Електричний резистор: що це таке і як він працює? (з прикладами)

Поле: Основи електротехніки

China

Що таке електричний резистор?

Резистор (також відомий як електричний резистор) визначається як двоконтактний пасивний електричний елемент, який забезпечує електричний опір до потоку струму. Опір є мірою протилежності до потоку струму в резисторі. Чим більший опір резистора, тим більшою є перешкода для потоку струму. Існує багато різних типів резисторів, таких як термістр.

У електричних і електронних колах основною функцією резистора є «запобігання» потоку електронів, тобто електричного струму. Саме тому його називають «резистором».

Резистори є пасивними електричними елементами. Це означає, що вони не можуть надавати енергію колу, а, навпаки, отримують енергію і дисипують її у вигляді тепла, поки через них проходить струм.

Різні резистори використовуються в електричних і електронних колах для обмеження потоку струму або створення падінь напруги. Резистори доступні в широкому діапазоні значень опору від кілограм-омів (Ω) до мільйонів омів.

Згідно з законом Ома, напруга (V) на резисторі прямо пропорційна струму (I), що протікає через нього. Де опір R є константою пропорційності.

Що робить резистор?

У електричних та електронних колах, резистори використовуються для обмеження та регулювання потоку струму, розподілу напруг, налаштування рівнів сигналів, зміщення активних елементів тощо.

Наприклад, багато резисторів підряд використовуються для обмеження струму, що проходить через світлодіод (LED). Інші приклади обговорюються нижче.

Захист від стрибків напруги

Гасительна схема — це серійне поєднання резистора і конденсатора, які підключені паралельно до тиристора, для пригнічення швидкого зростання напруги на тиристорі. Це називається гасительною схемою, яка захищає тиристор від високої $\frac{dv}{dt}$ .

Резистори також використовуються для захисту світлодіодів від стрибків напруги. Світлодіоди чутливі до високого електричного струму, тому, якщо не використовувати резистор для контролю потоку електричного струму через світлодіод, вони можуть пошкодитися.

Надання правильної напруги шляхом створення спаду напруги

Кожен елемент у електричному колі, такий як світло або перемикач, потребує конкретної напруги. Для цього використовуються резистори, які надають правильну напругу, створюючи спад напруги на елементах.

Що вимірюється в одиницях опору (Ом)?

Система SI для опору (електричний опір вимірюється) в Омах і позначається як Ω. Одиниця ом (Ω) названа на честь великого німецького фізика та математика Георга Симона Ома.

У системі SI, один ом дорівнює одному вольту на ампер. Тобто,

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

Тому, опір також вимірюється в вольтах на ампер.

Опори виготовляються та визначаються в широкому діапазоні значень. Тому, похідні одиниці опорів створюються відповідно до їх значень, таких як міліом (1 мΩ = 10-3 Ω), кілоом (1 кΩ = 103 Ω) та мегаом (1 МΩ = 106 Ω) тощо.

Символ електричного опору в схемі

Існує два основних символи, використовувані для електричних опорів. Найпоширеніший символ для опору - це зигзагоподібна лінія, яка широко використовується у Північній Америці.

Інший символ для опору - це маленький прямокутник, широко використовується в Європі та Азії, і цей символ називається міжнародним символом опору.

Символ опору в схемі показаний на зображенні нижче.

企业微信截图_1710134355893.png — Символ резистора

企业微信截图_1710134362141.png — Символ резистора

Послідовні та паралельні резистори

Формула послідовного з'єднання резисторів

Нижче наведено схему, на якій показано кілька резисторів n, з'єднаних послідовно.

Якщо два або більше резисторів з'єднані послідовно, то еквівалентний опір послідовно з'єднаних резисторів дорівнює сумі їхніх індивідуальних опорів.

Математично це виражається як

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

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

У серійному з'єднанні струм, що проходить через кожний окремий резистор, залишається постійним (тобто струм через кожен резистор однаковий).

Приклад

Як показано на схемі нижче, три резистори, 5 Ом, 10 Ом і 15 Ом, підключені послідовно. Знайдіть еквівалентне опору послідовно підключених резисторів.

Розв'язок:

Вхідні дані: $R_1 = 5 \,\,\Omega, R_2 = 10 \,\,\Omega$ і $\,\,R_3 = 15 \,\,\Omega$

Згідно з формулою,

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

Таким чином, еквівалентний опір резисторів, підключених послідовно, становить 30 Ом.

(зверніть увагу, що на схемі вище зазначено 25 Ом. Це помилка, правильна відповідь — 30 Ом)

Формула для резисторів, підключених паралельно

Нижче показано кілька резисторів n, підключених паралельно.

Якщо два або більше резистори підключені паралельно, то еквівалентний опір паралельно підключених резисторів дорівнює оберненому значенню суми обернених значень індивідуальних опорів.

Математично це виражається так:

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

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

У паралельному з'єднанні напруга, що проходить через кожний окремий резистор, залишається постійною (тобто напруга через кожен резистор однакова).

Резисторні схеми (приклади застосування)

Ограничуючий резистор для LED

Обмеження струму є дуже важливим для LED. Якщо через LED проходить занадто великий струм, він буде пошкоджений. Тому використовується ограничуючий резистор, щоб обмежити або знизити струм, що пройшов через LED.

Ограничуючі резистори підключаються послідовно з LED, щоб обмежити струм, що проходить через LED, до безпечного значення. Наприклад, як показано на зображенні нижче, ограничуючий резистор підключено послідовно з LED.

Розрахунок необхідного значення ограничуючого резистора

При розрахунку значення ограничуючого резистора ми повинні знати три характеристики LED:

Передна напруга LED (з технічного опису)
Максимальний передній струм LED (з технічного опису)
VS = напруга живлення

Передня напруга — це напруга, необхідна для увімкнення LED, і вона зазвичай становить від 1,7 В до 3,4 В, залежно від кольору LED. Максимальний передній струм — це неперервний струм, що проходить через LED, і він зазвичай становить близько 20 мА для базових LED.

Тепер можемо обчислити необхідне значення резистора, що обмежує струм, використовуючи наступне рівняння,

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

Де, $V_S$ = Напруга живлення

$V_F$ = Передна напруга

$I_F$ = максимальний прямий струм

Розглянемо приклад обчислення необхідного значення резистора, що обмежує струм, використовуючи вищезазначену формулу.

Резистори підтягування

Резистори підтягування використовуються в електронних логічних схемах для забезпечення відомого стану сигналу.

Іншими словами, резистори підтягування використовуються для того, щоб забезпечити, що провід буде підтягнутий до високого логічного рівня, коли немає входжень. Резистори зниження працюють подібно до резисторів підтягування, але вони підтягують провід до низького логічного рівня.

Сучасні інтегральні схеми, мікроконтролери та цифрові логічні ворітка мають багато входів та вихідних пінів, і ці входи та виходи потрібно правильно налаштувати. Тому використовуються резистори з підтягуванням, щоб забезпечити правильне зміщення входу мікроконтролера або входу цифрових логічних воріток до відомого стану.

Резистори з підтягуванням використовуються разом з транзисторами, перемикачами, кнопками тощо, які переривають фізичне з'єднання наступних компонентів з землею або VCC. Наприклад, схема резистора з підтягуванням показана на нижньому зображенні.

企业微信截图_17101346272890.png — Схема резистора з підтягуванням

企业微信截图_17101346341956.png — Схема резистора з підтягуванням

Як показано, коли перемикач замкнутий, вхідна напруга (Vin) на мікроконтролері або ворітках йде до землі, а коли перемикач відкритий, вхідна напруга (Vin) на мікроконтролері або ворітках підтягується до рівня вхідної напруги (Vin).

Таким чином, резистор з підтягуванням може зміщувати входячий пін мікроконтролера або ворітки, коли перемикач відкритий. Без резистора з підтягуванням, входи на мікроконтролері або ворітках будуть плаваючими, тобто у високопідсиленому стані.

Типова величина резистора з підтягуванням становить 4.7 кОм, але вона може змінюватися в залежності від застосування.

Напад напруги на резисторі

Напад напруги на резисторі нічого іншого, як просто значення напруги на резисторі. Напад напруги також відомий як IR-напад.

Як відомо, резистор — це пасивний електричний елемент, який надає електричне опору для протоку струму. Таким чином, відповідно до закону Ома, він створює напад напруги, коли струм проходить через резистор.

Математично, спад напруги на опорі можна виразити як,

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

Позначення для IR-спадів (Спадів напруги)

Для визначення знаку спаду напруги на опорі дуже важливою є напрямок струму.

Розглянемо опір з опором R, через який струм (I) пройдає від точки A до точки B, як показано на нижньому зображенні.

Отже, точка A знаходиться на більш високому потенціалі, ніж точка B. Якщо ми рухаємося від A до B, V = I R від'ємне, тобто -I R (тобто, падіння потенціалу). Аналогічно, якщо ми рухаємося від точки B до точки A, V = I R додатне, тобто +I R (тобто, підвищення потенціалу).

Таким чином, очевидно, що знак спаду напруги на опорі залежить від напрямку струму через цю опір.

Кольорові коди опорів

Кольорові коди опорів використовуються для ідентифікації значення опору або відсоткової толерантності будь-яких опорів. Кольорові коди опорів використовують кольорові смуги для їх ідентифікації.

Як показано на нижньому зображенні, на опорі друковані чотири кольорові смуги. З трьох смуг друковані поруч, а четверта смуга друкована трохи віддалено від третьої смуги.

4 band resistor color code — Чотирьохсмуговий кольоровий код опору

Перші дві стрічки зліва вказують на значущі цифри, третя стрічка вказує на десятковий множник, а четверта стрічка вказує на допуск.

5 band resistor code — Код кольорів п'ятистрічкового резистора

Нижче наведена таблиця показує значущі цифри, десятковий множник та допуск для різних кольорових кодів резисторів.

Основні моменти:

Золота та срібна стрічка завжди розташовуються праворуч.
Значення резистора завжди читається зліва направо.
Якщо немає стрічки допуску, знайдіть сторону зі стрічкою ближче до контакту і прийміть це за першу стрічку.

Приклад (Як обчислити значення резистора?)

Як показано на нижньому зображенні, у вуглецевого резистора з кольоровим кодуванням перша стрічка зелена, друга — синя, третя — червона, а четверта — золота. Знайдіть характеристики резистора.

Розв'язок:

Відповідно до таблиці кольорового кодування резисторів,

Зелений	Синій	Червоний	Золотий
5	6	102	${\pm 5}{\%}$

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

Отже, значення опору становить $5600\,\,\Omega$ з ${\pm 5}{\%}$ допуском.

Отже, значення опору знаходиться в межах

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

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

Отже, значення опору знаходиться в межах $5880\,\,\Omega$ і $5320\,\,\Omega$ .

Кодування символами або літерами (код RKM)

Іноді резистори можуть бути настільки маленькими, що додавання кольорового кодування стає складним. У таких випадках для специфікації резисторів використовується кодування символами або літерами. Це також називають кодом RKM.

Символи, які використовуються для кодування резисторів, це R, K та M. Коли між двома десятковими числами знаходиться символ, він виконує роль десяткової коми. Наприклад, символ R позначає Оми, K — Кілооми, а M — Мегаоми. Розглянемо приклади цього.

Опір	Літерний код
0,3 Ом	R3
0,47 Ом	R47
1 Ом	1R0
1 кОм	1K
4,7 кОм	4K7
22,3 МОм	22M3
9,7 МОм	9M7
2 МОм	2M

Приклад – Літерний або Цифровий Код

Толерантність вказується як

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

Приклад – Резистор з буквеним кодом:

Типи резисторів

Існує багато типів резисторів, кожен з яких має свої унікальні властивості та конкретні випадки застосування.

Існує два основних типи резисторів: фіксовані резистори та змінні резистори. Обидва ці типи наведені нижче.

Фіксовані резистори

Фіксовані резистори є найбільш широко використовуваним типом резисторів. Вони широко використовуються в електронних схемах для налаштування та регулювання правильних умов в схемі. Типи фіксованих резисторів наведені нижче.

Вуглецеві композитні резистори (вуглецеві резистори)
Вуглецеві купкові резистори
Вуглецеві плівкові резистори
Термістр (тепловий резистор)
Дротові обмотані резистори
Поверхнево-монтувані резистори
Металеві плівкові резистори
Резистори з металевого оксиду
Грубоплівкові резистори
Тонкоплівкові резистори
Фольгові резистори
Надруковані вуглецеві резистори
Амперметричні шунти (резистори для вимірювання струму)
Сітчасті резистори

Змінні резистори

Змінні резистори складаються з одного або декількох фіксованих резисторних елементів і повзунка. Це дає три з'єднання до елемента; два підʼєднуються до фіксованого резисторного елемента, а третє — це повзунок. Переміщуючи повзунок до різних терміналів, ми можемо змінювати значення опору.

Типи змінних резисторів наведені нижче.

Регульовані резистори
Потенціометри
Змінні резистори (реостат)
Десятковий блок опору (блок заміни резисторів)
Варистори (нелінійні резистори)
Фотоопор (LDR) або фоторезистор
Тримери

Інші спеціальні види резисторів включають:

Водяний резистор (водяний реостат, рідкий реостат)
Баластовий резистор
Фенольний формований компаундний резистор
Церметні резистори
Танталові резистори

Розміри резисторів (найпоширеніші значення резисторів)

Розміри резисторів організовані у набір різних серій стандартних значень резисторів. У 1952 році Міжнародна електротехнічна комісія вирішила визначити стандартні значення опору та допуски, щоб збільшити сумісність між компонентами та спростити виробництво резисторів.

Ці стандартні значення називаються E-серією відповідно до IEC 60063 предпочтених числових значень. Ці E-серії класифікуються як E12, E24, E48, E96 та E192 з 12, 24, 48, 96 та 192 різними значеннями в кожному десятку.

Нижче наведені найпоширеніші значення резисторів. Це E3, E6, E12 та E24 стандартні значення резисторів.

E3 стандартна серія резисторів:

E3 серія резисторів є найпоширенішими значеннями, які використовуються в електронній промисловості.

1.0

2.2

4.7

Серія резисторів стандарту E6:

Серія резисторів E3 також найчастіше використовується, і вона надає широкий діапазон типових значень резисторів.

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

Серія стандартних резисторів 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

Стандартна серія резисторів 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

Тolerанція резисторів зазвичай вказується ${\pm 20}{\%}$ , ${\pm 10}{\%}$ , ${\pm 5}{\%}$ , ${\pm 2}{\%}$ , і ${\pm 1}{\%}$ .

З чого виготовляють резистори?

В залежності від застосування, для виготовлення резисторів використовуються різні матеріали.

Резистори виготовляються з вуглецю або міді, що робить складнішим проходження електричного струму через коло.
Найпоширеніший тип і загальнотиповий резистор — це вуглецевий резистор, який найкращим чином підходить для низьковатергових електронних схем.
Для виробництва стандартних обмоткових резисторів використовуються сплави манганину та константану, оскільки вони мають високу резистивність і низький температурний коефіцієнт опору.
Фольга та дріт манганіну використовуються для виготовлення резисторів, таких як амперметр шунти, оскільки манганін має практично нульовий температурний коефіцієнт опору.
Нікель-мідь-манганова сплав використовується для виготовлення стандартних резисторів; обмоткових резисторів, прецизійних обмоткових резисторів тощо. Склад цього сплаву: Нікель = 4%; Мідь = 84%; Манган = 12%.

Які є типові застосування резисторів (Застосування резисторів)

Деякі з застосувань резисторів включають:

Резистори використовуються в усилувачах, генераторах коливань, цифрових мультиметрах, модуляторах, демодуляторах, передавачах тощо.
Фоторезистори використовуються в сигнализаціях проти вламування, детекторах пламення, фотографічних пристроях тощо.
Обмоткові резистори використовуються у шунту з амперметром, де потрібна висока чутливість, балансоване керування струмом та точне вимірювання.

Джерело: Electrical4u.

Заява: Поважайте оригінал, хороші статті варто поширити, якщо є порушення авторських прав, будь ласка, зверніться для видалення.

Дайте гонорар та підтримайте автора

Теми:

Основи електротехніки

Електричний резистор

Про експертів

Electrical4u

China