Использование резисторов в электронике. » Хабстаб

Резистор можно охарактеризовать тремя параметрами:

• сопротивление
  
• допуск
  
• мощность
  

Для того чтобы понять, что такое сопротивление, давайте представим себе трубу, по которой течёт вода. Так как движению воды в трубе ничего не мешает, напор на выходе трубы будет равен напору на входе трубы. Теперь давайте мысленно разрежем трубу на две части и поместим между ними сетку, такую же, как у ситечка, которым мы сеем муку. Желательно ещё представить, что эта сетка обладает некоторой толщиной, но это необязательно. Теперь напор на выходе трубы будет отличаться от напора на входе трубы, а насколько он будет отличаться будет зависеть от размера ячейки сетки.

Если провести аналогию с электрической цепью, то ток — это вода, а резистор — сетка, а размер ячейки — сопротивление. Функция сетки — ограничение потока воды, а основное назначение резистора в электрических цепях — ограничение тока.

Допуск показывает насколько реальное сопротивление резистора, может отличается от заявленного. Резистор 100 ом с допуском в 5%, в действительности может обладать сопротивлением от 95 до 105 ом.

Известно что при протекании тока через проводник, последний нагревается, то есть электрическая энергия превращается в тепловую. Мощность резистора определяет какое количество тепла он способен рассеивать. С другой стороны, если записать формулу мощности следующим образом

P = U²/R

P = I²*R

Становится понятно, что мощность определяет максимальный ток, протекающий через резистор или максимальное напряжение, которое может быть к нему приложено. Как правило, более мощные резисторы обладают большими размерами.

Применение резистора.

Токоограничивающий резистор.
Как Вы думаете можно ли подключить светодиод, падение напряжения на котором 2V, к кроне на клеммах которой напряжение 9V?
Конечно можно, надо только ограничить ток текущий через светодиод и в этом нам поможет резистор.

Такой резистор называют токоограничивающим, потому что в данной схеме он предназначен для ограничения тока через светодиод. Его сопротивление легко рассчитать воспользовавшись законом Ома.

I = (Uкроны — Uдиода)/R

А ток через светодиод не должен превышать 20mA, тогда у нас получится следующее

R = (Uкроны — Uдиода)/I

R = (9 –2)/0.02 = 350 ом

Сопротивление можно взять большего номинала, например 470 ом, при этом диод будет не так ярко светиться.

Подтягивающий резистор.
На картинке ниже изображены 4 микросхемы, к двум верхним кнопка подключена без подтягивающего резистора, а к двум нижним с подтягивающим резистором.

Давайте рассмотрим две верхние микросхемы, когда кнопка нажата, на первом выводе левой микросхемы будет 0V или логический ноль, а на первом выводе правой микросхемы будет напряжение питания или логическая единица. Определить в каком состоянии находится вывод микросхемы когда кнопка не нажата нельзя, вывод просто болтается в воздухе и ловит наводки, которые являются источником ложных срабатываний. Состояние первого вывода нижних микросхем всегда определено, у левой микросхемы, на первом выводе когда кнопка не нажата — логическая единица, когда кнопка нажата — логический ноль, у правой наоборот. Если заменить подтягивающий резистор куском провода, то при нажатии кнопки плюс подключался бы к минусу и ток стремился бы к бесконечности.
Подведём итоги, подтягивающий резистор позволяет избежать состояния неопределённости и ограничивает ток.

Делитель напряжения.
С помощью двух последовательно соединённых резисторов можно разделить напряжение кроны на несколько частей, причём чем больше сопротивление резистора, тем больше на нём падение напряжения.

Рассчитать падение напряжения на каждом из резисторов очень просто, для этого надо по закону Ома вычислить ток, протекающий через них и умножить его на сопротивление каждого из резисторов.

Задание коэффициента усиления операционного усилителя(ОУ)
В данной схеме с помощью резисторов задаётся коэффициент усиления ОУ, но если присмотреться становится понятно, что резисторы на схеме образуют обычный делитель.

Времязадающие цепи.
Резистор совместно с конденсатором образует RC цепочку, с помощью которой можно измерять временный промежутки. Подробнее об этом можно прочитать тут.

Фильтры.
Та же RC цепочка может быть использована как фильтр, высоких или низких частот.

Такие фильтры называют пассивными, в зависимости от номинала резистора и конденсатора они могут без изменения пропускать одни частоты и ослаблять другие.

Кроме обычного резистора о котором писалось выше, существуют резисторы способные изменять своё сопротивление в зависимости от внешних условий. Например, термистор, который изменяет своё сопротивление в зависимости от температуры, или фоторезистор, сопротивление которого зависит от освещения.

Резисторы Р1-34 | РЕОМ

Резисторы толстоплёночные с расширенным диапазоном сопротивлений Р1-34.

Резисторы постоянные непроволочные высокоомные изолированного варианта исполнения Р1-34, с расширенным диапазоном сопротивлений, предназначены для работы в цепях постоянного и переменного тока. Виды климатического исполнения УХЛ 4.2 по ГОСТ 15150.

Резисторы изготовляют в пожаробезопасном исполнении.

Габаритные размеры:

Пример условного обозначения резистора Р1-34 при заказе и в конструкторской документации:

Резистор Р1-34 100 Мом ±10 % АБШК.434110.020 ТУ.

Технические характеристики:

Тип резистора	Номинальная мощность, Вт	Диапазон номинального сопротивления, кОм	Допускаемое Отклонение, %	Предельное напряжение,  В
Р1-34	0,125	1 · 106 – 1 · 1011	±  2;  ±  5;  ±  10	200

Промежуточные значения номинальных сопротивлений резисторов Р1-34 соответствуют ряду Е24, Е48.

По согласованию возможно изготовление номинальных сопротивлений из других стандартных рядов.

Диапазон рабочих температур, без снижения номинальной мощности рассеяния, от минус 60 до +85 °С.

Максимально допустимая рабочая температура, при снижении мощности рассеяния +150 °С.

Воздействующие факторы и их характеристики:

Воздействующие факторы и их характеристики	Значение характеристики
Климатические факторы
Повышенная температура среды:
рабочая без подачи напряжения, °С предельная, °С	+125 +70
Пониженная температура среды:
рабочая, °С предельная, °С	минус 60 минус 60
Смена температур от рабочей повышенной температуры среды без подачи напряжения, °С до рабочей пониженной температуры среды, °С	+ 155 минус 60
Повышенная относительная влажность:
при 25 °С , % степень жесткости по ГОСТ 20. 57.406	80 I
Атмосферное пониженное давление:
рабочее, кПа (мм рт.ст.) предельное, кПа (мм рт.ст.)	53,3 (400) 19,4 (145)
Атмосферное повышенное давление, кПа (кгс см)	294 (3)

Указания по применению и эксплуатации:

При применении, монтаже и эксплуатации резисторов следует руководствоваться указаниями, приведенными в ГОСТ 24238 и РД 11 0636.

Монтаж резисторов производить пайкой паяльником мощностью не более 25 Вт, припоем ПОС 61 ГОСТ 21931 при температуре (260±5) °С с применением теплоотвода (пинцета). Время припаивания не должно превышать 4 с. Расстояние места пайки от корпуса резистора не менее 5 мм. Допускается 3-х кратная пайка.

При эксплуатации резисторов (при воздействии механических нагрузок), требующих жесткого крепления за корпус, допускается использование лаков, клеев и других клеющих материалов, компоненты которых и технология их применения не нарушают защитных покрытий резисторов и не ухудшают их свойства и характеристики во всех режимах и условиях эксплуатации.

Значения резонансных частот при креплении резисторов свыше 3000 Гц.

Изменение сопротивления резисторов при изменении напряжения от 10 до 200 В не более ±25%.

Правила хранения:

Резисторы следует хранить в складских условиях при температуре +5. ..+30 °С, при относительной влажности воздуха не более 85% и при отсутствии в воздухе агрессивных примесей.

Использование и применение резисторов

Резисторы являются основными компонентами почти всех электрических или электронных схем. Резисторы управляют величиной тока, протекающего через них. Они контролируют напряжение в отдельных компонентах, подключенных к ним. Без резисторов отдельные компоненты не могут справиться с напряжением, что может привести к перегрузке.

[adsense1]

Outline

Подтягивающие резисторы

В электронных схемах важно, чтобы вход логической системы поддерживался или устанавливался на четко определенном и фиксированном логическом значении при любых условиях. Логические схемы имеют три возможных состояния, а именно. высокий, низкий и высокий импеданс. Состояние высокого импеданса возникает, когда контакт остается плавающим, то есть не подключен ни к высокому, ни к низкому. Поэтому его также называют плавающим состоянием.

Рассмотрим следующую схему.

Здесь вентиль U1, который является инвертором, имеет два вывода — входной и выходной.

Когда переключатель S1 замкнут, входной контакт соединен с определенным электрическим потенциалом, в данном случае с землей. Следовательно, состояние входа низкое, а состояние стабильное.

[adsense2]

Когда переключатель S1 разомкнут, входной контакт U1 находится в плавающем состоянии, то есть ни к чему не подключен. В этом случае состояние входа U1 не определено. Это очень слабое государство. Электрические помехи в цепи вызовут множество проблем. Из-за этих электрических шумов вход затвора становится высоким или низким.

Следовательно, необходимо соединение для подключения входного контакта к электрическому потенциалу, когда переключатель разомкнут. Это соединение должно быть удалено, когда переключатель замкнут. Следуя этой методике, мы можем поддерживать входной контакт U1 в устойчивом состоянии, когда переключатель разомкнут или замкнут.

В приведенной выше схеме, когда переключатель разомкнут, вход подключен к VCC. Это соединение гарантирует, что вход подключен к действительному электрическому потенциалу-VCC. Следовательно, когда переключатель разомкнут, вход находится в состоянии ВЫСОКИЙ.

Но есть проблема в цепи, когда выключатель замкнут. Когда переключатель замкнут, существует прямое соединение между VCC и землей. Это прямое соединение приведет к короткому замыканию. Меньше всего в этом случае ожидается, что вся система перестанет работать. В худшем случае это сожжет провода и подключенные к ним компоненты.

Причина этого в том, что прямое соединение VCC и земли позволяет протекать большому току от VCC к земле. Это соединение выделяет большое количество тепла, которое может сжечь провода и детали и даже привести к возгоранию.

Следовательно, необходимо ограничить величину тока, протекающего в цепи.

В этом сценарии используется резистор, чтобы избежать этой проблемы. Функция этого резистора заключается в ограничении величины тока, протекающего в цепи, когда переключатель S1 замкнут. Этот резистор называется подтягивающим резистором, поскольку изначально он переводит вход в логический ВЫСОКИЙ уровень.

Когда переключатель S1 разомкнут, входной контакт подключается к VCC через резистор. Это сделает состояние входного контакта высоким логическим.

Когда переключатель замкнут, входной контакт ворот соединяется с землей. Это сделает состояние входного контакта низким логическим.

Клемма резистора соединена с землей. Теперь ток будет течь от VCC к земле через резистор, когда переключатель замкнут. Это соединение не считается коротким, потому что резистор уменьшит величину тока до значительно малого значения, протекающего от VCC к земле.

Величину тока, протекающего от VCC к земле, когда переключатель замкнут, можно рассчитать с помощью закона Ома.

Если напряжение питания VCC = 5 В, а сопротивление резистора 10 кОм, то I = VCC / R

I = 5 / (10 * 103)

I = 0,0005 Ампер или I = 0,5 * 10- 3 ампера

Подтягивающий резистор используется в логических схемах для обеспечения того, чтобы вывод был подтянут к высокому логическому уровню при отсутствии входного сигнала. Микроконтроллеры используются во встроенных системах, которые являются системами реального времени. Из-за этого микроконтроллеры чувствительны к малейшим изменениям их входов. Следовательно, необходимо убедиться, что вход микроконтроллера не будет в плавающем состоянии.

Например, рассмотрим следующую логику в микроконтроллере.

Здесь резистор R1 действует как подтягивающий резистор. Когда переключатель не нажат и не разомкнут, входной контакт микроконтроллера будет иметь высокий логический уровень. Когда переключатель замкнут, на входном контакте устанавливается низкий логический уровень, и небольшой ток течет от VCC к земле.

Если подтягивающий резистор отсутствует, то имеется прямое соединение между питанием и землей, что считается коротким замыканием.

Выбор правильного подтягивающего резистора является важной задачей. Когда значение подтягивающего резистора низкое, состояние называется сильным подтягиванием. Это связано с тем, что через входной контакт протекает больший ток.

Напротив, когда значение подтягивающего резистора высокое, состояние называется слабым подтягиванием. Это связано с тем, что через входной контакт протекает меньший ток.

При выборе подтягивающего резистора необходимо выполнить два условия.

1. Когда переключатель замкнут, вход подключается к земле и устанавливается на низкий логический уровень. Значение резистора R1 будет определять величину тока, протекающего от VCC к земле.

2. Когда переключатель разомкнут, на входной контакт микроконтроллера устанавливается высокий логический уровень. Значение резистора R1 будет определять напряжение на входном контакте.

Обычно сопротивление натяжения резистора должно быть в десять раз меньше сопротивления входного контакта микроконтроллера.

Сопротивление входного контакта микроконтроллера может составлять от 100 кОм до 1 МОм. Обычно значение подтягивающего резистора R1 выбирают в диапазоне от 10 кОм до 100 кОм.

Но когда выбран большой подтягивающий резистор, входной контакт медленно реагирует на изменения напряжения. Это связано с тем, что входной сигнал, подаваемый на входной контакт, будет исходить от системы, которая представляет собой конденсатор, соединенный с подтягивающим резистором. Эта комбинация образует RC-фильтр. Этому радиоуправляемому фильтру потребуется время для зарядки и разрядки. Это время можно рассчитать с помощью уравнения

τ (Tau) = R * C

Если требуются высокие скорости передачи данных, значение подтягивающего резистора должно быть значительно меньше, обычно оно составляет от 1 кОм до 4,7. К Ом.

Практические значения подтягивающих резисторов: 10 кОм и 4,7 кОм.

Подтягивающие резисторы

Применение подтягивающих резисторов аналогично подтягивающим резисторам, за исключением того, что сначала они подтягивают входной контакт к низкому логическому уровню.

Когда переключатель S1 в приведенной выше схеме замкнут, входной контакт затвора U1 находится в высоком логическом состоянии. Когда переключатель разомкнут, резистор R1 понижает напряжение на входном контакте до земли.

Например, рассмотрим следующую схему микроконтроллера.

Когда переключатель нажат или замкнут, входной контакт микроконтроллера имеет высокое логическое значение. Если переключатель разомкнут, то подтягивающий резистор переводит входной контакт микроконтроллера в низкий логический уровень.

Токоограничивающие резисторы

Ограничение тока — это процесс установки верхнего предела величины тока, протекающего через компонент или цепь. Цель ограничения тока состоит в том, чтобы избежать таких эффектов, как короткое замыкание. Резисторы можно использовать в качестве токоограничивающих устройств.

Лучшим примером является включение светодиода (LED). Светодиод — это полупроводниковый прибор, излучающий свет при протекании через него небольшого тока. Ток в светодиоде однонаправленный, как и в обычном диоде с PN-переходом. Внутреннее сопротивление светодиода очень мало. Когда он напрямую подключен к источнику питания, он сгорит.

Следовательно, для включения светодиода источник напряжения и резистор подключаются последовательно к светодиоду. Эти резисторы называются балластными резисторами. Светодиоды очень чувствительны к току. Для освещения светодиода достаточно силы тока в несколько миллиампер. Все светодиоды обозначены их номинальным током. Следовательно, мы можем выбрать подходящий резистор, который ограничивает ток, протекающий через светоизлучающий диод, и предотвращает его перегорание.

Если номинальный ток светодиода составляет 0,15 А, то значение резистора для источника питания 5 В рассчитывается следующим образом (предположим, что номинальное напряжение светодиода незначительно).

R = V/I _{светодиод} = 5/0,15 = 333 Ом.

В некоторых случаях указывается как номинальное напряжение, так и номинальный ток светодиода. В таких случаях соответствующее сопротивление можно рассчитать по следующей формуле:

R = (V – VLED) / ILED

, где V – напряжение питания, VLED – номинальное напряжение светодиода, а ILED – номинальный ток светодиода

Транзисторные резисторы смещения

Резисторы широко используются в электронных схемах в сочетании с транзисторами и ИС. Транзисторы (транзисторы с биполярным переходом) требуют для работы небольшого напряжения смещения ≈ 0,7 В, приложенного к базовой клемме. Когда это напряжение смещения подается на вывод базы, небольшой ток на выводе базы вызывает протекание большого тока от его вывода коллектора к выводу эмиттера, что является функцией транзистора.

Базовый вывод транзистора уязвим для больших токов. Следовательно, резистор используется в цепи смещения для ограничения тока, протекающего через базовый вывод транзистора.

Использование резистора – работа, применение сопротивления и часто задаваемые вопросы

Сопротивление – это прерыватель скорости при интенсивном движении тока по замкнутой цепи. Он имеет различные применения, и мы можем легко найти по крайней мере одно применение сопротивления в цепи.

Итак, что происходит, когда электроны начинают течь по цепи под толчком, т. е. разностью потенциалов, они сталкиваются с ионами, и из-за этого расход электричества или ток уменьшается, и одним словом мы обозначаем это как сопротивление. Кроме того, использование резистора приводит к выделению тепла в цепи.

На этой странице мы поймем, что такое сопротивление и применение сопротивления.

Как работает сопротивление?

Вы проводите школьные годы, говоря о проводниках и изоляторах. Вы знаете, что такое проводник, это то, что позволяет электричеству легко проходить через него. С изолятором все наоборот — это то, что не позволяет току легко проходить через него.

Сложность свойств протекания тока является прямым результатом сопротивления – проводники, такие как медь, имеют низкое сопротивление протеканию электрического тока, тогда как изоляторы в значительной степени сопротивляются протеканию электрического тока, т. е. имеют большое сопротивление.

Если мы увеличим проволоку до атомного масштаба, мы увидим, что проволока состоит из крошечных атомов, как на изображении ниже:

(Изображение будет добавлено в ближайшее время)

из них легко проходят через зазоры в проводе, а некоторые из них ударяются об атом и отскакивают, иногда сталкиваются друг с другом электроны; это делает поток электронов несколько неравномерным и затрудненным (медленная скорость тока) — это сопротивление.

Это также означает, что сопротивление зависит от типа и свойств самого материала, поскольку взаимодействие электронов с атомами зависит от размера и упаковки атомов.

Сопротивление и температура

Рассматривая модель цепи, когда мы нагреваем провод, мы подаем к нему энергию. Эта энергия поглощается атомами, которые затем начинают вибрировать. Эти колебания затрудняют прохождение электронов.

Теперь мы запишем использование резисторов с их применением:

Применение сопротивления

Теперь мы запишем использование резисторов в пунктах, а затем объясним их один за другим:

Какая польза от сопротивления?

Ниже приведены области применения резисторов:

1. Использование резистора в функциях схемы

Существуют различные типы резисторов, которые работают в соответствии с диапазоном использования. В этом случае мы можем установить значение сопротивления, используя функцию, называемую ручкой.

Любые изменения значения сопротивления влияют на протекание тока внутри цепи.

Использование резистора в цепях:

• При управлении скоростью двигателя

• Высота музыкального тона и

• Громкость усилителя.

2. Использование резистора в светодиодах и транзисторах

Перетекание тока через светодиоды и транзисторы может быть очень опасным, поэтому для преодоления этой опасности используется электрический компонент, называемый сопротивлением.

Также светодиоды и транзисторы очень чувствительны к электрическому току. Итак, использование в схеме резисторов поможет и светодиодам, и транзисторам, и другим разного рода полупроводникам функционировать в необходимом идеальном для них диапазоне токов.

3. Использование резистора для нагрева

Из-за столкновения ионов внутри материала возникает сопротивление, которое, в свою очередь, выделяет много тепла при проведении тока, 

Находим использование резистора в обогревателе, тостере, микроволновой печи, электроплите и многих других нагревательных приборах.

В лампочке металлическая нить (сделанная из вольфрама) раскаляется добела из-за очень высокой температуры, создаваемой сопротивлением (медленная скорость потока электричества) при прохождении через нее электричества.

4. Использование функционального сопротивления в определенное время и на определенной частоте

В различных схемах для доступа к источнику синхронизации используется резистор, подключенный к конденсатору. Устройства, такие как световые мигалки, электронные сирены, мигающие огни и многие другие схемы, полагаются на эту функцию.

Упомянутые выше устройства используются в самолетах и ​​высотных башнях для предотвращения столкновений. Здесь эти устройства работают на феномене заполнения током до определенного времени, а затем разряда света. Резистор решает, сколько тока должно быть пропущено в определенное время.

Если сопротивление в цепи увеличивается, время разряда тока в цепи также увеличивается.

Конденсатор удерживает электрический заряд, как ведро удерживает воду, и требуется определенное время, чтобы заполниться током, а сопротивление определяет, насколько быстро конденсатор наполняется.

5. Использование сопротивления для подводного плавания

Разделение напряжения (разность потенциалов) работает, когда некоторые компоненты должны работать при гораздо меньшем напряжении, чем подаваемое входное напряжение.