2. Резисторы
Резистор (англ. resistor, от лат. resisto—сопротивляюсь) — радиокомпонент, основное назначение которого оказывать активное сопротивление электрическому току. Основные характеристики резистора — номинальное сопротивление и рассеиваемая мощность. Наиболее широко используются постоянные резисторы, реже — переменные, подстроечные, а также резисторы, изменяющие свое сопротивление под действием внешних факторов.
Постоянные резисторы бывают проволочными (из провода с высоким и стабильным удельным сопротивлением) и непроволочными (с резистивным элементом, например, в виде тонкой пленки из оксида металла, пиролитического углерода и т. д.). Однако на схемах их обозначают одинаково — в виде прямоугольника с линиями электрической связи, символизирующими выводы резистора (рис. 2.1). Это условное графическое обозначение (УГО) — основа, на которой строятся УГО всех разновидностей резисторов. Указанные на рис. 2.1 размеры УГО резисторов установлены ГОСТом [2] и их следует соблюдать при вычерчивании схем.
На схемах рядом с УГО резистора (по возможности сверху или справа) указывают его условное буквенно-цифровое позиционное обозначение и номинальное сопротивление. Позиционное обозначение состоит из латинской буквы R (Rezisto) и порядкового номера резистора по схеме. Сопротивление от 0 до 999 Ом указывают числом без обозначения единицы измерения (51 Ом —> 51), сопротивления от 1 до 999 кОм — числом со строчной буквой к (100 кОм —> 100 к), сопротивления от 1 до 999 МОм — числом с прописной буквой М (150 МОм —> 150 М).
Если же позиционное обозначение резистора помечено звездочкой (резистор R2* на рис.2.1), то это означает, что сопротивление указано ориентировочно и при налаживании устройства его необходимо подобрать по определённой методике.
Номинальную рассеиваемую мощность указывают специальными значками внутри условного графического обозначения (рис. 2.2).
Постоянные резисторы могут иметь отводы от резистивного элемента (рис. 2.3, а), причем, если необходимо, то символ резистора вытягивают в длину (рис. 2.3, б).
Переменные резисторы используют для всевозможных регулировок. Как правило, у такого резистора минимум три вывода: два — от резистивного элемента, определяющего номинальное (а практически — максимальное) сопротивление, и один — от перемещающегося по нему токосъемника — движка. Последний изображают в виде стрелки, перпендикулярной длинной стороне основного условного графического изображения (рис. 2.4, а). Для переменных резисторов в реостатном включении допускается использовать условное графическое изображение рис. 2.4, б. Переменные резисторы с дополнительными отводами обозначаются так, как показано на рис. 2.4, е. Отводы у переменных резисторов показывают так же, как и у постоянных (см. рис. 2.3).
Для регулирования громкости, тембра, уровня в стереофонической аппаратуре, частоты в измерительных генераторах сигналов применяют сдвоенные переменные резисторы. На схемах условных графических изображений входящие в них резисторы стараются расположить возможно ближе друг к другу, а механическую связь показывают либо двумя сплошными линиями, либо одной штриховой (рис. 2.5, а). Если же сделать этого не удается, т. е. символы резисторов оказываются на удалении один от другого, то механическую связь изображают отрезками штриховой линии (рис. 2.5, б). Принадлежность резисторов к сдвоенному блоку указывают в позиционном обозначении (R2.1 — первый резистор сдвоенного переменного резистора R2; R2.2 — второй).
В бытовой аппаратуре часто применяют переменные резисторы, объединенные с одним или двумя выключателями. Символы их контактов размещают на схемах рядом с условным графическим изображением переменного резистора и соединяют штриховой линией с жирной точкой, которую изображают с той стороны УГО, при перемещении к которой движок воздействует на выключатель, (рис. 2.6, а). При этом имеется в виду, что контакты замыкаются при движении от точки, а размыкаются при движении к ней. В случае если УГО резистора и выключателя на схеме удалены один от другого, механическую связь показывают отрезками штриховых линий (рис. 2.6, б).
Подстроенные резисторы — это разновидность переменных. Узел перемещения движка таких резисторов чаще всего приспособлен для управления отверткой и не рассчитан на частые регулировки. УГО подстроечного резистора (рис. 2.7) наглядно отражает его назначение: практически это постоянный резистор с отводом, положение которого можно изменять.
Из резисторов, изменяющих свое сопротивление под действием внешних факторов, наиболее часто используют терморезисторы (обозначение RK) и варисторы (RU, см. табл. 1.1). Общим для условного графического изображения резисторов этой группы является знак нелинейного саморегулирования в виде наклонной линии с изломом внизу (рис. 2.8).
Для указания внешних факторов воздействия используют их общепринятые буквенные обозначения: tº (температура), U (напряжение) и т. д.
Знак температурного коэффициента сопротивления терморезисторов указывают только в том случае, если он отрицательный (см. рис. 2.8, резистор RK2).
Что такое резистор, классификация резисторов и их обозначения на схемах
Резистор (англ. resistor от лат. resisto — сопротивляюсь) —один из самых распространенных радиоэлементов. Даже в простом транзисторном приемнике число резисторов достигает нескольких десятков, а в современном теле-иизоре их не менее двух-трех сотен.
Резисторы используют в качестве нагрузочных и токоограничительных элементов, делителей напряжения, добавочных сопротивлений и шунтов в измерительных цепях и т. д.
Основным параметром резистора является сопротивление, характеризующее его способность препятствовать протеканию электрического тока. Сопротивление измеряется в омах, килоомах (тысяча Ом) и мегаомах (1 000000 Ом).
Постоянные резисторы
Вначале резисторы изображали на схемах в виде ломаной линии — меандра (рис. 1,а, б), которая обозначала высокоомный прокол, намотанный на изоляционный каркас. По мере усложнения радиоприборов число резисторов в них увеличивалось, и, чтобы облегчить начертание, их с шли изображать на схемах в виде зубчатой линии (рис. 1,в).
На смену этому символу пришел символ в виде прямоугольника (рис. 1,г), который стали применять для обозначения любого резистора, независимо от его конструкции и особенностей.
Рис. 1. Постойнные резисторы и их обозначение.
Постоянные резисторы могут иметь один или несколько отводов от резистивного элемента. На условном обозначении такого резиетора дополнительные выводы изображают в том же порядке, как это имеет место в самом резисторе (рис. 2). При большом числе отводов длину символа допускается увеличивать.
Рис. 2. Постоянные резисторы с отводами — обозначение.
Сопротивление постоянного резистора, как говорит само название, изменить невозможно. Поэтому, если в цепи требуется установить определенный ток или напряжение, то для этого приходится подбирать отдельные элементы цепи, которыми часто являются резисторы. Возле символов этих элементов на схемах ставят звездочку * — знак, говорящий о необходимости их подбора при настройке или регулировке.
Обозначение сопротивления резисторов
Нимннальную мощность рассеяния резистора (от 0,05 до 5 Вт) обозначают специальными знаками, помещаемыми внутри символа (рис. 3). Заметим, мм ни таки не должны касаться контура условного обозначения резистора.
Рис. 3. Обозначение мощности резисторов.
На принципиальной схеме номинальное сопротивление резистора указывают рядом с условным обозначением (рис. 4). Согласно ГОСТ 2.702—7S сопротивлении от 0 до 999 Ом указывают числом без единицы измерения (2,2; 33, 120. ), от 1 до 999 кОм — числом с бумвой к (47 к, 220 к, 910к и т. д.),свыше 1 мегаома — числом с буквой М (1 М, 3,6М и т. д.).
Рис. 4. Обозначение сопротивления для резисторов на схемах.
На резисторах отечественного производства номинальное сопротивление, допускаемое отклонение от него, а если позволяют размеры, и номинальную мощность рассеяния указывают в виде полного или сокращенного (кодированного) обозначения.
Согласно ГОСТ 11076—69 единицы сопротивления в кодированной системе обозначают буквами Е (ом), К (килоом) и М (мегаом). Так, резисторы сопротивлением 47 Ом маркируют 47Е, 75 Ом —75Е, 12 кОм — 12К, 82 кОм —82К и т. д.
Сопротивления от 100 до 1000 Ом и от 100 до 1000 кОм выражают в долях килоома и мегаома соответственно, причем на месте нуля и запятой ставят соответствующую единицу измерения:
- 180 Ом = 0,18 кОм = К18;
- 910 Ом = 0,91 кОм = К91;
- 150 к0м = 0,15 МОм = М15;
- 680 к0м = 0,68 МОм = М68 и т. д.
Если же номинальное сопротивление выражено целым числом с дробью, то единицу измерения ставят на месте запятой: 2,2 Ом — 2Е2; 5,1 кОм —5К1; 3,3 МОм — ЗМЗ и т. д.
Кодированные буквенные обозначения установлены и для допускаемых отклонений сопротивления от номинального. Допускаемому отклонению ±1% -соответствует буква Р, ±2%—Л, ±5%—И, ±10% —С, ±20%—В. Таким образом, надпись на корпусе резистора К75И обозначает номинальное сопротивление 750 Ом с допускаемым отклонением ±5%; надпись МЗЗВ — 330 кОм ±20% и т. д.
Переменные резисторы
Переменные резисторы, как правило, имеют минимум три вывода: от концов токопроводящего элемента и от щеточного контакта, который может перемещаться по нему. С целью уменьшения размеров и упрощения конструкции токопроводящий элемент обычно выполняют в виде незамкнутого кольца, а щеточный контакт закрепляют на валике, ось которого проходит через его центр.
Таким образом, при вращении валика контакт перемещается по поверхности токопроводящего элемента, в результате сопротивление между ним и крайними выводами изменяется.
В непроволочных переменных резисторах обладающий сопротивлением то-копроводящий слой нанесен на подковообразную пластинку из гетинакса или текстолита (резисторы СП, СПЗ-4) или впрессован в дугообразную канавку керамического основания (резисторы СПО).
В проволочных резисторах сопротивление создается высокоомным проводом, намотанным в один слой на кольцеобразном каркасе. Для надежного соединения между обмоткой и подвижным контактом провод зачищают на глубину до четверти его диаметра, а в некоторых случаях и полируют.
Существуют две схемы включения переменных резисторов в электрическую цепь. В одном случае их используют для регулирования тока в цепи, и тогда регулируемый резистор называют реостатом, в другом — для регулирования напряжения, тогда его называют потенциометром. Показанное на рис. 5 условное графическое обозначение используют, когда необходимо изобразить реостат в общем виде.
Для регулирования тока в цепи переменный резистор можно включить диумя выводами: от щеточного контакта и одного из концов токопроводящего элемента (рис. 6,а). Однако такое включение не всегда допустимо.
Рис. 5. Реостаты и переменные резисторы — условное обозначение.
Если, например, в процессе регулирования случайно нарушится соединение щеточного контакта с токопроводящим элементом, электрическая цепь ока-1 жется разомкнутой, а это может явиться причиной повреждения при
бора. Чтобы исключить такую возможность, второй вывод токопроводящего элемента соединяют с выводом щеточного контакта (рис. 6,б). В этом случае даже при нарушении соединения электрическая цепь не будет разомкнута.
Общее обозначение потенциометра (рис. 6,в) отличается от символа реостата без разрыва цепи только отсутствием соединения выводов между собой.
Рис. 6. Обозначение потенциометра на принципиальных схемах.
К переменным резисторам, применяемым в радиоэлектронной аппаратуре, часто предъявляются требования по характеру изменения сопротивления при повороте их оси.
Так, для регулирования громкости в звуковоспроизводящей аппаратуре необходимо, чтобы сопротивление между выводом щеточного контакта и правым (если смотреть со стороны этого контакта) выводом токопроводящего элемента изменялось по показательному (обратному логарифмическому) закону.
Только в этом случае наше ухо воспринимает равномерное увеличение громкости при малых и больших уровнях сигнала. В измерительных генераторах сигналов звуковой частоты, где в качестве частотозадающих элементов часто используют переменные резисторы, также желательно, чтобы их сопротивление изменялось по логарифмическому или показательному закону.
Если это условие не выполнить, шкала генератора получается неравномерной, что затрудняет точную установку частоты.
Промышленность выпускает непроволочные переменные резисторы, в основном, трех групп:
- А — с линейной,
- Б — с логарифмической,
- В — с обратно-логарифмической зависимостью сопротивления между правым и средним выводами от угла поворота оси ф (рис. 47,а).
Резисторы группы А используют в радиотехнике наиболее широко, поэтому характеристику изменения их сопротивления на схемах обычно не указывают. Если же переменный резистор нелинейный (например, логарифмический) и это необходимо указать на схеме, символ резистора перечеркивают знаком нелинейного регулирования, возле которого (внизу) помещают соответствующую математическую запись закона изменения.
Рис. 7. Переменный резистор с обратно-логарифмической зависимостью сопротивления.
Резисторы групп Б и В конструктивно отличаются от резисторов группы А только токопроводящим элементом: на подковку таких резисторов наносят токопроводящий слой с удельным сопротивлением, меняющимся по ее длине. В проволочных резисторах форму каркаса выбирают такой, чтобы длина витка высокоомного провода менялась по соответствующему закону (рис. 7,6).
Регулируемые резисторы
Регулируемые резисторы — резисторы, сопротивление которых можно изменять в определенных пределах, применяют в качестве регуляторов усиления, громкости, тембра и т. д. Общее обозначение такого резистора состоит из базового символа и знака регулирования, причем независимо от положения символа на схеме стрелку, обозначающую регулирование, проводят в направлении снизу вверх под углом 45 градусов.
Регулируемые резисторы имеют относительно невысокую надежность и ограниченный срок службы. Кому из владельцев радиоприемника или магнитофона не приходилось после двух-трех лет эксплуатации слышать шорохи п треоки из громкоговорителя при регулировании громкости.
Причина этого неприятного явления — в нарушении контакта щетки с токопроводящим слоем или износ последнего. Поэтому, если основным требованием к переменному резистору является повышенная надежность, применяют резисторы со ступенчатым регулированием.
Такой резистор может быть выполнен на базе переключателя на несколько положений, к контактам которого подключены ре-, зисторы постоянного сопротивления. На схемах эти подробности не показывают, ограничиваясь изображением символа регулируемого резистора со знаком ступенчатого регулирования, а если необходимо, указывают и число ступеней (рис. 8).
Рис. 8. Изображение символа регулируемого резистора со знаком ступенчатого регулирования.
Некоторые переменные резисторы изготовляют с одним, двумя и даже с тремя отводами. Такие резисторы применяют, например, в тонкомпенсиро-ванных регуляторах громкости, используемых в высококачественной звуковоспроизводящей аппаратуре. Отводы изображают в виде линий, отходящих от длинной стороны основного символа (рис. 9).
Рис. 9. Обозначение переменного резистора с отводами.
Для регулирования громкости, тембра, уровня записи в стереофонической аппаратуре, частоты в измерительных генераторах сигналов и т. д. применяют сдвоенные переменные резисторы, сопротивления которых изменяются одновременно при повороте общей оси (или перемещении движка). На схемах символы входящих в них резисторов стараются расположить возможно ближе друг к другу, а механическую связь показывают либо двумя сплошными линиями, либо одной штриховой (рис. 10,а).
Рис. 10. Внешний вид и обозначение блоков с переменными резисторами.
Если же сделать этого не удается, т. е. символы резисторов оказываются на большом удалении один от другого, механическую связь изображают отрезками штриховой линии (рис. 10,6). Принадлежность резисторов к одному сдвоенному блоку показывают в этом случае и в позиционном обозначении (R1.1—первый — по схеме — резистор сдвоенного переменного резистора R1, R1.2 — второй).
Встречаются и такие сдвоенные переменные резисторы, в которых каждым резистором можно управлять отдельно (ось одного проходит внутри трубчатой оси другого). Механической связи, обеспечивающей одновременное изменение сопротивлений обоих резисторов, в этом случае нет, поэтому и на схемах ее не показывают (принадлежность к сдвоенному резистору указывают только в позиционном обозначении).
В бытовой радиоаппаратуре часто применяют переменные резисторы, объединенные с одним или двумя выключателями. Символы их контактов размещают на схемах рядом с обозначением переменного резистора и соединяют штриховой линией с жирной точкой, которую изображают с той стороны прямоугольника, при перемещении к которой узел щеточного контакта (движок) воздействует на выключатель (рис. 11,а).
Рис. 11. Обозначение переменного резистора совмещенного с переключателем.
При этом имеется в виду, что контакты замыкаются при движении от точки, а размыкаются при движении к ней. В случае, если символы резистора и выключателя удалены один от другого, механическую связь показывают отрезками штриховых линий (рис. 11,6).
Подстроечные резисторы
Подстроечные резисторы — разновидность переменных. Узел щеточного контакта таких резисторов приспособлен для управления отверткой. Условное обозначение подстроечного резистора (рис. 12) наглядно отражает его назначение: это, по сути, постоянный резистор с отводом, положение которого можно изменять.
Рис. 12. Внешний вид и обозначение подстроечных резисторов.
Общее обозначение подстроечного резистора отличается тем, что вместо знака регулирования использован знак подстроечного регулирования.
Нелинейные резисторы
В радиотехнике, электронике и автоматике находят применение нелинейные саморегулирующиеся резисторы, изменяющие свое сопротивление поя действием внешних электричеоких или неэлектрических факторов: угольные столбы, варисторы, терморезисторы и tj д.
Угольный столб, представляющий собой пакет угольных шайб, изменяет свое сопротивление под действием механического усилия.
Рис. 13. Вид и обозначение нелинейных саморегулирующихся резисторов.
Для сжатия шайб обычно используют электромагнит. Изменяя напряжение на его обмйтке, можно в больших пределах изменять степень сжатия шайб и, следовательно, сопротивление угольного столба.
Используют такие резисторы в стабилизаторах и регуляторах напряжения. Условное обозначение угольного столба состоит из ба-зовцго символа резистора и знака нелинейного саморегулирования с буквой Р, которая символизирует механическое усилие — давление (рис. 13,а).
Терморезисторы, как говорит само название, характеризуются тем, что их сопротивление изменяется под действием температуры. Токопроводящие элементы этих резисторов изготовляют из полупроводниковых материалов.
Сопротивление терморезистора прямого подогрева изменяется за счет выделяющейся в нем мощности или при изменении температуры окружающей среды, а терморезистора косвенного подогрева — под действием тепла, выделяемого специальным подогревателем.
Зависимость сопротивления терморезисторов от температуры имеет нелинейный характер, поэтому на схемах их изображают в виде нелинейного резистора со знаком температуры —1° (рис. 13,6, в).
Знак температурного коэффициента сопротивления (положительный, если с увеличением температуры сопротивление терморезистора возрастает, и отрицательный, если оно уменьшается) указывают только в том случае, если он отрицательный (рис. 13,в).
В условное обозначение терморезистора косвенного подогрева кроме знака нелинейного регулирования входит символ подогревателя, напоминающий перевернутую латинскую букву U (рис. 13,г).
Нелинейные полупроводниковые резисторы, известные под названием варисторов, изменяют свое сопротивление при изменении приложенного к ним напряжения.
Существуют варисторы, у которых увеличение напряжения всего в 2—3 раза сопровождается уменьшением сопротивления в несколько десятков раз. На схемах их обозначают в виде нелинейного саморегулирующегося резистора с латинской буквой U (напряжение) у излома знака саморегулирования (рис. 13,3).
В системах автоматики широко используют фоторезисторы — полупроводниковые резисторы, изменяющие свое сопротивление под действием света. Условное графическое обозначение такого резистора состоит из базового символа, помещенного в круг (символ корпуса полупроводникового прибора), и знака фотоэлектрического эффекта — двух наклонных параллельных стрелок.
Резисторы
Поскольку соотношение между напряжением, током и сопротивлением в любой цепи настолько постоянное, мы можем надежно контролировать в цепи любую из этих переменных, просто управляя двумя другими. Возможно, самой простой для управления переменной в любой цепи является ее сопротивление. Это управление сопротивлением можно реализовать, изменив материал, размер и форму проводящих компонентов (помните, как тонкая металлическая нить накала лампы создавала большее электрическое сопротивление, чем толстый провод?).
Что такое резистор?
Специальные компоненты, называемые резисторами, созданы специально для создания точного количества сопротивления, добавляемого в схему. Обычно они изготавливаются из металлической проволоки или углерода и спроектированы так, чтобы поддерживать стабильное значение сопротивления в широком диапазоне условий окружающей среды. В отличие от ламп, они не излучают свет, но выделяют тепло, поскольку в работающей схеме ими рассеивается электрическая энергия. Однако обычно резистор предназначен не для выработки полезного тепла, а просто для обеспечения точного количества электрического сопротивления.
Условные обозначения и номиналы резисторов на схеме
Условное обозначение резистора на схеме согласно ГОСТу – прямоугольник размером 4 мм x 8 мм. В англоязычной литературе распространено обозначение резистора в виде пилообразной линии:
Рисунок 1 – Условное графическое обозначение резистора
Номиналы резисторов в омах обычно отображаются на схеме в виде чисел рядом с условным обозначением, а если в цепи присутствует несколько резисторов, они будут помечены уникальным идентификационным номером, таким как R1, R2, R3 и т.д. Как видите, обозначения резисторов могут быть показаны горизонтально или вертикально:
Рисунок 2 – Обозначение номиналов резисторов на схеме (резисторы 150 Ом и 25 Ом)
Ниже показано несколько примеров резисторов разных типов и размеров:
Рисунок 3 – Примеры резисторов
Также на схеме можно показать, что резистор имеет переменное, а не фиксированное сопротивление. Это может быть сделано с целью описания реального физического устройства, разработанного для обеспечения регулируемого сопротивления, или может быть для того, чтобы показать какой-то компонент, который просто имеет нестабильное сопротивление:
Рисунок 4 – Условное графическое обозначение переменного резистора
Фактически, каждый раз, когда вы видите обозначение компонента с нарисованной по диагонали стрелкой, это означает, что этот компонент имеет переменное, а не фиксированное значение. Этот символ «модификатор» (диагональная стрелка) является стандартным дополнением к обозначению электронных компонентов.
Переменные резисторы
Переменные резисторы должны иметь какие-то физические средства регулировки, либо вращающийся вал, либо рычаг, который можно перемещать, чтобы изменять величину электрического сопротивления. На фотографии ниже показаны устройства, называемые потенциометрами, которые можно использовать как переменные резисторы:
Рисунок 5 – Потенциометр
Номинальная мощность резисторов
Поскольку резисторы рассеивают тепловую энергию по мере того, как электрические токи через них преодолевают «трение» их сопротивления, то резисторы также оцениваются с точки зрения того, сколько тепловой энергии они могут рассеять без перегрева и повреждения. Естественно, эта номинальная мощность указывается в физических единицах измерения, «ватт». Большинство резисторов, используемых в небольших электронных устройствах, таких как портативные радиоприемники, рассчитаны на 1/4 (0,25) Вт или меньше. Номинальная мощность любого резистора примерно пропорциональна его физическому размеру. Обратите внимание на первую фотографию резисторов, как номинальная мощность соотносится с размером: чем больше резистор, тем выше его номинальная мощность. Также обратите внимание на то, что сопротивление (в омах) не имеет ничего общего с размером! Хотя сейчас может показаться бессмысленным иметь устройство, которое не делает ничего, кроме сопротивления электрическому току, резисторы – чрезвычайно полезные устройства в схемах. Поскольку они просты и так часто используются в мире электричества и электроники, мы потратим много времени на анализ схем, состоящих только из резисторов и источноков питания.
Чем полезны резисторы?
Для практической иллюстрации полезности резисторов посмотрите фотографию ниже. Это изображение печатной платы: сборка, состоящая из изолирующих слоев стеклотекстолита и слоем проводящих медных дорожек, в которую можно вставлять компоненты и закреплять их с помощью процесса низкотемпературной сварки, называемого «пайкой». Различные компоненты на этой печатной плате обозначены напечатанными метками. Резисторы обозначаются любой меткой, начинающейся с буквы «R».
Рисунок 6 – Пример резисторов на печатной плате
Эта конкретная печатная плата представляет собой дополнение к компьютеру, называемое «модемом», которое позволяет передавать цифровую информацию по телефонным линиям. На плате этого модема можно увидеть, как минимум, дюжину резисторов (все с номинальной рассеиваемой мощностью 0,25 Вт). Каждый из черных прямоугольников (называемых «интегральными схемами» или «микросхемами», или «чипами») также содержит свой собственный массив резисторов, необходимый для работы. На другом примере печатной платы показаны резисторы, упакованные в еще меньшие корпуса, называемые SMD («surface mount device», «устройство поверхностного монтажа»). Эта конкретная печатная плата является нижней стороной жесткого диска компьютера; и снова припаянные к ней резисторы обозначены метками, начинающимися с буквы «R»:
Рисунок 7 – Пример резисторов на печатной плате
На этой печатной плате более сотни резисторов поверхностного монтажа, и это количество, конечно, не включает резисторы, встроенные в черные «чипы». Эти две фотографии должны убедить любого, что резисторы (устройства, которые «просто» препятствуют прохождению электрического тока) – очень важные компоненты в области электроники!
«Нагрузка» на принципиальных схемах
На схемах символы резисторов иногда используются для иллюстрации обобщенного типа устройств, выполняющих что-то полезное с электрической энергией. Любое неконкретизированное электрическое устройство обычно называется нагрузкой, поэтому, если вы видите схему с символом резистора с пометкой «нагрузка», особенно в учебной принципиальной схеме, объясняющей какие-либо концепции, не связанные с фактическим использованием электроэнергии, этот символ может просто быть своего рода сокращением чего-то еще более практичного, чем резистор.
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
Подставляя известные значения напряжения (E) и силы тока (I) в эти два уравнения, мы можем определить сопротивление цепи (R) и рассеиваемую мощность (P):
\(P = (2 \ А)(10 \ В) = 20 \ Вт\)
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.
Материалы, из которых изготавливаются резисторы
В мире можно найти резисторы, изготовленные из самых разных материалов, каждый из которых имеет свои свойства и определенные области применения. Большинство инженеров-электронщиков используют типы, указанные ниже.
Проволочные резисторы
Рисунок 9 – Проволочные резисторы
Проволочные резисторы изготавливаются путем наматывания по спирали проволоки с высоким сопротивлением вокруг непроводящего сердечника. Обычно они применяются там, где нужна высокая точность или большая мощность. Сердечник обычно изготавливается из керамики или стекловолокна, а резистивная проволока из никель-хромового сплава, которая не подходит для приложений с частотами выше 50 кГц. Достоинствами проволочных резисторов являются низкий уровень шума и устойчивость к колебаниям температуры. Доступны резисторы со значениями сопротивления от 0,1 до 100 кОм и с точностью от 0,1% до 20%.
Металлопленочные резисторы
Рисунок 10 – Металлопленочные резисторы
Для металлопленочных резисторов обычно используют нитрид нихрома или тантала. Резистивный материал обычно составляет комбинация керамического материала и металла. Значение сопротивления изменяется путем вырезания с помощью лазера или абразива спирального рисунка в пленке, очень похожей на углеродную пленку. Металлопленочные резисторы обычно менее стабильны при изменениях температуры, чем проволочные резисторы, но лучше справляются с более высокими частотами.
Металлооксидные пленочные резисторы
Рисунок 11 – Металлооксидные пленочные резисторы
В металлооксидных резисторах используются оксиды металлов, такие как оксид олова, что немного отличает их от металлопленочных резисторов. Эти резисторы надежны и стабильны и работают при более высоких температурах, чем металлопленочные резисторы. По этой причине металлооксидные пленочные резисторы используются в приложениях, требующих высокой износостойкости.
Фольговые резисторы
Рисунок 12 – Фольговые резисторы
Фольговый резистор, разработанный в 1960-х годах, по-прежнему остается одним из самых точных и стабильных типов резисторов, которые вы найдете, и которые используются в приложениях с высокими требованиями к точности. Резистивный элемент составляет тонкая объемная металлическая фольга, которая приклеена на керамическую подложку. Фольговые резисторы имеют очень низкий температурный коэффициент сопротивления (ТКС).
Углеродные композиционные резисторы
Рисунок 13 – Углеродные композиционные резисторы
До 1960-х годов углеродные композиционные резисторы были стандартом для большинства приложений. Они надежны, но не очень точны (их допуск не может быть лучше примерно 5%). Для резистивного элемента углеродных резисторов используется смесь мелких частиц углерода и непроводящего керамического материала. Резистивному веществу придают форму цилиндра и запекают. Величину сопротивления определяют размеры корпуса и соотношение углерода и керамики. Использование большего количества углерода в процессе означает более низкое сопротивление. Углеродные композиционные резисторы по-прежнему полезны для определенных приложений из-за своей способности выдерживать мощные импульсы, хорошим примером применения может быть источник питания.
Углеродные пленочные резисторы
Углеродные пленочные резисторы представляют собой тонкую углеродную пленку (разрезанную по спирали для увеличения резистивного пути) на изолирующем цилиндрическом сердечнике. Такая конструкция позволяет получить более точное значение сопротивления, а также увеличивает величину сопротивления. Углеродные пленочные резисторы намного точнее, чем углеродные композиционные резисторы. В приложениях, требующих стабильности на высоких частотах, используются специальные углеродные пленочные резисторы.
Ключевые показатели эффективности (KPI)
Ключевые показатели эффективности резисторов для каждого материала можно найти ниже:
Обозначение резисторов
Резистор представляет собой пассивный элемент, без которого практически неработоспособна любая электрическая схема. Основная задача данной детали – это осуществление линейных преобразований параметров электрического тока. Достаточно наглядно это можно уяснить из формулы закона Ома, которая для участка цепи имеет следующий вид — I=U/R. Изменяя значение R (характеризующее величину сопротивления) можно регулировать другие параметры электрического тока. Также литера «R» используется для обозначения резисторов на схеме.
Необходимо отметить, что схематическое изображение сопротивления (резистора) в разных странах имеют разный вид. Так для зарубежной документации нередко используется фигура, изображенная на рис.1. Для отечественных электриков привычным является условное обозначение резисторов пример, которого приведен на рис.2.
Рассмотрим более подробно варианты и особенности обозначения резисторов (сопротивлений), а также отображение их характеристик, свойственных для электрических схем, которые используются в отечественной электротехнике.
Условные обозначения резисторов и их характеристик на электрических схемах
Графические обозначения резисторов имеют строго определенный вид, который определен ГОСТом 2.728-74. Рассмотрим основные варианты изображений сопротивлений в зависимости от их типа. Итак, резисторы бывают:
— постоянными, т.е. их сопротивление в Омах не меняется. На схемах они соответствуют примеру, изображенному на рис.2. В случае если требуется указать величину номинального рассеяния мощности, то в УГО (условное графическое изображение) вносятся некоторые изменения (рис.3).
— переменные резисторы. Эти элементы имеют плавную или ступенчатую регулировку величины сопротивления. Обозначение на схемах соответствуют рис.4.
Также в данном ГОСТе оговорены варианты обозначений для резисторов:
- с симметричными и несимметричными отводами;
- с нелинейным регулированием;
- связанных и несвязанных механически;
- с замыкающим контактом и т.д.
Обозначение на схемах характеристик сопротивления резисторов
Основной характеристикой резистора является величина его сопротивления. На схемах этот параметр, как правило, располагается с буквенным обозначение «R» в виде цифр. Есть небольшая особенность – если после числового номинала следует буквенная маркировка «К» или «М», то сопротивление данного резистора соответствует произведению данного числа на тысячу или миллион. Аналогично обозначается сопротивление и на корпусе самой детали, если площадь это позволяет. Иногда можно встретить маркировку другого вида, например, 2К4. Здесь все просто. Сопротивление данного резистора будет равно 2400 Ом. Более полную информацию по буквенно-цифровой маркировке можно посмотреть в табл.2 ГОСТа 28883-90 (МЭК 62-74).
Сложнее обстоит дело, когда деталь имеет настолько маленькие размеры, что нанести на корпус резистора его параметры технически невозможно. Это также относиться к обозначению SMD резисторов, которые получили в последнее время широкое распространение благодаря миниатюрным размерам. Используются они для поверхностной пайки в электронных платах различных изделий.
Обозначение номиналов SMD резисторов
Данные типы резисторов отличаются по внешнему виду от привычных изделий и как говорилось выше имеют минимальные размеры. Обозначение номинала сопротивления SMD резисторов может осуществляться их буквенно-цифровой маркировкой в следующих вариантах:
- трехзначное число. Первые две сообщают о величине сопротивления в Омах, а последняя является множителем. Проще говоря первые два числа умножаются на 10 в степени соответствующей последней цифре;
- четырехзначное число. Первые три цифры являются номиналом, а последняя множителем, как и в предыдущем случае;
- двухзначное число, дополненное буквенным индексом. Это наиболее непростой вариант и для выяснения номинала сопротивления такого SMD резистора необходимо воспользоваться специальной таблицей.
Цветовое обозначение характеристик резисторов
Идея маркировки резисторов цветами, появилась вследствие минимизации их размеров и невозможности нанесения на корпус деталей буквенно-цифрового кода. Данное обозначение наносится в виде полос или колец, таким образом, чтобы характеристики детали можно было определить вне зависимости от ее положения на плате или в электрической цепи устройства.
Требования к цветовому обозначение характеристик проволочных резисторов изложены в ГОСТ 28883-90 (МЭК 62-74), а сами значения приведены в таблице 1 данного документа.
Таблица 1 ГОСТ 28883-90
Количество цветных колец может колебаться от трех до шести. Считывание необходимо начинать с той полосы которая расположена наиболее близко к одному из контактов. В отдельных случаях, когда нет возможности нанести маркировку с однозначной интерпретацией какой цвет является начальным, первый цвет наносят в виде утолщённой в 2 раза полосы или кольца.
В заключение можно отметить, чтобы однозначно и правильно идентифицировать маркировку и обозначения характеристик резисторов необходимо обратиться к вышеуказанным нормативным документам. Также желательно отслеживать появление новых изменений в данную литературу, что является особенно актуальным в современных условиях развития электротехники и выпуску новых видов деталей, применяемых в электрических схемах приборов и устройств.