Руководство по применению резисторов

При передаче электрического тока на расстояние из-за сопротивления проводов теряется часть энергии. В таких случаях сопротивление является негативным фактором и его стараются свести к минимуму.

Другое дело электрические цепи в электронных устройствах. Там резистор выполняет много полезных функций. В электронных схемах используется свойства этих пассивных компонентов для ограничения тока в многочисленных цепях. С их помощью обеспечивается нужный режим работы усилительных каскадов.

Что такое резистор?

Название этого электронного элемента произошло от латинского слова resisto — сопротивляюсь. То есть – это пассивный элемент применяемый в электрических цепях, действие которого основано на сопротивлении току. Основной характеристикой этого электронного компонента является величина его электрического сопротивления.

Пассивность данного электронного компонента означает то, что основной его функцией является поглощение электрической энергии. В отличие от активных элементов электроники, он ничего не генерирует, а только пассивно рассеивает электричество, преобразуя его в тепло. В схемах замещения сопротивление является основным параметром, в то время как ёмкость и индуктивность – паразитные величины.

Применение

Резисторы применяются во всех электрических схемах для установления нужных значений тока в цепях, с целью демпфирования колебаний в различных фильтрах, в качестве делителей напряжений и т. п.

Резисторы выполняют функции нагрузки в резистивных цепях, используются в качестве делителя напряжения (см. рисунок ниже) и тока, являются элементами фильтров, применяются для формирования импульсов, выполняют функции шунтов и многое другое. Сегодня трудно себе представить электрическую схему, в которой не задействованы несколько резистивных элементов.

Схема подключения переменных резисторов

Работа переменных сопротивлений зависит от схемного соединения.

Справка: Схемное обозначение – прямоугольник со стрелкой вверху, символизирующей подвижный контакт.

Реостат

Реостат представляет собой проволочный резистор большой мощности, включается в цепь последовательно, служит для регулировки силы тока и напряжения.

Внимание! Реостат включается в цепь двумя контактами – любым крайним и подвижным.

Потенциометр

Потенциометры служат делителями напряжения, включаются в схему параллельно и позволяет регулировать напряжение от нуля до напряжения источника путем механического изменения сопротивления цепи.

Важно! При подключении потенциометра задействованы все три контакта.

Устройство и принцип работы

Конструкция постоянных резисторов довольно простая. Они состоят из керамической трубки, поверх которой намотана проволока или нанесена резистивная плёнка с определённым сопротивлением. На концы трубки вставлены металлические колпачки с припаянными выводами для поверхностного монтажа. Для защиты слоя используется лакокрасочное покрытие.

Устройство таких элементов можно понять из рисунка 2 ниже.

В большинстве моделей такая конструкция традиционно сохраняется, но сегодня существуют различные виды сопротивлений с использованием резистивного материала, устройство которых немного отличается от конструкции описанной выше.

Современную электронную аппаратуру наполняют платы, начинённые миниатюрными деталями. Поскольку тенденция к уменьшению размеров электронных приборов сохраняется, то требования к уменьшению габаритов коснулись и резисторов. Для этих целей идеально подходят непроволочные сопротивления. Они просты в изготовлении, а их номинальные мощности хорошо согласуются с параметрами маломощных цепей.

Казалось бы, что эра проволочных резисторов постепенно уходит в прошлое. Однако это не так. Спрос на проволочные сопротивления остаётся в тех сферах, где транзисторы с металлоплёночным или с композитным резистивным слоем не справляются с мощностями электрических цепей.

Для непроволочных резисторов используются следующие резистивные материалы:

• нихром;
• манганин;
• константан;
• никелин;
• оксиды металлов;
• металлодиэлектрики;
• углерод и другие материалы.

Перечисленные вещества обладают высокими показателями удельного сопротивления. Это позволяет изготавливать электронные компоненты с очень маленькими корпусами, сохраняя при этом значения номинальных величин.

Размеры и формы корпусов, проволочных выводов современных резисторов соответствуют стандартам, разработанным для автоматической сборки печатных плат. С целью надёжного соединения выводов способом пайки, выводы деталей проходят процесс лужения.

Конструкция регулировочных (рис. 3) и подстроечных резисторов (рис.4) немного сложнее. Эти переменные транзисторы состоят из кольцевой резистивной пластины, по которой скользит бегунок. Перемещаясь по кругу, подвижный контакт изменяет расстояние между точками на резистивном слое, что приводит к изменению сопротивления.

Принцип действия.

Работа резистора основана на действии закона Ома: I = U/R , где I – сила тока, U – напряжение, R – сопротивление на участке цепи. Из формулы видно как зависят от величины сопротивления параметры тока и напряжения.

Подбирая резисторы соответствующего номинала, можно изменять на участках цепей величины тока и напряжения. Например, увеличивая сопротивление последовательно включённого резистора на участке цепи, можно пропорционально уменьшить силу тока.

Условно резистор можно представить себе в виде узкого горлышка на участке трубки, по которой течёт некая жидкость (см. рис. 5). На выходе из горлышка давление будет ниже, чем на его входе. Примерно, то же самое происходит и с потоком заряженных частиц – чем больше сопротивление, тем слабее ток на выходе резистора.

Конструкция и свойства

Токопроводящий материал нанесен на диэлектрический каркас с выводами подключения к схеме. По использованию материалов при изготовлении базисные типы резисторов разделились на:

• Проволочные, использующие проволоку металлов с тщательно подобранной удельной проводимостью;
• Непроволочные, которые делятся на тонкопленочные, с использованием металлоокислов и металлодиэлектриков, углеродистых и боруглеродистых соединений; толстопленочные, с резистом на основе проводящих пластмасс и лакопленок, кермитных соединений; объемные, с органическим или неорганическим диэлектриком.
• Металлофольговые.

Конструктивно отличаются изделия для навесного и печатного монтажа от миниатюрных интегральных деталей модулей и микросхем. Экстремальные условия эксплуатации и использования электронного оборудования требуют вакуумных, неизолированных, изолированных или герметизированных элементов технологических модулей и приборов. Некоторые виды аппаратов требуют использования высокочастотных, высоковольтных или прецизионных компонентов.

Виды

Мы уже упомянули два типа резисторов, отличающиеся по конструкции: постоянные, у которых сопротивление статичное (допускается мизерное отклонение параметров при нагреве элемента) и переменные. К последним можно добавить подвид переменных сопротивлений (полупроводниковых резисторов) – нелинейные.

Сопротивление нелинейных компонентов изменяется в широких пределах под воздействием различных факторов:

• изменения температуры (терморезисторы);
• яркости света (фоторезисторы);
• изменений напряжения (варисторы);
• деформации (тензорезисторы);
• напряжённости электрического поля (магниторезисторы);
• от протекающего заряда (мемристоры).

За видом резистивного материала классификация может быть следующей:

• проволочные резисторы (рис. 6);
• композиционные;
• металлоплёночные (рис. 7);
• металлооксидные (характеризуются стабильностью параметров);
• углеродные (угольный резистор);
• полупроводниковые, с применением резистивных полупроводниковых материалов (могут быть как линейными, так и переменными).

В интегральных монокристаллических микросхемах методом трафаретной печати или способом напыления в вакууме создают встроенные интегральные резисторы.

По назначению сопротивления подразделяются на детали общего назначения и на компоненты специального назначения:

• прецизионные и сверхпрецизионные (высокоточные детали с допуском отклонений параметров от 0,001% до 1%);
• высокоомные (от десятков МОм до нескольких Том);
• высокочастотные, способные работать с частотами до сотен МГц;
• высоковольтные, с рабочим напряжением, достигающим десятков кВ.

Можно классифицировать детали и по другим признакам, например по типу защиты от влаги или по способу монтажа: печатный либо навесной.

Как увеличить сопротивление переменного резистора

Для увеличения сопротивления придется немного потрудиться, но можно увеличить сопротивление в два раза:

• разбирают ползунковый резистор, вынимают из него «подкову» с токопроводящим слоем:
• ножом или мелкозернистой наждачной бумагой с внешнего и внутреннего конца дорожки, по которой перемещается ползунок, аккуратно счищают часть графитового слоя.

Уменьшить сопротивление намного легче – нужно параллельно резистору подключить в цепь постоянное сопротивление.

Маркировка

Раньше на корпусах сопротивлений проставляли номинал, ряд, мощность и серийный номер. В связи с миниатюризацией деталей перешли на цветовую маркировку. Параметры сопротивлений кодируют с помощью цветных колец (см. рис. 8).

Если на корпусе присутствует 3 кольца, то первые два обозначают величину сопротивления, третье – множитель, а допустимое отклонение составляет 20%.

Если на корпусе 4 кольца, то значения первых трёх из них такие же, как в предыдущем примере, а четвёртое кольцо указывает на величину отклонения.

Пять колец: первые 3 указывают величину сопротивления, на четвёртой позиции – множитель, а на пятой – допуск.

На сверхточных деталях наносятся 6 цветовых полос: три первых указывают величину сопротивления, полоса на четвёртой позиции – множитель, а пятое кольцо — допустимое отклонение.

Каждому цвету присвоена конкретная цифра (от 0 до 9). Учитывая позицию кольца и его цвет, можно с точностью определить параметры изделия. Для этого удобно пользоваться таблицей цветов (рис. 9).

В некоторых случаях вместо сопротивления используют обычные перемычки. Считается что у них нулевое сопротивление. Вместо перемычек иногда устанавливают резистор с нулевым сопротивлением (по сути та же перемычка, только адаптирована под размеры резистора). На корпус такого сопротивления наносят 1 чёрную полоску.

Маркировка SMD-резисторов

Сопротивления, предназначенные для поверхностного монтажа маркируют цифрами (см. рис. 10). Кодировка сложна для запоминания. В ней учитывается количество цифр и их позиции. Цифрами кодируют типоразмеры изделий и значения основных параметров. Для расшифровки кодов данного типа маркировки существуют справочные таблицы или калькуляторы.

Код на рисунке расшифровывается так: номинальное сопротивление 120×106 Ом (последняя цифра показывает количество нулей, то есть степень числа 10). Резистор из ряда Е96 с допуском 1%, типоразмер 0805 либо 1206 (значения, выделенные курсивом, определяются по справочнику).

Как проверить резистор не выпаивая: визуальная проверка

Процесс проверки резистора на работоспособность непосредственно на плате без полной выпайки является довольно трудоемким занятием, поэтому предварительно можно определить сгоревшую деталь визуально. Прежде всего осматривают корпус на предмет повреждений и сколов, надежности закрепления выводов.

О неисправностях свидетельствуют:

• Потемнение корпуса. Сгоревший резистор имеет потемневшую поверхность – полностью или частично в виде колечек. Слабое потемнение не свидетельствует о неисправности, а только о перегреве, который не привел к полному выходу детали из строя.
• Появление характерного запаха.
• Стирание маркировки.
• Наличие на плате сгоревших дорожек

Если условия позволяют, то неисправный резистор выпаивают, а на его место впаивают новый с таким же номиналом.

Внимание!

Осмотр не гарантирует точного определения исправности, резистор может выглядеть как новый даже при оборванном контакте.

Обозначение на схемах

Традиционно резисторы на схемах обозначают в виде прямоугольника (по ГОСТ 2.728-74) или ломаной линии (рис. 12 — в основном на схема западного образца). В прямоугольнике иногда указывают мощность, используя для этого условные обозначения в виде вертикальных, косых или горизонтальных чёрточек (см. рисунок ниже):

• I = 1 Вт;
• II = 2 Вт;
• III = 3 Вт;
• – = 0.5 Вт;
• = 0.25 Вт;
• \ = 0.125 Вт.

В отличие от постоянных деталей, обозначение переменных резисторов имеет особенность: над прямоугольником добавляется стрелка, указывающая, что в конструкции детали есть скользящий контакт (бегунок).

Например, УГО потенциометра выгляди так:

Типы включения и примеры использования

Основные типы включения это последовательные и параллельные соединения.

Последовательно сопротивление рассчитывается просто. Достаточно все сложить.

При последовательном соединении напряжение распределяется по резисторам согласно их сопротивлениям.

Это второе правило Кирхгофа. Например, напряжение 12 В, а пара резисторов по 1 кОм.

Соответственно, на каждом из них по 6 В. Это простой пример делителя напряжения. Здесь пара деталей делит напряжение, и благодаря этому можно получить необходимое напряжение.

Однако, если вы хотите использовать делитель напряжения для питания цепи, то должны помнить, что нужно согласовать сопротивления. В этой схеме сопротивление 1 кОм. Если вы подключите к ней нагрузку меньше этого сопротивления, то она не получит напряжения на свои выводы в полном объеме. Поэтому, все схемы с делителями напряжения должны быть рассчитаны и согласованы друг с другом.

Рассмотрим пример усилителя на транзисторе.

Это необходимо для того, чтобы он работал без искажений.

Параллельное включение

При параллельном соединении радиодеталей, общее сопротивление цепи снижается. Если два резистора по 1 кОм соединены параллельно, то общее будет равно меньше 0,5 кОм, т.е. сопротивление цепи (эквивалентное) равно половине самого наименьшего.

В таком соединении наблюдается первое правило Кирхгофа. В точку соединения направляется ток в 1 А, а в узле он расходится на два направления по 0,5 А.

Формулы расчета

Для двух резисторов: Для более:

Для тока параллельное соединение — это как вторая дорога или обходной путь. Еще такой тип соединения называют шунтированием. В качестве примера можно привести амперметр. Чтобы увеличить его шкалу показаний, достаточно подключить параллельно резистору еще один шунтирующий.

Его сопротивление рассчитывается по формуле:

Эквивалентное соединение

В схеме усилителя к эмиттеру транзистора VT1 подключена пара из резистора R3 и конденсатора C2.

В этом случае VT1 и R3 подключены последовательно друг к другу. Зачем это надо? Когда усилитель работает, транзистор начинает нагреваться и его сопротивление снижается. R3, как и в случае со светодиодом, не позволяет транзистору перегреваться. Он балансирует общее сопротивление, чтобы транзистор не вносил искажения в сигнал. Это называется режим термостабилизации.

А конденсатор C2 подключен к R3 параллельно. И это нужно для того, чтобы при нормальном режиме работы усилителя, переменный сигнал прошел без потерь. Так работает параллельный фильтр.

Если бы был только один R3, то мощность усилителя была намного меньше из-за того, что он забирает переменное напряжение на себя. А конденсатор пропускает без потерь, но не пропускает постоянное напряжение.

Характеристики и параметры

Пределы границ сопротивлений для деталей общего назначения находятся в промежутке от 10 Ом до 10 МОм. Для таких компонентов номинальная мощность рассеивания составляет 0,125 – 100 Вт.

Сопротивление высокоомных деталей составляет порядка 1013 Ом. Такие изделия применяются в измерительных устройствах, предназначенных для малых токов. Величины номинальных мощностей на корпусах таких компонентов могут не указываться. Рабочее напряжение от 100 до 300 В.

Класс высоковольтных деталей предназначен для работы под напряжением 10 – 35 кВ. Их сопротивление достигает 1011 Ом.

Для высокочастотных резисторов важен номинал рабочей частоты. Они способны работать на частотах свыше 10 МГц. Высокочастотные токи сильно нагревают детали. При интенсивном охлаждении номинальные мощности таких компонентов достигают величин 5, 20, 50 кВт.

В точных измерительных и вычислительных устройствах, а также в релейных системах применяются прецизионные резисторы. Они обладают высокой стабильностью параметров. Мощность рассеивания у таких деталей не превышает 2 Вт, а номинальное сопротивление лежит в пределах 1 – 106 Ом.

Кроме основных характеристик иногда важно знать уровень напряжений шума, зависимость сопротивления реальных резисторов от нагревания (температурный коэффициент сопротивления) и некоторые другие.

Подготовка мультиметра к проведению измерений: какие установить настройки

Перед измерениями прибор готовят к работе. Для этого его включают и концы щупов закорачивают между собой. Если на дисплее появляются нули, то прибор исправен и в цепи нет обрыва. На дисплее могут отражаться не нули, а доли Ома.

Подготовка прибора к проверке

При разомкнутых щупах на исправном мультиметре отображается цифра 1 и диапазон измерений. Кабельные шнуры подключают в соответствии с тем режимом, который вам необходим, – «Прозвонка» или «Измерение».

Как прозвонить резистор

Режим «Прозвонка» (имеется не во всех тестерах) применяется, чтобы убедиться, что в цепях, идущих через резистор или параллельных ему, отсутствует короткое замыкание. Для его установки регулятор поворачивают к значку диода. Если между точками установки щупов есть токопроводящая цепь, то через динамик генерируется звуковой сигнал.

Режим прозвонки

Этот режим применяют только для резисторов, номинал которых не превышает 70 Ом. Для деталей с большим номиналом его использовать не имеет смысла, поскольку сигнал настолько слаб, что его можно не услышать.

Потенциометры и подстроечные резисторы

Рис. 7. Подстроечные резисторы

Потенциометры – это резисторы с изменяемым сопротивлением. Они используются в различных приложениях, например, для управления коэффициентом усиления в усилителе, для настройки параметров схемы и так далее.

Подстроечные резисторы (Рис. 7) представляют собой небольшие потенциометры, которые могут быть установлены на печатной плате и отрегулированы с помощью отвертки. Они выпускаются как для поверхностного монтажа SMD, так и для монтажа в отверстия, с верхним или боковым расположением регулировочного винта.

Потенциометры бывают однооборотными и многооборотными. Однооборотные потенциометры часто используются в усилителях. Многооборотные потенциометры могут иметь до 25 оборотов и применяются для более точного управления.

Примеры

• Однооборотные потенциометры:
• SMD серия TC33X-2 производства Bourns с диапазоном сопротивлений 100 Ом…1 МОм ;
• серия 3362P от Bourns с диапазоном сопротивлений 10 Ом…5 МОм ;

Многооборотные потенциометры:

• серия 3296W от Bourns с диапазоном сопротивлений 10 Ом…5 МОм ;
• серия T93YA от Vishay с диапазоном сопротивлений 10 Ом…1 МОм.

Радиоэлементы из старой аппаратуры

Большинство людей приходят в радиолюбительство из-за желания сделать что-то своими руками, чего-то неповторимого, что несомненно принесет пользу себе и окружающим… Но выбрав конструкцию для самостоятельной сборки зачастую возникает масса проблем связанная со скудным запасом знаний в области радиоэлектроники. Конечно сразу начинается повальное чтение книг соответствующей тематики и извлечение оттуда ценной информации о разнообразии радиоэлементов, о работе транзистора и прочих приборов. Когда много чего прочитано, уже имеется представление об условном графическом отображении элементов на схеме, и есть какие-то понятия о принципе работы, возникает проблема переноса схемы с бумаги в реальность, а именно поиск компонентов схемы. Сейчас не составляет проблемы составить список сходить и купить радиодетали, но у многих все же отсутствует возможность приобретения деталей, и на помощь приходит старая сломанная радиоаппаратура. О том как найти нужные радиодетали в старой технике и пойдет речь в этой статье. Я преднамеренно не буду описывать какую-то конкретную схему, поскольку невозможно охватить все разнообразие электронных компонентов в рамках одного устройства. Так же не буду описывать принципа работы элементов, все это вы уже должны знать.

Пассивные компоненты

Резисторы

Самым часто встречающимся элементом является резистор, без него невозможно построить ни одну схему. Встретить его можно практически в любом электронном устройстве, резистор представляет из себя цилиндр с двумя диаметрально-противоположными выводами. Служит для ограничения тока в цепи и имеет определенное сопротивление, измеряемое в Омах. Обозначается прямоугольником с двумя черточками с противоположных сторон, внутри прямоугольника обычно указывают мощность(рис.1).

В бытовой аппаратуре применяются резисторы с номиналами, расположенными по ряду Е24, это значит, что в диапазоне от 1 до 10 имеется 24 номинала сопротивления. Существует множество типов резисторов, вот наиболее часто встречающиеся:

Рис. 1. Обозначение резисторов. Тип МЛТ

Резисторы типа МЛТ (металлический лакированный теплостойкий) – часто встречаются в ламповой аппаратуре(обычно не меньше 0,5 Вт), и в советской аппаратуре 80 годов. В зависимости от габаритов имеют различную мощность, если на схеме мощность не указана, то как правило, можно применять резисторы 0,125 Вт.

На резисторах данного типа ставится маркировка, обозначающая непосредственно сопротивление, далее буква русского или латинского алфавита обозначает множитель, составляющий сопротивление и определяет положение запятой десятичного знака («R(E)»=1; «К(К)»=10^3; «М(М)»=10^6; «G(Г)»=10^9; «Т(Т)» =10^12).

18 – 18 Ом, при обозначениях единиц Ом буква иногда не ставится, в том числе и на схемах.

1к — 1 кОм

Если же номинальное сопротивление выражено целым числом с дробью, то единицу измерения ставят на месте запятой.

1М5-1,5 МОм.

К51- 510 Ом, если буква стоит перед числом, то это значит, что сопротивление меньше килоома (мегаома), следующая цифра показывает сопротивление.

Дальше в обозначении стоит буква, обозначающая величину допуска в процентах: (Е=±0.001; L=±0.002; R=±0.005; Р=±0.01; U=±0, 02; В(Ж)=±0.1; С(У)=±0.25; D(Д)=±0.5; F(Р)=±1; G(Л)=±2; J(И)=±5; К(С)=±10; М(В)=±20; N(Ф)=±30. Величина допуска может быть нанесена под номиналом сопротивления во второй строке и будет выражена в процентах.

Резисторы типа ВС (водостойкие) можно встретить в ламповой аппаратуре 60-70х годов (рис.2). А именно в радиолах и черно-белых телевизорах. Практической ценности в настоящее время не несут. Маркировка схожа с МЛТ, имеют несколько габаритных размеров в зависимости от мощности.

В середине 80-х годов появилась цветовая маркировка резисторов (рис.3, рис.4), которая существует и по сей день, что позволило быстро определять номинал без выпайки из схемы (нам это тоже на руку, поиск нужного резистора значительно ускоряется). Резисторов с такого рода маркировкой производит множество отечественных и зарубежных фирм, поэтому определить конкретный тип резистора весьма сложно, да зачастую и не нужно.

В таблице показана методика определения номинала резистора и класса точности. Класс точности показывает на сколько процентов может отличаться сопротивление от заявленного номинала.

Определить сопротивление по цветовым полосам можно с помощью: калькулятора цветовой маркировки резистора.

В последнее время появилась тенденция к минимизации и стали появляться компоненты для поверхностного монтажа(SMD). Вот так называемые чип-резисторы (рис.5).

Рис. 5. Чип-резисторы

Применяются в современной технике повсеместно и имеют несколько типоразмеров (рис.6).

Резисторы с допуском 2%, 5% и 10% всех типоразмеров маркируются тремя цифрами, первые две из которых обозначают номинал резистора без множителя, а последняя — показатель степени по основанию 10 для определения множителя. Например: 123 – 12* 10^3 =12000 Ом =12 кОм. Часто встречаются чип резисторы с обозначением 0, это резистор нулевого сопротивления или попросту перемычка.

Для построения усилителей, а вернее их выходных каскадов часто требуются мощные резисторы более 2-х ватт с сопротивлением не более 1 ома, это как правило резисторы марки ПЭ или ПЭВ — резисторы проволочные, бывают от 1 до нескольких сотен ватт (рис.7). Также наиболее современные различных фирм производителей (рис.8). Встретить можно в старых ламповых телевизорах, радиолах и устройствах промышленной автоматики. В случае отсутствия необходимого резистора, его можно изготовить самостоятельно из спирали от электронагревателя, отрезав необходимую длину, подобрав сопротивление при помощи омметра.

Рис. 8

Отдельное место среди постоянных резисторов занимают резисторные сборки (рис.9), которые очень удобны при построении схем, где требуется много одинаковых резисторов.

Рис. 9. Резисторные сборки dip и smd

Сборки имеют два типа соединения, либо в виде нескольких обычных резисторов, только в одном корпусе, либо резисторов с одним общим выводом. Встретить можно во многих цифровых устройствах, там они, как правило применяются, как подтягивающие.

В электронных устройствах часто применяются резисторы с изменяемым сопротивлением, их можно разделить на переменные — применяются для оперативного изменения параметров устройства в процессе эксплуатации, таких как громкость, тембр, яркость, контраст, и подстроечные – используются для настройки прибора во время сборки и наладки.

Резисторы переменные:

Резисторы переменные рис .10:

1.Со встроенным тумблером, можно встретить в ламповых телевизорах и радиолах 70-х годов 2. Резистор типа СП3-30а можно встретить в телевизорах, приемниках, абонентских громкоговорителях до 90-х годов выпуска. 3. Резистор Сп-04, встречаются в телевизорах и носимых магнитофонах 80-х годов. 4. СП3-4а во всей технике конца 80-х начала 90-х. 5. Специализированный счетверенный с тумблером СП3-33-30, обычно встречается в разного типа магнитолах.

Рис. 11. Ползунковые переменные резисторы

Ползунковые резисторы (рис.11) часто встречаются в магнитофонах 80-90х годов в качестве регуляторов звука и тембра.

Более современные резисторы(рис. 12), можно встретить в любой импортной технике с начала 90-х годов, от кассетных плееров и автомагнитол, до телевизоров и музыкальных центров. Часто встречаются сдвоенные резисторы для регулировки звука сразу по двум каналам (стерео). Очень интересен последний резистор (на рисунке), так называемый 3D – резистор или же джойстик, представляет из себя несколько сочлененных резисторов и отслеживает перемещение рукоятки влево-вправо, вверх- вниз и вращение вокруг своей оси. Встретить такой экземпляр можно в джойстиках от игровых консолей.

Для всех переменных резисторов помимо сопротивления есть очень важный параметр – зависимость сопротивления от угла поворота вала (линейного перемещения), обозначается буквой после значения сопротивления:

Советские: А — линейная зависимость Б — логарифмическая зависимость В — обратно-логарифмическая зависимость

Импортные: A — логарифм B — линейная С — обратный логарифм

Для регулировки громкости как правило используют резисторы с логарифмической зависимостью.

Подстроечные резисторы:

Подстроечные резисторы рис.13: 1,2,3 – как правило встречаются в старых ламповых телевизорах. 4,7 (РП1-64Б), 8 (СП3-29А) — в полупроводниковых цветных телевизорах 5 – во всей советской технике 80-х годов 6 – СП5-50МА мощный проволочный резистор, в цветных ламповых телевизорах. 9 – СП3-36 многооборотный подстроечный резистор, встречается как правило в блоке настройки каналов телевизоров.

Рис. 14

Многооборотный подстроечный, применяется в усилительной аппаратуре для установки тока покоя и во всех системах, где нужна точная настройка .

Все переменные и подстроечные резисторы, также различаются по мощности, которая как правило указана на корпусе или в документации на элемент. Для своих конструкций можно применять практически любые из перечисленных исходя из требуемых габаритов и мощности.

Со временем и подстроечные и переменные резисторы портятся и у них появляется нежелательное явление, именуемое шорохом. Вызвано это явление недостаточным прижимом (контактом) ползунка или износом подложки, как правило ремонтировать резисторы смысла нет, хотя иногда встречаются очень редкие и уникальные(например в большинстве микшерных пультов), что найти замену, не представляется возможным. В этом случае резистор нужно аккуратно разобрать, подогнуть контакт, восстановить при помощи твердого карандаша графитовое покрытие и смазав силиконовой смазкой собрать назад. Резистор после такой реанимации сможет еще послужить.

Существуют также резисторы, реагирующие на изменения окружающей среды, в любительских конструкциях используются мало, но все же о них стоит упомянуть: терморезисторы

Применяются для термостабилизации схемы, встречаются очень часто, но в самодельных устройствах применяются мало.

Фоторезисторы

Рис. 17. Фоторезистор

Изменяет свое сопротивление в зависимости от освещенности. Можно вынуть из любительских фотоаппаратов, там они применяются в качестве датчика света.

Тензорезиторы

Рис.18. Тензорезисторы

Изменяют свое сопротивление в зависимости от деформации, их в бытовой аппаратуре встретить можно очень редко и применяются они как правило в виде датчиков в устройствах автоматики.

Варисторы

Варистором называется полупроводниковый резистор, сопротивление которого эффективно уменьшается под действием приложенного к нему напряжения, а ток, протекающий в цепи, нарастает.

Рис. 19. Варисторы

Применяются как устройство защиты в импульсных блоках питания бытовой аппаратуры от превышения напряжения питания. Можно встретить в любом современном устройстве.

Выводные резисторы для монтажа в отверстия

Рис. 3. Выводные резисторы для монтажа в отверстия

Резисторы с аксиальными выводами для монтажа в отверстия (Рис. 3) весьма популярны и широко используются, особенно — при создании прототипов, поскольку их легко заменять при работе с макетными платами. Как и чип-резисторы, выводные резисторы применяются для подтяжки, деления напряжения, ограничения тока и фильтрации. Существуют различные типы выводных резисторов. Наиболее популярны углеродистые пленочные и металлопленочные резисторы.

1. Углеродистые пленочные резисторы имеют значительный разброс сопротивлений (2…10%). Наиболее распространенными рядами сопротивлений для них являются E12 (± 10%), E24 (± 5%) и E48 (± 2%). В большинстве приложений углеродистые пленочные резисторы были вытеснены металлопленочными. Температурный коэффициент сопротивления углеродистых пленочных резисторов (TКC) обычно имеет отрицательную величину — около -500 ppm/C, однако конкретное значение зависит от сопротивления и размера.
2. Металлопленочные резисторы имеют меньший разброс сопротивлений (0,1…2%) и более высокую стабильность. Наиболее распространенными рядами сопротивлений для них являются E48 (± 2%), E96 (± 1%) и E192 (± 0,5%, ± 0,25% и ± 0,1%). Поскольку характеристики металлопленочных резисторов лучше, чем у углеродистых, то именно они используются в большинстве приложений. Температурный коэффициент металлопленочных резисторов (TC) составляет около ± 100 ppm/C, однако некоторые модели характеризуются только положительным или только отрицательным TC.
3. Углеродные композитные резисторы широко использовались в электронных устройствах пятьдесят лет назад, но из-за большого разброса номиналов и невысокой стабильности они были заменены углеродистыми пленочными и металлопленочными резисторами. Тем не менее, композитные резисторы обладают хорошими высокочастотными характеристиками и способны выдерживать воздействие мощных импульсов, поэтому их до сих пор применяют в сварочном оборудовании и высоковольтных источниках питания.
4. Металл-оксидные резисторы стали первой альтернативой углеродным композитным резисторам, но в дальнейшем в большинстве приложений они были вытеснены металлопленочными. Тем не менее, поскольку металл-оксидные резисторы отличаются повышенной рабочей температурой и более высокой номинальной мощностью (> 1 Вт), их по-прежнему используют в ответственных устройствах, эксплуатирующихся в жестких условиях.

Ряды сопротивлений EIA (EIA Decade Resistor Values) определяют не только номиналы резисторов, но и допустимую погрешность. Например, ряд E12 (± 10%) включает следующие стандартные значения: 100, 120, 150, 180, 220, 270, 330, 390, 470, 560, 680 и 820 Ом.

Для кодирования параметров выводных резисторов применяется цветовая маркировка (таблица 1).

Таблица 1. Цветовая маркировка выводных резисторов

Цвет	Значение
Первая цифра	Вторая цифра	Третья цифра*	Множитель	Точность	Температурный коэффициент, ppm/C	Рейтинг отказов
Черный	0	0	0	x10^0	—	—	—
Коричневый	1	1	1	x10^1	±1%	100	1%
Красный	2	2	2	x10^2	±2%	50	0,1%
Оранжевый	3	3	3	x10^3	—	15	0,01%
Желтый	4	4	4	x10^4	—	25	0,001%
Зеленый	5	5	5	x10^5	±0,5%	—	—
Синий	6	6	6	x10^6	±0,25%	—	—
Фиолетовый	7	7	7	x10^7	±0,1%	—	—
Серый	8	8	8	x10^8	±0,05%	—	—
Белый	9	9	9	x10^9	—	—	—
Золотой	—	—	—	x0,1	±5%	—	—
Серебряный	—	—	—	x0,01	±10%	—	—
Пусто	—	—	—	—	±20%	—	—
* Только для резисторов с 5-позиционной маркировкой

Примеры:

• углеродистые пленочные резисторы серии CFR-25JB производства Yageo с номинальной мощностью 0,25 Вт и диапазоном доступных сопротивлений 1 Ом…10 МОм;
• металлопленочные резисторы серии MFR-25FBF от Yageo с номинальной мощностью 0,25 Вт и диапазоном доступных сопротивлений 10 Ом…1 МОм;
• металлопленочные резисторы серии PR02 от VISHAY с номинальной мощностью 2 Вт и диапазоном доступных сопротивлений 0,33 Ом…1 МОм.

Резисторные сборки

Рис. 8. Резисторная сборка 4609X-101-222LF

Резисторная сборка (resistors network, resistors array) представляет собой комбинацию из нескольких резисторов, размещенных в одном корпусе. Существует большое количество разных типов этих изделий, но, к сожалению, четкая система их классификации, как в литературе, так и у производителей отсутствует.

Резисторы внутри корпуса сборки могут быть не соединены между собой (Isolated) т. е. каждый резистор имеет два вывода на корпусе сборки, или сконфигурированы в определенную схему (Bussed). Часто встречаются изделия, у которых соединены между собой вывод 1 каждого резистора с подключением к одному общему пину сборки, а каждый второй вывод резисторов имеет свой собственный вывод на корпусе изделия. Кроме того, можно встретить сборки с последовательным, последовательно- параллельным и другими видами соединений резисторов внутри корпуса. Сборки можно классифицировать по количеству входящих в них резисторов, по величине допуска, максимальному рабочему напряжению, мощности рассеивания, типоразмеру, по типу монтажа (SMD и выводной) и т.д. Эти компоненты очень удобно использовать в схемах АЦП и ЦАП, применять качестве делителей напряжения, использовать в компьютерной технике, потребительской электронике и т.д.

Примеры

• серия 4600X от Bourns с рабочим напряжением до 100В

Рис. 9. Конфигурация резисторных сборок серии 4600X от Bourns

• серия CAY16 от Bourns в SMD корпусе типоразмера 1206 с изолированными резисторами
• серия 4114R-2 от Bourns — 14 выводных резисторов с одним общим выводом

При передаче электрического тока на расстояние из-за сопротивления проводов теряется часть энергии. В таких случаях сопротивление является негативным фактором и его стараются свести к минимуму.

Другое дело электрические цепи в электронных устройствах. Там резистор выполняет много полезных функций. В электронных схемах используется свойства этих пассивных компонентов для ограничения тока в многочисленных цепях. С их помощью обеспечивается нужный режим работы усилительных каскадов.

Что такое резистор?

Название этого электронного элемента произошло от латинского слова resisto — сопротивляюсь. То есть – это пассивный элемент
применяемый в электрических цепях, действие которого основано на сопротивлении току. Основной характеристикой этого электронного компонента является величина его электрического сопротивления.

Пассивность данного электронного компонента означает то, что основной его функцией является поглощение электрической энергии. В отличие от активных элементов электроники, он ничего не генерирует, а только пассивно рассеивает электричество, преобразуя его в тепло. В схемах замещения сопротивление является основным параметром, в то время как ёмкость и индуктивность – паразитные величины.

Применение

Резисторы применяются во всех электрических схемах для установления нужных значений тока в цепях, с целью демпфирования колебаний в различных фильтрах, в качестве делителей напряжений и т. п.

Резисторы выполняют функции нагрузки в резистивных цепях, используются в качестве делителя напряжения (см. рисунок ниже) и тока, являются элементами фильтров, применяются для формирования импульсов, выполняют функции шунтов и многое другое. Сегодня трудно себе представить электрическую схему, в которой не задействованы несколько резистивных элементов.

Без резисторов не работает ни один электронный прибор.

Устройство и принцип работы

Конструкция постоянных резисторов довольно простая. Они состоят из керамической трубки, поверх которой намотана проволока или нанесена резистивная плёнка с определённым сопротивлением. На концы трубки вставлены металлические колпачки с припаянными выводами для поверхностного монтажа. Для защиты слоя используется лакокрасочное покрытие.

Устройство таких элементов можно понять из рисунка 2 ниже.

В большинстве моделей такая конструкция традиционно сохраняется, но сегодня существуют различные виды сопротивлений с использованием резистивного материала, устройство которых немного отличается от конструкции описанной выше.

Современную электронную аппаратуру наполняют платы, начинённые миниатюрными деталями. Поскольку тенденция к уменьшению размеров электронных приборов сохраняется, то требования к уменьшению габаритов коснулись и резисторов. Для этих целей идеально подходят непроволочные сопротивления. Они просты в изготовлении, а их номинальные мощности хорошо согласуются с параметрами маломощных цепей.

Казалось бы, что эра проволочных резисторов постепенно уходит в прошлое. Однако это не так. Спрос на проволочные сопротивления остаётся в тех сферах, где транзисторы с металлоплёночным или с композитным резистивным слоем не справляются с мощностями электрических цепей.

Для непроволочных резисторов используются следующие резистивные материалы:

• нихром;
• манганин;
• константан;
• никелин;
• оксиды металлов;
• металлодиэлектрики;
• углерод и другие
  материалы.

Перечисленные вещества обладают высокими показателями удельного сопротивления. Это позволяет изготавливать электронные компоненты с очень маленькими корпусами, сохраняя при этом значения номинальных величин.

Размеры и формы корпусов, проволочных выводов современных резисторов соответствуют стандартам, разработанным для автоматической сборки печатных плат. С целью надёжного соединения выводов способом пайки, выводы деталей проходят процесс лужения.

Конструкция регулировочных (рис. 3) и подстроечных резисторов (рис.4) немного сложнее. Эти переменные транзисторы состоят из кольцевой резистивной пластины, по которой скользит бегунок. Перемещаясь по кругу, подвижный контакт изменяет расстояние между точками на резистивном слое, что приводит к изменению сопротивления.

Принцип действия.

Работа резистора основана на действии закона Ома: I = U/R , где I  – сила тока, U – напряжение, R – сопротивление на участке цепи. Из формулы видно как зависят от величины сопротивления параметры тока и напряжения.

Подбирая резисторы соответствующего номинала, можно изменять на участках цепей величины тока и напряжения. Например, увеличивая сопротивление последовательно включённого резистора на участке цепи, можно пропорционально уменьшить силу тока.

Условно резистор можно представить себе в виде узкого горлышка на участке трубки, по которой течёт некая жидкость (см. рис. 5). На выходе из горлышка давление будет ниже, чем на его входе. Примерно, то же самое происходит и с потоком заряженных частиц – чем больше сопротивление, тем слабее ток на выходе резистора.

Виды

Мы уже упомянули два типа резисторов, отличающиеся по конструкции: постоянные, у которых сопротивление статичное (допускается мизерное отклонение параметров при нагреве элемента) и переменные. К последним можно добавить подвид переменных сопротивлений (полупроводниковых резисторов)   – нелинейные.

Сопротивление нелинейных компонентов изменяется в широких пределах под воздействием различных факторов:

• изменения температуры (терморезисторы);
• яркости света (фоторезисторы);
• изменений напряжения (варисторы);
• деформации (тензорезисторы);
• напряжённости электрического поля (магниторезисторы);
• от протекающего заряда (мемристоры).

За видом резистивного материала классификация может быть следующей:

• проволочные резисторы (рис. 6);
• композиционные;
• металлоплёночные (рис. 7);
• металлооксидные (характеризуются стабильностью параметров);
• углеродные (угольный резистор);
• полупроводниковые, с применением резистивных полупроводниковых материалов (могут быть как линейными, так и переменными).

Отличие плёночных smd компонентов от композиционных деталей состоит в способах их изготовления. Композиционные детали производятся путём прессования композитных смесей, а плёночные – путём напыления на изоляционную подложку.

В
интегральных монокристаллических микросхемах методом трафаретной печати или
способом напыления в вакууме создают встроенные интегральные резисторы.

По назначению сопротивления подразделяются на детали общего назначения и на компоненты специального назначения:

• прецизионные и
  сверхпрецизионные (высокоточные детали с допуском отклонений параметров от
  0,001% до 1%);
• высокоомные (от
  десятков МОм до нескольких Том);
• высокочастотные, способные
  работать с частотами до сотен МГц;
• высоковольтные, с
  рабочим напряжением, достигающим десятков кВ.

Можно классифицировать детали
и по другим признакам, например по типу защиты от влаги или по способу монтажа:
печатный либо навесной.

Номиналы резисторов

Элементы имеют свой допуск в отклонениях номинальных сопротивлений. В соответствии с допусками номиналы резисторов разбиты на 3 ряда, которые обозначаются: Е6, Е12, и Е24.

Компоненты ряда Е6 имеют допуск
отклонения ± 20%; ряда Е12 – ± 10%, а ряда Е24 –  ± 5%.

Номиналы резисторов каждого ряда представлены в справочных таблицах, которые можно найти в интернете.

Маркировка

Раньше на корпусах сопротивлений проставляли номинал, ряд, мощность и серийный номер. В связи с миниатюризацией деталей перешли на цветовую маркировку. Параметры сопротивлений кодируют с помощью цветных колец (см. рис. 8).

Если
на корпусе присутствует 3 кольца, то первые два обозначают величину
сопротивления, третье – множитель, а допустимое отклонение составляет 20%.

Если
на корпусе 4 кольца, то значения первых трёх из них такие же, как в предыдущем
примере, а четвёртое кольцо указывает на величину отклонения.

Пять
колец: первые 3 указывают величину сопротивления, на четвёртой позиции –
множитель, а на пятой – допуск.

На сверхточных деталях наносятся 6 цветовых полос: три первых указывают величину сопротивления, полоса на четвёртой позиции – множитель, а пятое кольцо — допустимое отклонение.

Каждому цвету присвоена конкретная цифра (от 0 до 9). Учитывая позицию кольца и его цвет, можно с точностью определить параметры изделия. Для этого удобно пользоваться таблицей цветов (рис. 9).

В некоторых случаях вместо сопротивления используют обычные перемычки. Считается что у них нулевое сопротивление. Вместо перемычек иногда устанавливают резистор с нулевым сопротивлением (по сути та же перемычка, только адаптирована под размеры резистора). На корпус такого сопротивления наносят 1 чёрную полоску.

Маркировка SMD-резисторов

Сопротивления, предназначенные для поверхностного монтажа маркируют цифрами (см. рис. 10). Кодировка сложна для запоминания. В ней учитывается количество цифр и их позиции. Цифрами кодируют типоразмеры изделий и значения основных параметров. Для расшифровки кодов данного типа маркировки существуют справочные таблицы или калькуляторы.

Код на рисунке расшифровывается так: номинальное сопротивление 120×10⁶ Ом (последняя цифра показывает количество нулей, то есть степень числа 10). Резистор из ряда Е96 с допуском 1%, типоразмер 0805 либо 1206 (значения, выделенные курсивом, определяются по справочнику).

Обозначение на схемах

Традиционно резисторы на схемах обозначают в виде прямоугольника (по ГОСТ 2.728-74) или ломаной линии (рис. 12 — в основном на схема западного образца). В прямоугольнике иногда указывают мощность, используя для этого условные обозначения в виде вертикальных, косых или горизонтальных чёрточек (см. рисунок ниже):

• I = 1 Вт;
• II = 2 Вт;
• III = 3 Вт;
• – = 0.5 Вт;
• = 0.25 Вт;
• \ = 0.125 Вт.

Возле
значка проставляют букву R и номинал
резистора.

В отличие от постоянных деталей, обозначение переменных резисторов имеет особенность: над прямоугольником добавляется стрелка, указывающая, что в конструкции детали есть скользящий контакт (бегунок).

Характеристики и параметры

Пределы границ сопротивлений для деталей общего назначения находятся в промежутке от 10 Ом до 10 МОм. Для таких компонентов номинальная мощность рассеивания составляет 0,125 – 100 Вт.

Сопротивление
высокоомных деталей составляет порядка 10¹³ Ом. Такие изделия
применяются в измерительных устройствах, предназначенных для малых токов. Величины
номинальных мощностей на корпусах таких компонентов могут не указываться.
Рабочее напряжение от 100 до 300 В.

Класс высоковольтных деталей предназначен для работы под напряжением 10 – 35 кВ. Их сопротивление достигает 10¹¹ Ом.

Для высокочастотных резисторов важен номинал рабочей частоты. Они способны работать на частотах свыше 10 МГц. Высокочастотные токи сильно нагревают детали. При интенсивном охлаждении номинальные мощности таких компонентов достигают величин 5, 20, 50 кВт.

В
точных измерительных и вычислительных устройствах, а также в релейных системах
применяются прецизионные резисторы. Они обладают высокой стабильностью
параметров. Мощность рассеивания у таких деталей не превышает 2 Вт, а
номинальное сопротивление лежит в пределах 1 – 10⁶ Ом.

Кроме основных характеристик иногда важно знать уровень напряжений шума, зависимость сопротивления реальных резисторов от нагревания (температурный коэффициент сопротивления) и некоторые другие.

Соединение резисторов

Сопротивления можно соединять двумя способами – параллельно либо последовательно.

• Для параллельного соединения 2 резисторов имеем: R = (R₁* R₂) / (R₁+R₂).
• При последовательном соединении 2 резисторов – общее сопротивление определяем по формуле: R = R₁ + R₂.

Для расчета последовательно и параллельно соединенных резисторов удобно воспользоваться нашими калькуляторами:

https://www.asutpp.ru/kalkulyator-rascheta-posledovatelnogo-soedineniya-rezistorov.html и https://www.asutpp.ru/kalkulyator-rascheta-parallelnogo-soedineniya-rezistorov.html