с разным числом выводов. Вот о разных видах регулируемых сопротивлений и поговорим.

Переменные резисторы бывают разных видов

Характер изменения сопротивления

Не стоит думать, что при перемещении подвижного контакта сопротивление изменяется линейно. Такие модели есть, но они используются в основном для регулировки или настройки, в делителях частоты. Гораздо чаще требуется нелинейная зависимость. Переменные резисторы с нелинейной характеристикой бывают двух типов:

• сопротивление изменяется по логарифмическому закону;

• по показательному типу (обратному логарифмическому).

В акустике используют нелинейные элементы с сопротивлением, которое имеет потенциальную зависимость, в измерительной аппаратуре — по логарифмическому.

Сдвоенные, тройные, счетверенные

В плеерах, радиоприемниках и некоторых других видах бытовой аппаратуры часто применяются сдвоенные (двойные) переменные резисторы. В корпусе элемента скрыты две резистивные пластины. Внешне от обычных они отличаются наличием двух рядов выводов. Бывают двух типов:

• С одновременным изменением параметров. Обычно применяются в стереоаппаратуре для одновременного изменения параметров двух каналов. Такие резисторы имеют запараллеленные бегунки. Поворачивая или сдвигая рукоятку, меняем сопротивление сразу двух резисторов.

• С раздельным изменением параметров. Называются еще соосными,  так как ось одного находится внутри оси другого. Если надо одной ручкой изменять различные параметры (громкость и баланс) подойдет этот тип резисторов. Механическая связь бегунков отсутствует, что позволяет менять сопротивление независимо друг от друга.

Обозначаются разные типы сдвоенных переменных резисторов на схемах по-разному. С наличием механической связи бегунков при близком расположении изображений резисторов на схеме, ставят связанные между собой стрелочки (на рисунке выше слева). Принадлежность к одному резистору указывается через нумерацию: две части обозначаются как R1.1 и R 1.2. Если обозначение частей спаренного переменного резистора находятся на схеме далеко друг от друга, связь указывается при помощи пунктирных линий (на рисунке выше справа). Буквенное обозначение такое же.

Так выглядят сдвоенные и тройные переменные сопротивления

Двойной регулируемый резистор без физической связи между бегунками на схемах ничем не отличается от обычного регулируемого. Отличают их по буквенному обозначению с двумя цифрами, разделенными точкой через — как у спаренного —  R15.1 и R15.2.

Частный случай сдвоенного переменного резистора — строенный, счетверенный и т.д. Они встречаются не так часто, все больше в акустической аппаратуре.

Дискретный переменный резистор

Чаще всего, изменение сопротивления при повороте ручки или передвижении ползунка происходит плавно. Но для некоторых параметров необходимо ступенчатое изменение параметров. Такие переменные сопротивления называют дискретными. Используют их для ступенчатого изменения частоты, громкости, некоторых других параметров.

Дискретный переменный резистор (со ступенчатой регулировкой) и его обозначение на схеме

Устройство этого типа резисторов отличается. По сути, внутри находится набор из постоянных резисторов, подключенных к каждому из выходов. При переключении подвижный контакт перескакивает с выхода на выход, подключая к цепи нужный в данный момент резистор. Принцип действия можно сравнить с многопозиционным переключателем.

С выключателем

Такие резисторы мы встречаем часто — в радио и других устройствах. Это с их помощью поворотом ручки включается питание, а затем регулируется громкость. Внешне их отличить невозможно, только по описанию.

Переменный резистор с выключателем в одном корпусе: внешний вид и обозначение на схемах

На схемах переменные резисторы с выключателем отображаются рядом с контактной группой, то что это единое устройство, отображается при помощи пунктирной линии, которая соединяет контактную группу с корпусом переменного резистора. С одной стороны — возле изображения сопротивления — пунктир заканчивается точкой. Она показывает, возле какого из выводов происходит разрыв цепи. При повороте руки регулятора в эту сторону питание отключается.

Основные свойства переменных резисторов

Когда человек имеет четкое представление об условных элементах графического отображения на схемах, тогда у него возникает проблема переноса чертежа в реальность. Требуется найти или приобрести отдельные компоненты уже готовой схемы. Сегодня есть большое количество магазинов, которые продают необходимые детали. Найти элементы можно и в старой поломанной радиоаппаратуре.

Переменный резистор должен присутствовать в любой схеме. Его находят в любых электронных устройствах. Эта конструкция представляет собой цилиндр, который включает в себя диаметральные противоположные выводы. Резистор создает ограничение поступления тока в цепи. В случае необходимости он будет выполнять сопротивление, которое можно измерить в омах. Переменный резистор обозначается на схеме в виде прямоугольника вместе с двумя черточками. Они расположены на противоположных сторонах внутри прямоугольника. Таким образом, человек обозначает на своей схеме мощность.

Аппаратура, которая имеется практически в каждом доме, включает в себя резисторы с определенным номиналом. Они располагаются по ряду Е24 и условно обозначают диапазон от единицы до десяти.

Наличие энергонезависимой памяти

Это очень важный параметр. Простые переменные резисторы после настройки сохраняют регулировочные параметры. У цифровых все обстоит иначе: как только происходит выключение, заданные настройки сбрасываются. При следующем подключении ЦП возвращается в положение, введенное изначально (заводские настройки, например). Первоначальные параметры зависят от типа резистора.

В системе с цифровым потенциометром часто устанавливается микропроцессор, способный загружать нужные для восстановления регулировок коды. При его отсутствии следует использовать резистор с энергозависимой памятью.

Эта встроенная функция позволяет единожды установить нужные параметры, а при последующих выключениях/включениях аппарата восстанавливать их. Сегодня большинство производителей, например, Catalyst или Xicor изготавливают ЦП исключительно с программируемой памятью.

Есть даже цифровые резисторы с возможностью запоминания до 4-х настроек, что весьма полезно, если устройство работает сразу в нескольких режимах или в условиях предустановки. Количество памяти может быть разным в зависимости от назначений ЦП. Так, резистор DS1845/46 обладает памятью 256 Б.

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.

Способ монтажа

По технологии монтажа резисторы разделяют на выводные и SMD.

Выводные резисторы

Радиальный выводной резистор

Аксиальный выводной резистор

Предназначены для монтажа сквозь печатную плату. Выводы могут располагаться аксиально и радиально. Такие детали использовались в старой аудио- и видеоаппаратуре. Сейчас они применяются в простых аппаратах и в тех случаях, когда использование SMD-резисторов по каким-либо причинам невозможно.

Выводные резисторы по конструкции бывают проволочными, металлопленочными и композитными.

Из чего состоит резистор проволочного типа

В проволочных резисторах резистивным компонентом является проволока, намотанная на сердечник. Бифилярная намотка (двумя параллельными проводами, изолированными друг от друга, или обычным двужильным проводом) снижает паразитную индуктивность. К концам обмотки присоединяют выводы из многожильной меди или латунных пластин. Для защиты от влаги, механических повреждений и загрязнений, проволочные резюки покрывают неорганической эмалью, устойчивой к повышенным температурам.

Чем отличается металлопленочный резистор от проволочного

У металлопленочного резистора резистивным элементом является не проволока, а пленка из металлосплава. Резистивные компоненты (проволока или пленка) в резисторе изготавливаются из сплавов с высоким удельным сопротивлением: манганина, константана, нихрома, никелина.

SMD-резисторы

SMD-резисторы (или чип-резисторы) рассчитаны на поверхностный монтаж и выводов не имеют. Эти миниатюрные детали малой толщины изготавливаются прямоугольной или овальной формы. Имеют небольшие контакты, впаянные в поверхность. Их преимущества – экономия места на плате, упрощение и ускорение процесса сборки платы, возможность использования для автоматизированного монтажа.

SMD-резисторы изготавливают по пленочной технологии. Они могут быть тонко- и толстопленочными. Резистивную толстую или тонкую пленку наносят на изоляционную подложку. Подложка выполняет две функции: основания и теплоотводящего компонента.

Из чего делают чип-резисторы

Тонкопленочные элементы, к которым предъявляются особые требования по влагостойкости, изготавливаются из нихрома. При производстве толстопленочных моделей используются диоксид рутения, рутениты свинца и висмута.

Цветовая маркировка

Чтобы информация о параметрах детали оставалась читаемой с любой стороны, применяют цветовую маркировку, краска при этом наносится кольцевыми полосами. Каждому цвету соответствует свое численное значение. Полосы на деталях размещаются ближе к одному из выводов и читаются от него слева направо. Если из-за малого размера детали невозможно сместить цветовую маркировку к одному выводу, то первая полоса делается шириной в 2 раза больше, чем остальные.

Элементы с допустимой погрешностью в 20% обозначают тремя линиями, для погрешности 5-10% используют 4 линии. Самые точные резисторы обозначаются с помощью 5-6 линий, первые 2 из них соответствуют номиналу детали. Если полос 4, то третья говорит о десятичном множителе для первых двух полос, четвертая линия означает точность. Если полос 5, то третья из них — третий знак номинала, четвертая — степень показателя (количество нулей), а пятая — точность. Шестая линия означает температурный коэффициент сопротивления (ТКС).

В случае четырехполосной маркировки последними всегда идут золотая или серебряная полосы.

Все обозначения выглядят сложно, но умение быстро читать маркировку приходит с опытом.

Watch this video on YouTube

Что такое термистор, их разновидности, принцип работы и способы проверки на работоспособность

Как правильно рассчитать резистор для светодиода?

Что такое варистор, основные технические параметры, для чего используется

Расшифровка цифровой и буквенной маркировки SMD резисторов

Определение номинального значения сопротивления резистора по маркировке цветовыми полосами: онлайн калькулятор

Что такое делитель напряжения и как его рассчитать?

Главные параметры ЦП

Самым важным показателем данного вида резистора является количество шагов, то есть коммутируемых отводов. Чаще всего оно соотносится к степени числа 2. Наиболее распространенными являются ЦП от 32 до 256 шагов.

Также при выборе устройства важным параметром считается полное сопротивление. В продаже чаще всего можно встретить резисторы с показателями 10 кОм, 50 кОм и 100 кОм.

Также нужно уделить внимание показателю максимального напряжения на выводах, в крайнем положении, посмотреть на уровень допустимого тока, нелинейность, температурный коэффициент и рассеивающую мощность. Показатели устройств могут отличаться у разных производителей, так что подбирать лучше, исходя из потребностей аппаратуры, для которой они применяются

Ниже приведена таблица с параметрами, характеристиками и особенностями потенциометров

Показатели устройств могут отличаться у разных производителей, так что подбирать лучше, исходя из потребностей аппаратуры, для которой они применяются. Ниже приведена таблица с параметрами, характеристиками и особенностями потенциометров.

Реостат.

Реостат (переменный резистор, включенный по схеме реостата) в основном используется для регулировки силы тока. Если мы включим последовательно с реостатом амперметр, то при перемещении ползунка будем видеть меняющееся значение силы тока. Резистор R_1 в этой схеме исполняет роль нагрузки, ток через которую мы и собираемся регулировать переменным резистором. Пусть максимальное сопротивление реостата равно R_{max}, тогда по закону Ома максимальный ток через нагрузку будет равен:

I = \frac{U}{R_1 + 0}

Здесь мы учли то, что ток будет максимальным при минимальном значении сопротивления в цепи, то есть когда ползунок в крайнем левом положении. Минимальный ток будет равен:

I = \frac{U}{R_1 + R_{max}}

Вот и получается, что реостат выполняет роль регулировщика тока, протекающего через нагрузку. В данной схеме есть одна проблема – при потере контакта между ползунком и резистивным слоем цепь окажется разомкнутой и через нее перестанет протекать ток. Решить эту проблему можно следующим образом:

Отличие от предыдущей схемы заключается в том, что дополнительно соединены точки 1 и 2. Что это дает в обычном режиме работы? Да ничего, никаких изменений Поскольку между ползунком резистора и точкой 1 ненулевое сопротивление, то весь ток потечет напрямую на ползунок, как и при отсутствии контакта между точками 1 и 2. А что же произойдет при потере контакта между ползунком и резистивным слоем? А эта ситуация абсолютно идентична отсутствию прямого соединения ползунка с точкой 2. Тогда ток потечет через реостат (от точки 1 к точке 3), и величина его будет равна:

I = \frac{U}{R_1 + R_{max}}

То есть при потере контакта в данной схеме будет всего лишь уменьшение силы тока, а не полный разрыв цепи как в предыдущем случае.

С реостатом мы разобрались, давайте рассмотрим переменный резистор, включенный по схеме потенциометра.

Похожие записи:

Как выставить зажигание с помощью стробоскопа? Сигнализация действия защиты и автоматики Подключение потолочного светильника со светодиодами Маркировка smd компонентов: кодовые обозначения Как сделать веб-приложение для вашего собственного bluetooth low energy девайса? Как подключить усилитель в машине