Что такое резистор, виды и роль в электроцепи, проверка мультиметром

– это пассивный элемент электрической цепи, обладающий определённым или переменным значением электрического сопротивления. В отличие от активных элементов, пассивные не имеют возможности управлять потоком электронов.

В народе резисторы называют «резюками» или просто «сопротивление». Резисторы отвечают за линейное преобразование силы тока в напряжение и наоборот, а также для ограничения тока и поглощения электрической энергии.

Резистор является одним из самых популярных компонентов и используется в большинстве электронных устройств.

Для чего нужен резистор в электрической цепи

Наглядный пример работы резистора

С помощью резистора в электроцепи ограничивают ток, получая нужную его величину. В соответствии с законом Ома, чем больше сопротивление при стабильном напряжении, тем меньше сила тока.

Закон Ома выражается формулой U = I*R, в которой:

• U – напряжение, В;
• I – сила тока, А;
• R – сопротивление, Ом.

Также резисторы работают как:

• преобразователи тока в напряжение и наоборот;
• делители напряжения, это свойство применяется в измерительных аппаратах;
• элементы для снижения или полного удаления радиопомех.

Принцип работы

Приобретая деталь, нужно понимать, как именно работает резистор. Любой проводниковый компонент имеет определенные особенности, обусловленные его внутренним строением. Когда электроток идет по проводнику, заряженные частицы, проходя через его структуру, теряют энергетический запас, отдавая его наружу и нагревая вещество. Известно, что величина напряжения равна произведению проходящего по проводнику тока и сопротивления материала, из которого он изготовлен. Что же делает резистор? Поскольку он содержит в себе компонент с очень высокой сопротивляемостью току, при прохождении последнего на элементе понижается напряжение, и происходит выделение некоторой части мощности в виде теплоты.

Основные характеристики резисторов

Параметры, которые нужно учитывать при выборе резистора, зависят от характера схемы, в которой он будет использован. К основным характеристикам относятся:

• Номинальное сопротивление.
  Эта величина измеряется в Ом, 1 кОм (1000 Ом), 1 МОм (1000 кОм), 1 ГОм (1000 МОм).
• Максимальная рассеиваемая мощность
  — предельная мощность, которую способен рассеивать элемент при долговременном использовании. На схемах номинальную мощность рассеивания указывают только для мощных резюков. Чем выше мощность, тем больше размеры детали.
• Класс точности.
  Определяет, на сколько фактическая величина сопротивления может отличаться от заявленной.

При необходимости принимают во внимание предельное рабочее напряжение, избыточный шум, устойчивость к температуре и влаге, коэффициент напряжения. Если деталь планируется установить в аппарат, работающий на высоких и сверхвысоких частотах, учитывают паразитную емкость и паразитную индуктивность. Эти величины должны быть минимальными.

Область применения резисторов

Резистор играет важнейшую функцию в работе электрических систем. Например, он способен контролировать распределение, мощность и прочие характеристики электричества в автомобиле. Резистор любого размера, находящийся в отопительной системе позволяет точно регулировать количество подаваемого тепла.

Элемент, расположенный в светодиодах, позволяет регулировать интенсивность освещения. Следовательно, данный механизм позволяет нам более точно регулировать параметры работы техники. В противном случае нам приходилось бы пользоваться заранее установленным режимом работы техники без возможности его изменения.

Способ монтажа

По технологии монтажа резисторы разделяют на выводные и SMD.

Выводные резисторы

Радиальный выводной резистор

Аксиальный выводной резистор

Предназначены для монтажа сквозь печатную плату. Выводы могут располагаться аксиально и радиально. Такие детали использовались в старой аудио- и видеоаппаратуре. Сейчас они применяются в простых аппаратах и в тех случаях, когда использование SMD-резисторов по каким-либо причинам невозможно.

Выводные резисторы по конструкции бывают проволочными, металлопленочными и композитными.

Из чего состоит резистор проволочного типа

В проволочных резисторах резистивным компонентом является проволока, намотанная на сердечник. Бифилярная намотка (двумя параллельными проводами, изолированными друг от друга, или обычным двужильным проводом) снижает паразитную индуктивность. К концам обмотки присоединяют выводы из многожильной меди или латунных пластин. Для защиты от влаги, механических повреждений и загрязнений, проволочные резюки покрывают неорганической эмалью, устойчивой к повышенным температурам.

Чем отличается металлопленочный резистор от проволочного

У металлопленочного резистора резистивным элементом является не проволока, а пленка из металлосплава. Резистивные компоненты (проволока или пленка) в резисторе изготавливаются из сплавов с высоким удельным сопротивлением: манганина, константана, нихрома, никелина.

SMD-резисторы

SMD-резисторы (или чип-резисторы) рассчитаны на поверхностный монтаж и выводов не имеют. Эти миниатюрные детали малой толщины изготавливаются прямоугольной или овальной формы. Имеют небольшие контакты, впаянные в поверхность. Их преимущества – экономия места на плате, упрощение и ускорение процесса сборки платы, возможность использования для автоматизированного монтажа.

SMD-резисторы изготавливают по пленочной технологии. Они могут быть тонко- и толстопленочными. Резистивную толстую или тонкую пленку наносят на изоляционную подложку. Подложка выполняет две функции: основания и теплоотводящего компонента.

Из чего делают чип-резисторы

Тонкопленочные элементы, к которым предъявляются особые требования по влагостойкости, изготавливаются из нихрома. При производстве толстопленочных моделей используются диоксид рутения, рутениты свинца и висмута.

Виды резисторов по характеру изменения сопротивления

Резисторы бывают постоянными и переменными.

Постоянные имеют два вывода и стабильное сопротивление, отображенное в маркировке. В переменных (регулировочных и подстроечных) резисторах этот параметр меняется в допустимых пределах, в зависимости от рабочего режима.

В переменных резюках три вывода. На схеме указывается номинал между крайними выводами. Значение сопротивления между средним выводом и крайними регулируется путем перемещения скользящего контакта (бегунка) по резистивному слою. При этом сопротивление между средним и одним из крайних выводов возрастает, а между средним и другим крайним выводами – падает. При движении «бегунка» в другую сторону эффект обратный.

Что делают подстроечные резисторы

Они созданы для периодической подстройки, поэтому подвижная система рассчитана на небольшое количество циклов перемещения – до 1000.

Регулировочные резисторы рассчитаны на многократное использование – более 5 тысяч циклов.

Переменные регулировочные резисторы

Переменные (регулирующие) резисторы предназначены для интенсивной регулировки так, как это делается при изменении громкости в аудиоусилителях.

Основная характеристика таких резисторов – тип зависимости сопротивления от регулирующего воздействия (угла поворота вала или перемещения движка). Реализуются три типа зависимости (показано на рисунке 1.8): А – линейная, Б – логарифмическая и В – обратно-логарифмическая.

Переменные резисторы имеют разные конструктивные решения. Но все они должны обеспечивать вывод регулирующего стержня (вала) сквозь корпус прибора. Принцип устройства переменных резисторов и функциональный прототип (реостат) представлены на рисунках 1.9а, 1.9б.

а) – принцип устройства переменных резисторов;

б) – функциональный прототип (реостат);

в) – и) – отличия переменных резисторов по способу крепления в приборе с помощью гайки и резьбы на корпусе прибора;

к) – н) – отличия переменных резисторов по способу впаивания в печатную плату и дополнительному закреплению также с помощью накидной гайки;

п) – переменный резистор как конструктивная имитация реостата при впаивании в плату.

Рисунок 1.9 – Конструктивные виды переменных резисторов

Конструктивные отличия связаны со способом крепления переменных резисторов в приборе:

• одни крепятся с помощью гайки и резьбы на корпусе прибора, связь с электрической схемой реализуется с помощью навесных проводников (представлены на рисунках 1.9в … 1.9и);
• другие впаиваются в печатную плату и дополнительно закрепляются также с помощью накидной гайки (представлены на рисунках 1.9к … 1.9н);
• третьи впаиваются в плату и конструктивно имитируют реостат (представлены на рисунке 1.9п), в котором изменение сопротивления осуществляется не вращением вала, а поступательным движением движка, выводимым наружу.

Другие возможные отличия – тип резистивного материала: провод или слой износоустойчивого проводника.

Примечание – Обычно регулировка сопротивления осуществляется по линейному закону: равномерное перемещение якоря (движка) приводит к равномерному изменению сопротивления.

Для регулировки громкости в аудиоусилителях осуществляется регулировка по логарифмическому закону. В наших устройствах второй способ не применяется.

Характеристики переменных резисторов.

Характеристики аналогичны характеристикам постоянных резисторов:

• номинальное сопротивление, номинальная мощность, предельное рабочее напряжение, ТКС, конструктивные особенности и габаритные размеры. Но есть и специфические параметры:
• диапазон изменения (регулирования) и минимальное устанавливаемое значение;
• точность установки сопротивления;
• гарантированное число полных оборотов без изменения характеристик и др.

В качестве примера рассмотрим общий вид и основные характеристики регулировочного резистора типа PTD901-2015K-B103, которые приведены на рисунке 1.10.

Схемы подключения переменных резисторов

Различают два способа подключения переменных резисторов: реостатное и потенциометрическое (показано на рисунке 1.11).

Типы резисторов по характеру вольтамперной характеристики

По ВАХ резисторы разделяются на линейные и нелинейные. Сопротивление линейных резюков не зависит от напряжения и тока, а сопротивление нелинейных элементов меняется, в зависимости от этих (или других) величин. Малогабаритные линейные детали типа МЛТ (металлизированные лакированные термостойкие) используются в аппаратуре связи – магнитофонах и радиоприемниках.

Примером нелинейных резисторов может служить обычная осветительная лампочка, чье сопротивление в выключенном состоянии намного меньше, чем в режиме освещения. В фоторезисторах сопротивление меняется под действием света, в терморезисторах – температуры, тензорезисторах – деформации резисторного слоя, магниторезисторах – магнитного поля.

Резисторная сборка

Резисторная сборка представляют собой комбинацию сопротивлений, которые дают одинаковые значения для всех выводов. Эти резисторы изготавливаются в виде одиночного и сдвоенного пакета. Резисторная сборка широко используются в таких схемах, как АЦП (аналого-цифровые преобразователи) и ЦАП (Цифро-аналоговый преобразователь) в качестве подтягивающих резисторов.

Виды резисторов по назначению

Резисторы по назначению разделяются на два основных типа – общего назначения и специальные. В свою очередь, специальные сопротивления делятся следующим образом:

• Высокочастотные.
  Для чего нужны такие резисторы в электроцепях: благодаря низким собственным емкостям и индуктивностям, высокочастотные резисторы могут применяться в схемах, в которых частота достигает сотни мегагерц, они выполняют в них функции балластных или оконечных нагрузок.
• Высокоомные.
  Величина сопротивления находится в диапазоне от нескольких десятков МОм до ТОм, величина напряжения небольшая – до 400 В. Высокоомные элементы работают в ненагруженном состоянии, поэтому большая мощность им не нужна. Их мощность рассеивания не превышает 0,5 Вт. Высокоомные резисторы служат для ограничения тока в дозиметрах, приборах ночного видения и других приборах с малыми токами.
• Прецизионные и сверхпрецизионные.
  Эти устройства имеют высокий класс точности: допустимое значение сопротивления составляет 1% от номинального и менее. Для сравнения: у обычных резисторов допустимый диапазон составляет 5% и более. Прецизионные устройства используются в основном в приборах измерения высокой точности.

Принцип работы резистора простым языком

Все электронные приборы состоят из радиодеталей, которые делятся на два больших типа: активные и пассивные.

Активные усиливают электрические сигналы. Слабый сигнал на входе управляет мощным на выходе. В этом случае коэффициент усиления больше единицы.

Резистор относится к пассивному типу деталей, у которого коэффициент усиления меньше единицы.

В советское время резисторы именовали сопротивлениями. В наши дни эти детали называют резисторами. Сделано это потому, что все детали, применяемые в электронике, обладают сопротивлением. Чтобы не путаться, активные сопротивления назвали резисторами.

Все проводники имеют сопротивление, которое считается вредным, так как это приводит к нагреву элемента по которому течет ток. К тому же теряется электрическая мощность. Сопротивление резистора является полезным. Он нагревается и выделяет тепло. На этом принципе работают нагревательные печки и лампы, применяемые в быту.

Шумы резисторов и способы их уменьшения

Собственные шумы резистивных элементов состоят из тепловых и токовых шумов. Тепловые шумы, спровоцированные движением электронов в токопроводящем слое, усиливаются при повышении температуры нагрева детали и температуры окружающей среды. При протекании тока генерируются токовые шумы. Токовые шумы, значение которых существенно выше тепловых, в основном характерны для непроволочных резисторов.

Способы борьбы с шумами:

• Применение в схеме типов резисторов, в которых шумы невелики, благодаря технологии изготовления.
• Переменные резисторы шумят больше постоянных, поэтому в схеме стараются использовать элементы с переменным сопротивлением минимального номинала или не применять их вообще.
• Использование резюков с бОльшей мощностью, чем требуется по технологии.
• Принудительное охлаждение элемента путем установки поблизости вентилятора.

Устройство резистора изнутри

Самый простой резистор — это реостат. На каркас наматывается проволока с большим сопротивлением и подключается к источнику питания. Исходя из этого можно сделать вывод: первое требование для этого элемента — высокоомный проводник. Для производства этого элемента используют:

• проволоку;
• металлическую пленку, металлическую фольгу;
• композитный материал;
• полупроводник.

Металлическую фольгу из высокоомного материала наматывают на каркас. При необходимости увеличить сопротивление ее разрезают на дорожку, тем самым увеличивая длину, и соответственно, сопротивление. Металлопленочный резистор получают напылением металла на основу.

В качестве композитного материала используют графит с органическими или неорганическими добавками. Резистор может полностью состоять из такого материала или из дорожки, на которую нанесен этот материал.

С началом производства микросхем появились новые резисторы, которые называются интегральные. Производство выполняется на молекулярном уровне. На высоколегированный полупроводник напыляют тонкий слой высокоомного металла, что и выполняет функцию резистора.

Обозначение резисторов на схеме

Обозначение переменных, подстроечных и нелинейных резисторов на схемах:

Условное обозначение резистора на схеме – прямоугольник размерами 4х10 мм. На схемах значение сопротивления постоянного резюка менее кОма проставляется рядом с его условным обозначением числом без единицы измерения. При номинале от одного кОм до 999 кОм рядом с числом ставят букву «К», от одного МОм – букву «М». Характеристики резисторов указывают на их поверхности, для чего применяют буквенно-цифровой код или группу цветных полосок.

Примеры буквенно-цифрового обозначения для сопротивления, выраженного целым числом:

• 25 Ом – 25 R;
• 25 кОм – 25 K;
• 25 МОм – 25 M.

Если для выражения величины сопротивления используется десятичная дробь, то порядок расположения цифр и букв будет иным, например:

• 0,25 Ом – R 25;
• 0,25 кОм – K 25;
• 0,25 МОм – M 25.

Если сопротивление выражается числом, отличным от нуля и с десятичной дробью, то буква в обозначении играет роль запятой, например:

• 2,5 Ом – 2R5;
• 2,5 кОм – 2K5;
• 2,5 МОм – 2M5.

Производители в силу несовершенства производственной технологии не в состоянии на 100% гарантировать соответствие заявленного значения сопротивления фактическому. Допустимая погрешность обозначается в % и проставляется после номинального значения, например ±5%, ±10%, ±20%. Класс точности может определяться буквой, в зависимости от производителя, – русской или латинской.

Маркировка

Размер резистивного элемента напрямую связан с его мощностью рассеивания, чем она выше, тем крупнее габариты детали. Если на схемах легко указать любое численное значение, то маркировка изделий бывает затруднена. Тенденция миниатюризации в производстве электроники вызывает необходимость использования элементов все меньших размеров, что повышает сложность как нанесения информации на корпус, так и ее прочтения.

Для облегчения идентификации резисторов в российской промышленности применяют буквенно-цифровую маркировку. Сопротивление обозначается так: цифрами указывают номинал, а букву ставят либо за цифрами (в случае десятичных значений), либо перед ними (для сотен). Если номинал менее 999 Ом, то число наносится без буквы (или могут стоять буквы R либо Е). Если же значение указано в кОм, то за числом ставится буква К, букве М соответствует значение в МОм.

Номиналы американских резисторов обозначаются тремя цифрами. Первые две из них предполагают номинал, третья — количество нулей (десятков), добавляемых к значению.

При роботизированном производстве электронных узлов нанесенные символы нередко оказываются на той стороне детали, которая обращена к плате, это делает прочтение информации невозможным.

Цветовая маркировка резисторов с проволочными выводами

Для резисторов применяют цветовую кодировку, которая наносится 3, 4, 5, 6 цветовыми кольцами. Если кольца смещены к одному из выводов, то первым (с него и начинается расшифровка кода) считается кольцо, находящееся к выводу ближе всего. Если кольца расположены приблизительно равномерно, то следует помнить, что первое кольцо не делают серебристым или золотистым. В некоторых моделях чтение кода начинают с той стороны, где находятся парные кольца, отдельно стоящее кольцо обычно находится в конце шифра.

Таблица расшифровки цветовых колец

В четырехполосном коде первые две полосы означают два знака номинала, третья полоска – это десятичный множитель, то есть это степень, в которую нужно возвести число, обозначающее номинал. Четвертая полоска указывает класс точности элемента. В пятиполосном шифре третья полоса обозначает знак номинала, четвертая – десятичный множитель, а пятая – класс точности. Если присутствует шестая полоса, то она обозначает температурный коэффициент. Если же это кольцо шире остальных в полтора раза, то оно характеризует процент отказов.

В расшифровке кодов проволочных резисторов помогут удобные онлайн-программы. Тем более имеет смысл к ним обратиться при расшифровке кода SMD-резистора, поскольку существует несколько вариантов маркировок, с которыми самостоятельно разобраться будет очень непросто.

Виды соединения резисторов в электроцепи

Эффективная работа элементов электроцепи с резистором зависит от правильного выбора не только самого сопротивления, но и способа его соединения в цепи, который может быть последовательным, параллельным или смешанным.

Последовательное соединение

Последовательное соединение резисторов

В такой схеме каждый последующий резистор подсоединяется к предыдущему, образуя неразветвленную цепь. Ток в последовательно соединенных «резюках» одинаковый, напряжение разное. Общее сопротивление нескольких последовательно расположенных «резюков» определяется очень просто – суммированием их номиналов.

Формула: Rобщ. = R1 + R2 +…+ Rn

Чем больше элементов в последовательной схеме, тем больше суммарное сопротивление.

Параллельное соединение

Параллельное соединение резисторов

При параллельном соединении резисторы соединяются между собой вводами и выводами. Напряжение на этих элементах одинаково, а ток между ними распределяется. Чем больше ветвей образуется, тем больше вариантов протекания тока и тем меньше общее сопротивление.

Формула: Rобщ. = 1/R1 + 1/R2 +…+ 1/Rn

Смешанное соединение

Смешанное соединение резисторов

При таком способе варианты соединения элементов комбинируют. Сопротивление каждого участка с определенным типом соединения рассчитывается по указанным выше правилам.

Соединение нескольких резисторов в одной схеме

Если у вас под рукой не оказалось сопротивления нужного номинала, то можно его получить при помощи правильного соединения нескольких резюков. Так, если вам нужно сопротивление 100 кОм, а есть две резистивные детали по 50 кОм, то их можно соединить последовательно и получить нужный результат. Сопротивление в 100 кОм можно получить параллельным соединением элементов по 200 кОм.

Как проверить резистор

Для проверки резистора подойдет практически любой мультиметр. С постоянным резистором могут произойти только две неприятности:

• Обрыв резистора — его сопротивление стремится к бесконечности;
• Сильное изменение сопротивления.

В электрической схеме легко заметить подгоревший резистор — в этом случае он обязательно должен был подвергнуть прозвонке при помощи мультиметра. Необходимо заметить, что обрыв резистора может произойти и без изменения внешнего вида (без «подгорания»).

Процесс проверки резистора следующий:

1. Определяете сопротивление по цифровой или цветовой маркировке;
2. Выставляете мультиметр в режим измерения сопротивления исходя из номинала резистора;
3. Проверяете соответствие сопротивления указанному на корпусе.

Если сопротивление резистора находится в допустимых пределах (для углеродистых отечественных резисторов С1-4 допустимые отклонения от номинала могут доходить до ±10 %), то резистор исправен. В противном случае он нуждается в замене.

Процесс проверки постоянных резисторов при помощи цифрового мультиметра продемонстрирован в видео ниже.

Проверка переменных резисторов немного сложнее. Необходимо проверить качество контакта щетки с токопроводящим элементом. В некоторых случаях неисправный переменный резистор можно отремонтировать.