2.5: Резистори

Last updated
Save as PDF

Page ID: 101598

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Що таке резистор?

Спеціальні компоненти, звані резисторами, виготовляються з метою створення точної кількості опору для вставки в ланцюг. Вони, як правило, виготовлені з металевого дроту або вуглецю та розроблені для підтримки стабільного значення опору в широкому діапазоні умов навколишнього середовища. На відміну від ламп, вони не виробляють світло, але виробляють тепло, оскільки електроенергія розсіюється ними в робочому контурі. Зазвичай, правда, призначення резистора полягає не в тому, щоб виробляти корисне тепло, а просто забезпечити точну кількість електричного опору.

Схематичні символи резистора

Найпоширенішим схематичним символом резистора є зигзагоподібна лінія:

Значення резисторів в Омах зазвичай відображаються у вигляді сусіднього числа, і якщо в схемі присутній кілька резисторів, то вони будуть позначені унікальним ідентифікаційним номером типу R ₁, R ₂, R ₃ і т.д. як бачите, символи резисторів можуть бути показані або горизонтально, або по вертикалі:

Справжні резистори виглядають не що інше, як зигзагоподібний символ. Замість цього вони виглядають як невеликі трубки або циліндри з двома проводами, що виступають для підключення до ланцюга. Ось вибірка різних видів і розмірів резисторів:

Відповідно до їх фізичного вигляду, альтернативний схематичний символ резистора виглядає як невелика прямокутна коробка:

Резистори також можуть бути показані, що мають різні, а не фіксовані опори. Це може бути з метою опису фактичного фізичного пристрою, призначеного для забезпечення регульованого опору, або це може бути для того, щоб показати якийсь компонент, який просто має нестабільний опір:

Насправді, кожен раз, коли ви бачите символ компонента, намальований діагональною стрілкою через нього, цей компонент має змінну, а не фіксоване значення. Цей символ «модифікатор» (діагональна стрілка) є стандартним електронним умовним символом.

Змінні резистори

Змінні резистори повинні мати деякі фізичні засоби регулювання, або обертовий вал, або важіль, який можна переміщати, щоб змінити величину електричного опору. Ось фотографія, на якій зображені деякі пристрої, звані потенціометрами, які можна використовувати як змінні резистори:

Номінальна потужність резисторів

Оскільки резистори розсіюють теплову енергію, оскільки електричні струми через них долають «тертя» свого опору, резистори також оцінюються з точки зору того, скільки теплової енергії вони можуть розсіювати, не перегріваючи та не зазнаючи пошкоджень. Природно, цей показник потужності вказаний в фізичній одиниці «ват». Більшість резисторів, знайдених у невеликих електронних пристроях, таких як портативні радіоприймачі, оцінюються на 1/4 (0,25) Вт або менше. Номінальна потужність будь-якого резистора приблизно пропорційна його фізичному розміру. Зверніть увагу на першій фотографії резистора, як показники потужності співвідносяться з розміром: чим більше резистор, тим вище його показник розсіювання потужності. Також зверніть увагу, як опори (в Омах) не мають нічого спільного з розміром!

Хоча зараз може здатися безглуздим мати пристрій, що нічого не робить, крім опору електричному струму, резистори є надзвичайно корисними пристроями в ланцюгах. Оскільки вони прості і так часто використовуються у всьому світі електрики та електроніки, ми витратимо значну кількість часу на аналіз схем, що складаються з нічого, крім резисторів та батарей.

Як корисні резистори?

Для практичної ілюстрації корисності резисторів вивчіть фотографію нижче. Це зображення друкованої плати або друкованої плати: збірка, виготовлена з затиснутих шарів ізолюючої фенольної волокнистої плити та струмопровідних мідних смуг, в які компоненти можуть бути вставлені та закріплені низькотемпературним процесом зварювання під назвою «пайка». Різні компоненти на цій друкованій платі ідентифікуються друкованими етикетками. Резистори позначаються будь-якою міткою, що починається з літери «R».

Ця конкретна друкована плата - це комп'ютерний аксесуар під назвою «модем», який дозволяє передавати цифрову інформацію по телефонних лініях. Є щонайменше десяток резисторів (всі розраховані на розсіювання потужності 1/4 Вт), які можна побачити на платі цього модему. Кожен з чорних прямокутників (званих «інтегральними схемами» або «мікросхемами») також містять власний масив резисторів для своїх внутрішніх функцій.

Інший приклад друкованої плати показує резистори, упаковані в ще менші одиниці, які називаються «пристроями поверхневого монтажу». Саме ця друкована плата є нижньою стороною жорсткого диска персонального комп'ютера, і знову припаяні на неї резистори позначаються ярликами, що починаються з літери «R»:

На цій друкованій платі більше ста резисторів для поверхневого монтажу, і ця кількість, звичайно, не включає кількість резисторів, внутрішніх до чорних «чіпів». Ці дві фотографії повинні переконати будь-кого, що резистори - пристрої, які «просто» протистоять потоку електронів - є дуже важливими компонентами у сфері електроніки!

«Навантаження» на принципові схеми

На принципових схемах символи резисторів іноді використовуються для ілюстрації будь-якого загального типу пристрою в ланцюзі, що робить щось корисне з електричною енергією. Будь-який неспецифічний електричний пристрій, як правило, називається навантаженням, тому якщо ви бачите принципову схему, що показує символ резистора з позначкою «навантаження», особливо в підручній схемі, що пояснює деяку концепцію, не пов'язану з фактичним використанням електричної енергії, цей символ може бути просто свого роду скороченням уявлення про щось ще більш практичне, ніж резистор.

Аналіз ланцюгів резисторів

Щоб підсумувати те, що ми дізналися на цьому уроці, давайте проаналізуємо наступну схему, визначивши все, що ми можемо з наданої інформації:

Все, що нам дали тут для початку - це напруга акумулятора (10 вольт) і струм ланцюга (2 ампера). Ми не знаємо опору резистора в Омах або потужності, що розсіюється ним у ватах. Обстежуючи наш масив рівнянь Закону Ома, ми знаходимо два рівняння, які дають нам відповіді з відомих величин напруги та струму:

Вставивши відомі величини напруги (E) і струму (I) в ці два рівняння, ми можемо визначити опір ланцюга (R) і розсіювання потужності (P):

Для умов ланцюга 10 вольт і 2 ампер опір резистора має бути 5 Ом. Якби ми проектували схему для роботи при цих значеннях, нам довелося б вказати резистор з мінімальним номіналом потужності 20 Вт, інакше він би перегрівався і вийшов з ладу.

Резисторні матеріали

Резистори можна знайти в безлічі різних матеріалів, кожен зі своїми властивостями та конкретними сферами використання. Більшість інженерів-електриків використовують типи, наведені нижче:

Дротяна обмотка (WW)

Дротяні резистори виготовляються шляхом обмотки опору дроту навколо непровідного сердечника по спіралі. Вони, як правило, виробляються для високоточних та енергетичних застосувань. Сердечник зазвичай виготовлений з кераміки або скловолокна, а дріт опору виготовлений з нікель-хромового сплаву і не підходить для застосувань з частотами вище 50 кГц. Низький рівень шуму та стабільність щодо коливань температури є стандартними характеристиками дротяних резисторів. Значення опору доступні від 0,1 до 100 кВт, з точністю від 0,1% до 20%.

Металева плівка

Ніхром або нітрид танталу зазвичай використовуються для металевих плівкових резисторів. Комбінація керамічного матеріалу і металу зазвичай складають резистивний матеріал. Значення опору змінюється шляхом різання спіралеподібного малюнка в них плівки, подібної до вуглецевої плівки за допомогою лазера або абразиву. Металеві плівкові резистори, як правило, менш стабільні над температурою, ніж дротяні резистори, але краще обробляють більш високі частоти.

Плівка оксиду металу

Резистори оксиду металів використовують оксиди металів, такі як оксид олова, що робить їх дещо відмінними від металевих плівкових резисторів. Ці резистори надійні і стабільні і працюють при більш високих температурах, ніж металеві плівкові резистори. Через це металеві оксидні плівкові резистори використовуються в додатках, які вимагають високої витривалості.

Фольга

Розроблений в 1960-х роках, фольгований резистор все ще є одним з найбільш точних і стабільних типів резисторів, які ви знайдете і використовуються для додатків з високими вимогами до точності. Керамічна підкладка, яка має цементовану до неї тонку об'ємну металеву фольгу, становить резистивний елемент. Фольговані резистори відрізняються дуже низьким температурним коефіцієнтом опору.

Склад вуглецю (CCR)

До 1960-х рр. Резистори вуглецевого складу були стандартом для більшості застосувань. Вони надійні, але не дуже точні (їх переносимість не може бути краще приблизно 5%). Суміш дрібних частинок вуглецю і непровідного керамічного матеріалу використовується для резистивного елемента CCR резисторів. Речовина формується в форму циліндра і випікається. Розміри корпусу і відношення вуглецю до керамічного матеріалу визначають величину опору. Більше вуглецю, що використовується в процесі, означає, що буде менший опір. Резистори CCR все ще корисні для певних застосувань через їх здатність витримувати імпульси високої енергії, хорошим прикладом застосування може бути в джерелі живлення.

Вуглецева плівка

Вуглецеві плівкові резистори мають тонку вуглецеву плівку (з розрізаною в плівці спіраллю для збільшення резистивного шляху) на ізолюючому циліндричному сердечнику. Це дозволяє значення опору бути більш точним, а також збільшує значення опору. Вуглецеві плівкові резистори набагато точніші, ніж резистори вуглецевого складу. Спеціальні резистори з вуглецевої плівки використовуються в додатках, які вимагають високої стабільності імпульсу.

Основні показники ефективності (KPI)

KPI для кожного матеріалу резистора можна знайти нижче:

Скрин_кадр_2018-06-07_у_3.02.19_pm.png

Рецензія

Пристрої, звані резисторами, побудовані для забезпечення точних величин опору в електричних ланцюгах. Резистори розраховані як за своїм опором (Ом), так і за здатністю розсіювати теплову енергію (Вт).

Номінальні опору резистора не можуть бути визначені з фізичного розміру резистора (ів), про який йде мова, хоча приблизні показники потужності можуть. Чим більше резистор, тим більшу потужність він може спокійно розсіяти, не зазнаючи пошкоджень.
Будь-який пристрій, що виконує якусь корисну задачу з електроенергією, прийнято називати навантаженням. Іноді символи резистора використовуються в принципових схемах для позначення неспецифічного навантаження, а не власне резистора.