Електрическо съпротивление: Какво е и какво прави? (Включени са примери)

Поле: Основни електротехника

China

Какво е електрическо съпротивление?

Съпротивлението (известно още като електрическо съпротивление) е дефинирано като двуполюсна пасивен електрически елемент, който предоставя електрическа съпротивност на тока. Съпротивността е мярка за противодействието на тока в съпротивлението. Колкото по-голяма е съпротивността на съпротивлението, толкова по-голям е бариерата срещу потока на тока. Има много различни типове съпротивления, такива като термистор.

В електрическите и електронните вериги основната функция на съпротивлението е да „съпротивлява“ потока на електроните, т.е., електрически ток. Ето защо то се нарича „съпротивление“.

Съпротивленията са пасивни електрически елементи. Това означава, че те не могат да доставят енергия към веригата, а вместо това приемат енергия и я разсейват във формата на топлина, докато ток протича през тях.

Различни съпротивления се използват в електрическите и електронните вериги, за да ограничат потока на тока или да произведат падане на напрежението. Съпротивленията са налични в много различни стойности на съпротивност от частици на Ом (Ω) до милиони Оми.

Според закона на Ом, напрежението (V) върху съпротивлението е директно пропорционално на тока (I), протичащ през него. Където съпротивността R е константата на пропорционалност.

Какво прави съпротивлението?

В електрическите и електронни вериги се използват резистори за ограничаване и регулиране на тока, разделение на напрежения, корекция на нивата на сигнала, биасиране на активните елементи и т.н.

Например, много резистори, свързани последователно, се използват за ограничаване на тока, който преминава през светещ диод (LED). Други примери са обсъдени по-долу.

Защита срещу вълнообразни повишения на напрежението

Така наречената глушища верига е сериен комбинация от резистор и кондензатор, свързани паралелно с тиристор, за да се подтисне бързото повишение на напрежението върху тиристора. Това е известно като глушища верига, използвана за защита на тиристора срещу високи $\frac{dv}{dt}$ .

Резисторите се използват също за защита на LED лампи срещу вълнообразни повишения на напрежението. LED лампите са чувствителни към висок електрически ток и затова ще бъдат повредени, ако не се използва резистор за контролиране на потока на електрическия ток през LED-то.

Осигуряване на правилно напрежение чрез създаване на падане на напрежението

Всяка компонента в електрическата верига, като светлина или ключ, изисква специфично напрежение. За тази цел се използват резистори, за да осигурят правилно напрежение чрез създаване на падане на напрежението върху компонентите.

Какво се измерва в единици на електрическото съпротивление (Омови единици)?

Единицата SI за съпротивление (електрическото съпротивление се измерва в) Ом и се означава с Ω. Единицата Ом (Ω) е наречена в чест на великогерманския физик и математик Георг Симон Ом.

В SI система, един Ом е равен на 1 волт на ампер. Следователно,

$\begin{align*} 1\,\,Ohm = 1 \frac{Volt}{Ampere} \end{align*}$

Следователно, съпротивлението се измерва и в волтове на ампер.

Съпротивленията се произвеждат и специфицират в широк диапазон от стойности. Следователно, производните единици за съпротивления се правят според тяхните стойности, като милиом (1 мΩ = 10-3 Ω), килоом (1 кΩ = 103 Ω) и мегаом (1 МΩ = 106 Ω) и т.н.

Електрически символ на съпротивление в схемата

Има два основни символа, използвани за електрически съпротивления. Най-общи символ за съпротивление е зигзагова линия, широко използвана в Северна Америка.

Другият символ за съпротивление е малък правоъгълник, широко използван в Европа и Азия, и този символ се нарича международен символ за съпротивление.

Символът за съпротивление в схемата е показан на изображението по-долу.

Снимка от WeChat_1710134355893.png — Символ на резистор

Снимка от WeChat_1710134362141.png — Символ на резистор

Резистори в сериен и паралелен свързаност

Формула за резистори в сериен свързаност

Показваната по-долу схема представя брой резистори n, свързани в сериен свързаност.

Ако два или повече резистора са свързани в сериен свързаност, то еквивалентният резистор на тези сериено свързани резистори е равен на сумата от техните индивидуални резистансни стойности.

Математически, това се изразява като

$\begin{align*} R_e_q_. = R_1 + R_2 + ........ + R_n \end{align*}$

$\begin{align*} R_e_q_. = \sum_{i=1}^{n} R_n \end{align*}$

В сериен свързващ се токът, който протича през всеки отделен резистор, остава постоянен (т.е. токът през всеки резистор е един и същ).

Пример

Както е показано в следния колан, три резистора, 5 Ω, 10 Ω и 15 Ω, са свързани в сериен разтвор. Намерете равнозначното съпротивление на сериен свързващите се резистори.

Решение:

Дадени данни: $R_1 = 5 \,\,\Omega, R_2 = 10 \,\,\Omega$ и $\,\,R_3 = 15 \,\,\Omega$

Според формулата,

$\begin{align*} \begin{split} & R_e_q_. = R_1 + R_2 + ........ + R_n \\ & = 5 + 10 + 15 \\ & R_e_q_.= 30\,\,\Omega \end{split} \end{align*}$

Така получаваме, че еквивалентното съпротивление на серийно свързани съпротивления е 30 Ω.

(забележка: схемата по-горе показва 25 Ω. Това е грешка, правилният отговор е 30 Ω)

Формула за паралелно свързани съпротивления

Схемата по-долу показва брой съпротивления n, свързани паралелно.

Ако два или повече съпротивления са свързани паралелно, то еквивалентното съпротивление на паралелно свързаните съпротивления е равно на реципрочната стойност на сумата от реципрочните стойности на отделните съпротивления.

Математически това се изразява като

$\begin{align*} \frac{1}{R_e_q_.} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + ........ + \frac{1}{R_n} \end{align*}$

$\begin{align*} R_e_q_. = \sum_{i=1}^{n} \frac{1}{R_n} \end{align*}$

В паралелна връзка напрежението, протичащо през всеки отделен резистор, остава постоянно (т.е. напрежението през всеки резистор е едно и също).

Резистивни вериги (примерни приложения)

Ограничаващ резистор за тока на LED

Ограничаването на тока е много важно за LED. Ако прекомерен ток протече през LED, то ще бъде повредено. Затова се използва ограничителен резистор, за да се ограничи или намали токът в LED.

Ограничаващите резистори се свързват поредно с LED, за да ограничат тока, протичащ през LED, до безопасна стойност. Например, както е показано на изображението по-долу, ограничителният резистор е свързан поредно с LED.

Изчисляване на необходимата стойност на ограничителния резистор

При изчисляване на стойността на ограничителен резистор трябва да знаем три спецификации или характеристики на LED:

Напрежение в прямия път на LED (от техническата документация)
Максимален ток в прямия път на LED (от техническата документация)
VS = напрежение на захранване

Напрежението в прямия път е напрежението, необходимо за включване на LED, и обикновено е между 1.7 В и 3.4 В, в зависимост от цвета на LED. Максималният ток в прямия път е непрекъснатият ток, протичащ през LED, и обикновено е около 20 мА за основните LED.

Сега можем да изчислим необходимата стойност на резистора за ограничаване на тока, използвайки следното уравнение,

$\begin{align*} R = \frac{V_S - V_F}{I_F} \end{align*}$

Където, $V_S$ = напрежението на съхраняване

$V_F$ = напрежението в прямата посока

$I_F$ = максималният ток в прямата посока

Да видим пример за изчисляване на необходимата стойност на резистора за ограничаване на тока, използвайки горната формула.

Резистори за повдигане

Резисторите за повдигане се използват в електронните логически вериги, за да гарантират известно състояние на сигнала.

С други думи, резисторите за повдигане се използват, за да гарантират, че жицата е повдигната до високо логическо ниво, когато няма входно състояние. Резисторите за спускане работят подобно на резисторите за повдигане, с тази разлика, че те спускат жицата до ниско логическо ниво.

Съвременни ИЦ, микроконтролери и цифрови логически врати имат много входове и изходи, и тези входове и изходи трябва да са правилно настроени. Затова се използват резистори за повдигане, за да се осигури правилното предизвикване на входния пин на микроконтролера или входа на цифровата логическа врата до известно състояние.

Резисторите за повдигане се използват в комбинация с транзистори, ключове, бутони и т.н., които прекъсват физическото свързване на последващите компоненти към земята или VCC. Например, електрическата схема с резистор за повдигане е показана на следната фигура.

企业微信截图_17101346272890.png — Електрическа схема с резистор за повдигане

企业微信截图_17101346341956.png — Електрическа схема с резистор за повдигане

Както е показано, когато ключът е затворен, входното напрежение (Vin) при микроконтролера или вратата отива към земята, а когато ключът е отворен, входното напрежение (Vin) при микроконтролера или вратата се повдига до нивото на входното напрежение (Vin).

Затова резисторът за повдигане може да предизвика входния пин на микроконтролера или вратата, когато ключът е отворен. Без резистор за повдигане, входовете при микроконтролера или вратата биха били свободни, т.е. в състояние на висок импеданс.

Типична стойност на резистора за повдигане е 4.7 кОм, но може да варира в зависимост от приложението.

Падне на напрежението през резистор

Падне на напрежението през резистор е нищо друго, освен просто стойността на напрежението през резистора. Паднето на напрежението се нарича също IR падне.

Както знаем, резисторът е пасивен електричен елемент, който предоставя електрично съпротивление на потока на тока. Следователно, според законите на Ом, той ще създаде падне на напрежението, когато токът преминава през резистора.

Математически, падението на напрежението върху резистор може да бъде изразено като,

$\begin{align*} V (Voltage \,\, Drop) = I * R \end{align*}$

Знак за паденията на напрежението (IR Drops)

За определяне на знака за падението на напрежението върху резистор, посоката на тока е много важна.

Разглеждаме резистор със съпротивление R, през който ток (I) протича от точка A към точка B, както е показано на изображението по-долу.

Следователно, точка A е на по-високо потенциално ниво от точка B. Ако пътуваме от A към B, V = I R е отрицателно, т.е., -I R (т.е., спадане на потенциала). Аналогично, ако пътуваме от точка B към точка A, V = I R е положително, т.е., +I R (т.е., повишаване на потенциала).

Следователно, е ясно, че знакът на падението на напрежението върху резистор зависи от посоката на тока през този резистор.

Цветни кодове на резисторите

Цветните кодове на резисторите се използват за идентификация на стойността на съпротивлението и процентната толерантност на всеки резистор. Цветните кодове на резисторите използват цветни ленти за идентификация.

Както е показано на фигурата по-долу, има четири цветни ленти, отпечатани на резистора. От трите ленти са отпечатани един до друг, а четвъртата лента е отпечатана малко настрани от третата лента.

4 band resistor color code — Цветен код на резистор с четири ленти

Първите две ивици от лявата страна указват значещи цифри, третата ивица указва десетичен множител, а четвъртата ивица указва допуска.

5 band resistor code — Цветова кодировка на резистор с 5 ивици

Таблицата по-долу показва значещи цифри, десетичен множител и допуск за различна цветова кодировка на резисторите.

Основни точки:

Златната и сребърната ивица винаги се разполагат от дясната страна.
Стойността на резистора винаги се чете отляво надясно.
Ако няма ивица за допуск, намерете страната с ивица близо до контакт и направете тази ивица първа.

Пример (Как да изчислим стойността на резистора?)

Както е показано на изображението по-долу, резистор с цветова кодировка има първия кръг зелен, втория син, третия червен и четвъртият златен цвят. Намерете спецификациите на резистора.

Решение:

Според таблицата за цветова кодировка на резисторите,

Зелено	Синьо	Червено	Златно
5	6	102	${\pm 5}{\%}$

$\begin{align} R = 56 10^2 \Omega \SI{\pm 5}{\%} \,\, \end{align*}$

Така, стойността на съпротивлението е $5600\,\,\Omega$ с толеранс ${\pm 5}{\%}$ .

Следователно, стойността на съпротивлението е между

$5600 + 5 \% = 5600 + 280 = 5880 \,\,\Omega$

$5600 - 5 \% = 5600 - 280 = 5320 \,\,\Omega$

Следователно, стойността на съпротивлението е между $5880\,\,\Omega$ и $5320\,\,\Omega$ .

Буквен или знаков код (RKM код)

Понякога съпротивленията могат да бъдат толкова малки, че цветното кодиране е трудно за приложение. В такива случаи се използва буквен или знаков код за спецификации на съпротивленията. Той се нарича също RKM код.

Знаковете, използвани за кодиране на съпротивления, са R, K и M. Когато има знак между две десетични числа, той действа като десетична запетая. Например, знакът R означава Ом, K означава килоом, а M означава мегаом. Да видим примери за това.

Съпротивление	Буквен код
0,3 Ω	R3
0,47 Ω	R47
1 Ω	1R0
1 кΩ	1K
4,7 кΩ	4K7
22,3 МΩ	22M3
9,7 МΩ	9M7
2 МΩ	2M

Пример – буквенно-цифровой код

Толерантността се обозначава като

Характеристика	Толеранс
F	${\pm 1}{\%}$
G	${\pm 2}{\%}$
J	${\pm 5}{\%}$
K	${\pm 10}{\%}$
M	${\pm 20}{\%}$

Пример – Резистор с буквенен код:

Типове резистори

Има различни типове резистори, всеки със свои уникални свойства и специфични области на приложение.

Има два основни типа резистори: фиксирани резистори и променливи резистори. Двата типа са посочени по-долу.

Фиксирани резистори

Фиксираните резистори са най-широко използваните типове резистори. Те са широко използвани в електронните вериги за регулиране и поддържане на правилни условия в веригата. Типовете фиксирани резистори са посочени по-долу.

Карбонови композитни резистори (карбонови резистори)
Резистори от карбонова купа
Карбонови пленкови резистори
Термистор (термален резистор)
Проводникови навивни резистори
Повърхностни монтиращи резистори
Метални пленкови резистори
Метално оксидни пленкови резистори
Дебели пленкови резистори
Тънки пленкови резистори
Фолиеви резистори
Отпечатани карбонови резистори
Амперметрови шунтови резистори (резистори за измерване на ток)
Сетчати резистори

Променливи резистори

Променливите резистори се състоят от един или повече фиксирани резисторни елементи и плъзгач. Те дават три връзки към елемента; две са свързани с фиксирания резисторен елемент, а третата е плъзгачът. При движение на плъзгача към различни терминали, можем да изменяме стойността на съпротивлението.

Типовете променливи резистори са посочени по-долу.

Регулируеми съпротивления
Потенциометри
Променливи съпротивления (Реостат)
Декаден бокс за съпротивления (Бокс за замяна на съпротивления)
Варистори (Нелинейни съпротивления)
Фотосъпротивление (LDR) или Фотосъпротивление
Тримери

Други специални видове съпротивления включват:

Водно съпротивление (Воден реостат, Течностен реостат)
Балластно съпротивление
Съпротивление от фенолево формовано съединение
Церметни съпротивления
Танталови съпротивления

Размери на съпротивленията (Най-често срещани стойности на съпротивленията)

Размерите на съпротивленията са организирани в различни серии стандартни стойности. През 1952 г. Международната електротехническа комисия реши да определи стандартните стойности на съпротивленията и толеранси, за да увеличи съвместимостта между компонентите и да облекчи производството на съпротивления.

Тези стандартни стойности са известни като E серии на IEC 60063 предпочитаните числови стойности. Тези E серии са класифицирани като E12, E24, E48, E96 и E192 с 12, 24, 48, 96 и 192 различни стойности във всяко десетично деление.

Най-често срещаните стойности на съпротивленията са посочени по-долу. Това са E3, E6, E12 и E24 стандартни стойности на съпротивленията.

E3 стандартна серия на съпротивленията:

E3 серията на съпротивленията са най-често срещаните стойности, използвани в електронната индустрия.

1.0

2.2

4.7

Серия съпротивления E6:

Серията съпротивления E3 също е изключително разпространена и предоставя широк спектър от общи стойности на съпротивления.

1,0	1,5	2,2
3,3	4,7	6,8

Серия стандартни резистори E12:

1.0	1.2	1.5
1.8	2.2	2.7
3.3	3.9	4.7
5.6	6.8	8.2

Серия стандартни съпротивления E24:

1.0	1.1	1.2
1.3	1.5	1.6
1.8	2.0	2.2
2.4	2.7	3.0
3.3	3.6	3.9
4.3	4.7	5.1
5.6	6.2	6.8
7.5	8.2	9.1

Тoleranciata na otpornostite обикновено е посочена с ${\pm 20}{\%}$ , ${\pm 10}{\%}$ , ${\pm 5}{\%}$ , ${\pm 2}{\%}$ , и ${\pm 1}{\%}$ .

От какво се изгражда резистор?

В зависимост от приложението, за изграждането на резистори се използват различни материали.

Резисторите се правят от въглерод или мед, което затруднява протичането на електрическия ток през веригата.
Най-общи тип и универсален резистор е въглеродният, най-подходящ за нисковолтови електронни вериги.
За производството на стандартни оплетени резистори се използват сплави като манганин и константан, тъй като те имат висока резистивност и нисък температурен коефициент на резистивност.
Манганинови фолии и жици се използват за производство на резистори като амперметри шунтове, тъй като манганът има почти нулев температурен коефициент на съпротивлението.
Никел-медно-манганов сплав се използва за производство на стандартни резистори; обвити с жица резистори, прецизни обвити с жица резистори и т.н. Тази сплав има следния състав: Никел = 4%; Мед = 84%; Манган = 12%.

Какви са общите приложения на резисторите (Приложения на резисторите)

Някои от приложенията на резисторите включват:

Резисторите се използват в усилватели, осцилатори, цифрови мултиметри, модулятори, демодулятори, предаватели и т.н.
Фоторезистори се използват в охранителни сигнализации, детектори на пламък, фотоапарати и т.н.
Обвити с жица резистори се използват като шунт с амперметри, когато са необходими висока чувствителност, балансиран контрол на тока и точни измервания.

Източник: Electrical4u.

Заявление: Уважавайте оригинала, добри статии заслужават да бъдат споделяни, ако има нарушение на авторските права, моля, свържете се за изтриване.

Дайте бакшиш и поощрете автора

Теми:

Основни електротехника

Електричен резистор

За експертите

Electrical4u

China

Област на експертиза

Basic Electrical

Профессионална статия

607