Электрический резистор: что это такое и как он работает? (Примеры включены)

Поле: Основы электротехники

China

Что такое электрический резистор?

Резистор (также известный как электрический резистор) определяется как двухполюсный пассивный электрический элемент, который обеспечивает электрическое сопротивление для тока. Сопротивление является мерой противодействия току в резисторе. Чем больше сопротивление резистора, тем больше препятствие для тока. Существует множество различных типов резисторов, таких как термистор.

В электрических и электронных цепях основная функция резистора — «сопротивляться» потоку электронов, то есть электрическому току. Именно поэтому он называется «резистором».

Резисторы являются пассивными электрическими элементами. Это означает, что они не могут передавать энергию в цепь, а вместо этого получают энергию и рассеивают ее в виде тепла при прохождении через них тока.

Разные резисторы используются в электрических и электронных цепях для ограничения тока или создания падений напряжения. Резисторы доступны в широком диапазоне значений сопротивления от долей Ома (Ω) до миллионов Ом.

Согласно закону Ома, напряжение (V) на резисторе прямо пропорционально току (I), протекающему через него. Сопротивление R является коэффициентом пропорциональности.

Как работает резистор?

В электрических и электронных цепях резисторы используются для ограничения и регулирования тока, деления напряжений, регулировки уровней сигналов, смещения активных элементов и т.д.

Например, многие резисторы, соединенные последовательно, используются для ограничения тока, проходящего через светодиод (LED). Другие примеры обсуждаются ниже.

Защита от скачков напряжения

Схема подавления помех, где последовательное соединение резистора и конденсатора, подключено параллельно к тиристору, используется для подавления быстрого роста напряжения на тиристоре. Это называется схемой подавления помех, используемой для защиты тиристора от высоких значений $\frac{dv}{dt}$ .

Резисторы также используются для защиты светодиодных ламп от скачков напряжения. Светодиодные лампы чувствительны к высокому электрическому току, и поэтому они будут повреждены, если не использовать резистор для контроля потока электрического тока через светодиод.

Обеспечение правильного напряжения путем создания падения напряжения

Каждый элемент в электрической цепи, такой как лампа или выключатель, требует определенного напряжения. Для этого используются резисторы, которые обеспечивают правильное напряжение, создавая падение напряжения на элементах.

Что измеряется в единицах сопротивления (единицах резистора)?

Единицей СИ для резистора (сопротивление измеряется в) является Ом и обозначается как Ω. Единица ом (Ω) названа в честь великого немецкого физика и математика Георга Симона Ома.

В системе СИ, один ом равен одному вольту на ампер. Таким образом,

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

Следовательно, резистор также измеряется в вольтах на ампер.

Резисторы производятся и указываются в широком диапазоне значений. Поэтому, производные единицы резисторов создаются в соответствии с их значениями, такими как миллиом (1 мОм = 10-3 Ом), килоом (1 кОм = 103 Ом) и мегаом (1 МОм = 106 Ом) и т.д.

Символ электрического резистора в цепи

Существует два основных символа цепи, используемых для электрических резисторов. Наиболее распространенный символ резистора — это зигзагообразная линия, которая широко используется в Северной Америке.

Другой символ цепи для резистора — это маленький прямоугольник, который широко используется в Европе и Азии, и этот символ называется международным символом резистора.

Символы цепи для резисторов показаны на изображении ниже.

Скриншот из корпоративного WeChat_1710134355893.png — Символ резистора

Скриншот из корпоративного WeChat_1710134362141.png — Символ резистора

Резисторы последовательно и параллельно

Формула для резисторов, соединенных последовательно

На схеме ниже показано несколько резисторов n, соединенных последовательно.

Если два или более резистора соединены последовательно, то эквивалентное сопротивление последовательно соединенных резисторов равно сумме их индивидуальных сопротивлений.

Математически это выражается следующим образом

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

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

В последовательном соединении ток, протекающий через каждый отдельный резистор, остаётся постоянным (то есть ток через каждый резистор одинаков).

Пример

Как показано на схеме ниже, три резистора — 5 Ом, 10 Ом и 15 Ом — соединены последовательно. Найдите эквивалентное сопротивление последовательно соединённых резисторов.

Решение:

Исходные данные: $R_1 = 5 \,\,\Omega, R_2 = 10 \,\,\Omega$ и $\,\,R_3 = 15 \,\,\Omega$

Согласно формуле,

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

Таким образом, мы получаем эквивалентное сопротивление последовательно соединенных резисторов, равное 30 Ом.

(обратите внимание, что на схеме выше указано 25 Ом. Это опечатка, правильный ответ — 30 Ом)

Формула для резисторов, соединенных параллельно

На схеме ниже показано несколько резисторов n, соединенных параллельно.

Если два или более резистора соединены параллельно, то эквивалентное сопротивлениепараллельно соединенных резисторов равно обратной величине суммы обратных величин отдельных сопротивлений.

Математически это выражается как

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

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

В параллельном соединении напряжение, проходящее через каждый отдельный резистор, остается постоянным (то есть напряжение на каждом резисторе одинаково).

Цепи резисторов (примеры применения)

Резистор ограничения тока для светодиода

Ограничение тока в светодиоде очень важно. Если через светодиод протекает слишком большой ток, он может быть поврежден. Поэтому используется резистор ограничения тока, чтобы ограничить или уменьшить ток, поступающий в светодиод.

Резисторы ограничения тока подключаются последовательно со светодиодом, чтобы ограничить ток, протекающий через светодиод, до безопасного значения. Например, как показано на изображении ниже, резистор ограничения тока подключен последовательно со светодиодом.

Схема светодиода с резистором ограничения тока

Расчет необходимого значения резистора ограничения тока

При расчете значения резистора ограничения тока необходимо знать три характеристики светодиода:

Переходное напряжение светодиода (из технических данных)
Максимальный прямой ток светодиода (из технических данных)
VS = напряжение питания

Переходное напряжение — это напряжение, необходимое для включения светодиода, и оно обычно находится в диапазоне от 1,7 В до 3,4 В, в зависимости от цвета светодиода. Максимальный прямой ток — это непрерывный ток, протекающий через светодиод, и он обычно составляет около 20 мА для базовых светодиодов.

Теперь мы можем вычислить необходимое значение ограничивающего резистора с помощью следующего уравнения,

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

где, $V_S$ = напряжение питания

$V_F$ = прямое напряжение

$I_F$ = максимальный прямой ток

Рассмотрим пример расчета необходимого значения ограничивающего резистора с использованием вышеуказанной формулы.

Резисторы подтяжки

Резисторы подтяжки используются в электронных логических цепях для обеспечения известного состояния сигнала.

Другими словами, резисторы подтяжки используются для того, чтобы провод был подключен к высокому логическому уровню, когда нет входного сигнала. Резисторы опускания работают аналогично резисторам подтяжки, за исключением того, что они подключают провод к низкому логическому уровню.

Современные ИС, микроконтроллеры и цифровые логические вентили имеют множество входных и выходных выводов, которые необходимо правильно настроить. Поэтому используются резисторы подтягивания, чтобы обеспечить правильное смещение входного вывода микроконтроллера или цифрового логического вентиля до известного состояния.

Резисторы подтягивания используются в сочетании с транзисторами, переключателями, кнопками и т.д., которые прерывают физическое соединение последующих компонентов с землей или VCC. Например, схема резистора подтягивания показана на изображении ниже.

企业微信截图_17101346272890.png — Схема резистора подтягивания

企业微信截图_17101346341956.png — Схема резистора подтягивания

Как показано, когда выключатель закрыт, входное напряжение (Vin) на микроконтроллере или вентиле подается на землю, а когда выключатель открыт, входное напряжение (Vin) на микроконтроллере или вентиле поднимается до уровня входного напряжения (Vin).

Таким образом, резистор подтягивания может смещать входной вывод микроконтроллера или вентиля, когда выключатель открыт. Без резистора подтягивания входы на микроконтроллере или вентиле будут плавающими, то есть в состоянии высокого импеданса.

Типичное значение резистора подтягивания составляет 4,7 кОм, но оно может варьироваться в зависимости от применения.

Падение напряжения на резисторе

Падение напряжения на резисторе представляет собой просто значение напряжения на резисторе. Падение напряжения также известно как IR-падение.

Как известно, резистор является пассивным электрическим элементом, который создает электрическое сопротивление для потока тока. Таким образом, согласно закону Ома, он создаст падение напряжения, когда ток проходит через резистор.

Математически падение напряжения на резисторе можно выразить следующим образом,

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

Знак для падений напряжения (IR)

Для определения знака падения напряжения на резисторе очень важно направление тока.

Рассмотрим резистор сопротивлением R, через который ток (I) течет от точки A к точке B, как показано на изображении ниже.

Следовательно, точка A имеет более высокий потенциал, чем точка B. Если мы движемся от A к B, V = I R отрицательное, то есть -I R (то есть, падение потенциала). Аналогично, если мы движемся от точки B к точке A, V = I R положительное, то есть +I R (то есть, подъем потенциала).

Таким образом, очевидно, что знак падения напряжения на резисторе зависит от направления тока через этот резистор.

Цветовые коды резисторов

Цветовые коды резисторов используются для идентификации значения сопротивления и процента допуска любого резистора. Цветовые коды резисторов используют цветные полосы для их идентификации.

Как показано на рисунке ниже, на резисторе нанесены четыре цветные полосы. Из трех полос две нанесены рядом, а четвертая полоса нанесена немного дальше от третьей полосы.

4 band resistor color code — Четырехполосный цветовой код резистора

Первые две полосы слева указывают на значащие цифры, третья полоса указывает на десятичный множитель, а четвертая полоса указывает на допуск.

5 band resistor code — Цветовая кодировка резистора с пятью полосами

Таблица ниже показывает значащие цифры, десятичные множители и допуски для различных цветовых кодировок резисторов.

Ключевые моменты:

Золотая и серебряная полосы всегда располагаются справа.
Значение резистора всегда читается слева направо.
Если нет полосы допуска, найдите сторону, где полоса находится ближе к выводу, и сделайте эту полосу первой.

Пример (Как рассчитать значение резистора?)

Как показано на изображении ниже, углеродный резистор с цветовой кодировкой имеет первую зеленую полосу, вторую синюю, третью красную и четвертую золотистую. Найдите характеристики резистора.

Решение:

Согласно таблице цветовой кодировки резисторов,

Зелёный	Синий	Красный	Золотой
5	6	102	${\pm 5}{\%}$

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

Таким образом, значение сопротивления составляет $5600\,\,\Omega$ с допуском ${\pm 5}{\%}$ .

Следовательно, значение сопротивления находится в пределах

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

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

Следовательно, значение сопротивления находится в пределах $5880\,\,\Omega$ и $5320\,\,\Omega$ .

Кодировка символов или букв (код RKM)

Иногда резисторы могут быть настолько маленькими, что цветовая кодировка становится трудновыполнимой. В таких случаях используется кодировка символами или буквами для обозначения характеристик резисторов. Это также называется кодом RKM.

Для кодировки резисторов используются символы R, K и M. Когда между двумя десятичными числами находится символ, он действует как десятичная точка. Например, символ R обозначает омы, K — килоомы, а M — мегаомы. Рассмотрим примеры этого.

Сопротивление	Буквенный 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 – буквенный или цифровой код

Допуск обозначается как

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

Пример – Резистор с буквенным кодом:

Типы резисторов

Существует множество типов резисторов, каждый из которых имеет свои уникальные свойства и специфические области применения.

Существуют два основных типа резисторов: фиксированные резисторы и переменные резисторы. Оба типа перечислены ниже.

Фиксированные резисторы

Фиксированные резисторы являются наиболее широко используемым типом резисторов. Они широко используются в электронных схемах для настройки и регулирования правильных условий в цепи. Типы фиксированных резисторов перечислены ниже.

Углеродные композитные резисторы (углеродные резисторы)
Резисторы из углеродного пласта
Углеродные пленочные резисторы
Термистор (температурный резистор)
Обмоточные резисторы
Поверхностно-монтажные резисторы
Металлические пленочные резисторы
Резисторы из металлического оксидного покрытия
Толстопленочные резисторы
Тонкопленочные резисторы
Фольговые резисторы
Напечатанные углеродные резисторы
Амперметрические шунты (резисторы для измерения тока)
Грид-резисторы

Переменные резисторы

Переменные резисторы состоят из одного или нескольких фиксированных резисторных элементов и ползунка. Эти резисторы имеют три соединения с элементом; два соединены с фиксированным резисторным элементом, а третье — это ползунок. Перемещая ползунок к различным терминалам, можно изменять значение сопротивления.

Типы переменных резисторов перечислены ниже.

Регулируемые резисторы
Потенциометры
Переменные резисторы (реостат)
Десятичный короб сопротивлений (короб для замены резисторов)
Варисторы (нелинейные резисторы)
Фоторезистор (LDR) или фотоэлектрический резистор
Триммеры

Другие специальные виды резисторов включают:

Водяной резистор (водяной реостат, жидкий реостат)
Балластный резистор
Фенольный формовочный компаунд резистор
Церметовые резисторы
Танталовые резисторы

Размеры резисторов (наиболее распространенные значения резисторов)

Размеры резисторов организованы в набор различных серий стандартных значений резисторов. В 1952 году Международная электротехническая комиссия решила определить стандартные значения сопротивления и допусков, чтобы повысить совместимость между компонентами и облегчить производство резисторов.

Эти стандартные значения называются E-сериями предпочтительных числовых значений IEC 60063. Эти E-серии классифицируются как E12, E24, E48, E96 и E192 с 12, 24, 48, 96 и 192 различными значениями в каждом десятилетии.

Наиболее распространенные значения резисторов приведены ниже. Это значения стандартов E3, E6, E12 и E24.

E3 стандартная серия резисторов:

Серия E3 резисторов включает наиболее распространенные значения резисторов, используемые в электронной промышленности.

1.0

2.2

4.7

Серия резисторов E6:

Серия резисторов E3 также широко используется и предоставляет широкий диапазон стандартных значений сопротивлений.

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

Серия стандартных резисторов 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 стандартных резисторов 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

Точность резисторов обычно указывается ${\pm 20}{\%}$ , ${\pm 10}{\%}$ , ${\pm 5}{\%}$ , ${\pm 2}{\%}$ , и ${\pm 1}{\%}$ .

Из чего сделан резистор?

В зависимости от применения для изготовления резисторов используются различные материалы.

Резисторы изготавливаются из углерода или меди, что затрудняет прохождение электрического тока через цепь.
Наиболее распространенный тип и универсальный резистор — это углеродный резистор, который лучше всего подходит для низковольтных электронных схем.
Для производства стандартных проволочных резисторов используются сплавы манганина и константана, так как они имеют высокую удельное сопротивление и низкий температурный коэффициент сопротивления.
Фольга и проволока из манганена используются для производства резисторов, таких как амперметр-шунты, так как у манганена практически нулевой температурный коэффициент сопротивления.
Сплав никель-медь-марганец используется для изготовления эталонных резисторов, обмоточных резисторов, прецизионных обмоточных резисторов и т.д. Состав сплава: Никель = 4%; Медь = 84%; Марганец = 12%.

Что представляют собой типичные применения резистора (применения резистора)

Некоторые применения резисторов включают:

Резисторы используются в усилителях, генераторах, цифровых мультиметрах, модуляторах, демодуляторах, передатчиках и т.д.
Фоторезисторы используются в охранных сигнализациях, детекторах пламени, фототехнике и т.д.
Обмоточные резисторы используются в шунте с амперметром, где требуется высокая чувствительность, сбалансированное управление током и точное измерение.

Источник: Electrical4u.

Заявление: Уважайте оригинальные материалы, хорошие статьи стоит делиться, если есть нарушение авторских прав, пожалуйста, свяжитесь для удаления.

Оставить чаевые и поощрить автора

Темы:

Основы электротехники

Электрический резистор

О специалистах

Electrical4u

China

Область экспертизы

Basic Electrical

Профессиональная статья

607