Резистор

Основные параметры резисторов:

  • Номинальное сопротивление:

Это заводское значение сопротивления конкретного прибора, измеряется это значение в Омах (производные килоОм (кОм), мегаОм (МОм) и т.д.). Диапазон сопротивлений простирается от долей Ома (0,01 – 0,1 Ом) до сотен и тысяч килоОм (100 кОм – 10МОм). Для каждой электронной цепи необходимы свои номиналы сопротивлений, поэтому разброс значений номинальных сопротивлений столь велик.

Однако номиналы резисторов не произвольны, их значения выбираются из специальных номинальных рядов, наиболее часто из номинальных рядов E6 (для резисторов с допуском 20 %), E12 (для резисторов с допуском 10 %) или E24 (для резисторов с допуском 5 %), для более точных резисторов используются более точные ряды (например, E48).

Данные ряды были созданы для стандартизации номиналов резисторов и упрощения их взаимозаменяемости.

Посмотреть значения номинальных рядов и принципы их образования можно здесь.

  • Рассеиваемая мощность:

Если рассматривать данный параметр с обычной жизненной позиции, то можно привести довольно простое описание: при прохождении электрического тока через резистор, происходит нагрев данного резистора. Сразу становится очевидно, что если пропускать через резистор ток, превышающий заданное значение, то токопроводящее покрытие разогреется настолько, что резистор сгорит. Поэтому существует разделение резисторов по максимальной мощности.

Вычислить мощность, рассеиваемую на резисторе можно по формуле:

P={{I}^{2}}\cdot R\text{,} в соответствии с законом Ома: I=\frac{U}{R}, можно преобразовать:

P=\frac{{{U}^{2}}}{R}\text{,}

где:

P — мощность, рассеиваемая на резисторе,

I – ток, протекающий через резистор,

R – сопротивление резистора,

U – падение напряжения на резисторе.

Если же Вы желаете узнать, откуда взялась формула для вычисления тепловой мощности, рассеиваемой на резисторе, отчего греется резистор при прохождении через него электрического тока, и не боитесь формул, то полезно будет включить в работу свой мозг, вспомнить школьные знания по физике и … раскрыть спойлер . В противном случае можно перейти к следующему параметру.

Спойлер

Как известно, электрический ток – это направленный поток заряженных частиц, в частности – электронов. Проходя через проводник, электроны сталкиваются с атомами, находящимися в кристаллической решетке. В результате столкновений кинетическая энергия электронов превращается в тепловую. Для лучшего понимания процесса можно провести аналогию с механической силой трения: например, для перемещения какого-либо тела преодолевается сопротивление трения, и энергия, затраченная на это, превращается в тепло. Электрическое сопротивление проводника играет ту же роль, что и сопротивление трения.

Переход электрической энергии в тепловую называется тепловым действием тока, и описывается законом Джоуля — Ленца:

\displaystyle \omega =\vec{j}\cdot \vec{E}=\sigma {{E}^{2}}\text{,}

где:

\displaystyle \omega — мощность выделения тепла в единице объема,

\displaystyle \vec{j} — плотность электрического тока,

\displaystyle \vec{E} — напряженность электрического поля,

\displaystyle \sigma — проводимость среды.

Для случая протекания токов в тонких (слово «тонких» здесь следует рассматривать в том смысле, что диаметр провода много меньше его длины) проводах в интегральной форме этот закон имеет вид:

dQ={{I}^{2}}Rdt\text{,}

Q=\int\limits_{{{t}_{1}}}^{{{t}_{2}}}{{{I}^{2}}Rdt}\text{,}

где:

dQ — количество теплоты, выделяемое за промежуток времени dt,

I — сила тока,

R — сопротивление,

Q — полное количество теплоты, выделенное за промежуток времени от t1 до t2.

В случае постоянных силы тока и сопротивления формула значительно упрощается:

Q={{I}^{2}}Rt\text{,}

где:

Q — количество теплоты, создаваемое током (Дж),

I — ток, протекающий по проводнику,

R — сопротивление проводника,

t — время, в течение которого ток протекал по проводнику.

Используя закон Ома: I=\frac{U}{R} и R=\frac{U}{I}, можно немного преобразовать выражение:

Q=\left( \frac{{{U}^{2}}}{R} \right)\cdot t=U\cdot I\cdot t\text{.}

Пытливый читатель наверняка заметил, что помимо выделения тепла непосредственно при прохождении электрического тока, в случае постоянного тока в однородном неравномерно нагретом проводнике, будет также выделяться или поглощаться дополнительная теплота, которая называется теплотой Томсона, в зависимости от направления тока. Данный эффект называется – эффект Томсона. Однако, вследствие того, что градиент температур обычно невелик, а величина теплоты Томсона много меньше Джоулевской теплоты, при расчете тепловой мощности выделяемой на резисторах, данным эффектом пренебрегают.

  • Допуск (точность):

При изготовлении резисторов не удается добиться абсолютной точности номинального сопротивления. Например, если Вы купили резистор на 100 Ом, то реальное сопротивление резистора может быть от 95 Ом до 105 Ом. Эта погрешность и называется допуском, который задается в процентах от номинального сопротивления. Для рассмотренного резистора он равен ±5%. Реальное значение сопротивления резистора легко проверить, например, просто измерив его мультиметром.

Строгая точность номиналов сопротивлений в обычной аппаратуре не всегда важна. Так, например, в бытовой электронике допускаются резисторы с допуском ±20%. Это выручает в тех случаях, когда необходимо заменить неисправный резистор, а в точности требуемого номинала нет в наличии.

Существует аппаратура, где такой трюк не пройдет — это прецизионная аппаратура. К ней относится медицинское оборудование, измерительные приборы, электронные узлы высокоточных систем, например, военных. Иногда такие резисторы можно встретить и в бытовой электронике.

Дополнительные параметры:

  • Максимальное рабочее напряжение:

Максимальное напряжение, при котором может работать резистор в заданных условиях в течении срока службы с сохранением нормированных параметров.

Для резисторов общего назначения обычно 250 В.

  • Рабочая температура:

Температура, при которой резистор исправно выполняет свои функции. Обычно указывается как диапазон: -45° … +55°С.

  • Температурный коэффициент сопротивления (ТКС):

Отражает стабильность номинального сопротивления под действием температуры.

TKC=\frac{\Delta R}{R\cdot \Delta T}\text{.}

Особенности переменных резисторов:

Все вышеперечисленные параметры характерны для всех типов резисторов, однако для переменных резисторов существуют специфические параметры:

  • Функциональная характеристика:

Суть данного параметра — зависимость изменения сопротивления от угла поворота ручки или положения подвижного контакта (для ползунковых резисторов).

Виды функциональных характеристик:

Виды функциональных характеристик
Рисунок 1 — Виды функциональных характеристик.
    • Линейная:

Сопротивление переменного резистора меняется равномерно при повороте ручки на один и тот же угол или при перемещении ползунка на одно и то же расстояние.

Обозначается линейная характеристика кириллической буквой А или латинской буквой А.

Типичное применение таких резисторов — регулятор напряжения в аналоговых блоках питания. В таком случае изменение выходного напряжения при регулировке будет равномерным, а шкала для прибора будет более удобной.

    • Логарифмическая:

При повороте ручки резистора, сопротивление сначала меняется равномерно, но ближе к середине – резко, скачкообразно, а затем, к концу поворота ручки, опять равномерно, но более полого. Таким образом, изменение сопротивления резистора происходит нелинейно (неравномерно) и по логарифмическому закону.

Обозначается логарифмическая характеристика кириллической буквой Б или латинской буквой В.

    • Показательная (обратно-логарифмическая):

Данная функциональная характеристика обратна логарифмической.

Обозначается показательная характеристика кириллической буквой В или латинской буквой С.

Типичное применение резисторов с нелинейной функциональной характеристикой — регулятор громкости в аудиоаппаратуре.

Вы конечно спросите, почему же именно логарифмическая характеристика применяется для регулировки громкости? Причина этого описана ниже:

Спойлер

Дело все в том, что человеческое ухо с ростом громкости воспринимает звук тише (этот эффект описывается эмпирическим закон Вебера-Фехнера. Подробнее об этом можно прочесть здесь). В результате, если в качестве регулятора громкости поставить переменный резистор с линейной зависимостью, то шкала регулировки громкости у резистора будет нелинейной, и на средней и большой громкости нам придется выкручивать ручку регулятора на больший угол, чтобы ощутить значительное изменение уровня звука. Из-за этого возникает неудобство, т.к. шкала у регуляторов громкости получается неравномерной, да и на разном уровне громкости ручку приходится крутить по-разному. Поэтому в аудиоаппаратуре и применяются переменные резисторы с логарифмической или показательной функциональной характеристикой, в зависимости от схемотехнической реализации устройства.

    • Износоустойчивость:

Число циклов передвижения подвижной системы переменного резистора, при котором параметры резистора остаются в пределах нормы.

В этом параметре кроется отличие между подстроечными и регулировочными переменными резисторами. Для регулировочных резисторов количество циклов может достигать 50 000 – 100 000. Подстроечные резисторы в отличие от регулировочных, рассчитаны на гораздо меньшее число циклов перемещения подвижной системы (ползунка). Максимальное число для некоторых экземпляров вообще ограничено 100.

При превышении допустимого количества циклов перемещения подвижной системы надежная работа переменного резистора не гарантируется. Поэтому применять подстроечные резисторы взамен регулировочных настоятельно не рекомендуется – это сказывается на надежности устройства.

    • Разрешающая способность:

Минимальное значение приращения сопротивления при перемещении подвижной части переменного резистора, т.е. то, с какой точностью возможно изменять его сопротивление.

Для ползунковых и однооборотных переменных резисторов разрешающая способность обычно составляет 5% от номинального значения полного сопротивления, для прецизионных многооборотных – 1%.

Страниц: 1 2 3 4