Переменный резистор: назначение, устройство, виды, проверка мультиметром

Здравствуйте, уважаемые читатели сайта . В предыдущей статье мы разобрались, какие бывают соединительные провода и линии электрической связи и как они обозначаются на электрических схемах. В этой статье речь пойдет о резисторе или как по старинке его еще называют сопротивление

.

Резисторы являются наиболее распространенными элементами радиоэлектронной аппаратуры и используются практически в каждом электронном устройстве. Резисторы обладают электрическим сопротивлением

и служат для
ограничения прохождения тока
в электрической цепи. Их применяют в схемах делителей напряжения, в качестве добавочных сопротивлений и шунтов в измерительных приборах, в качестве регуляторов напряжения и тока, регуляторов громкости, тембра звука и т.д. В сложных приборах количество резисторов может достигать до нескольких тысяч штук.

Что такое резистор?

Специальные компоненты, называемые резисторами, созданы специально для создания точного количества сопротивления, добавляемого в схему. Обычно они изготавливаются из металлической проволоки или углерода и спроектированы так, чтобы поддерживать стабильное значение сопротивления в широком диапазоне условий окружающей среды. В отличие от ламп, они не излучают свет, но выделяют тепло, поскольку в работающей схеме ими рассеивается электрическая энергия. Однако обычно резистор предназначен не для выработки полезного тепла, а просто для обеспечения точного количества электрического сопротивления.

Литература

1. Sensors and Controls. SOLUTIONS GUIDE. Bourns, 2003;
2. Bourns® Trimpot® Product Catalog. – Bourns, 2004;
3. Selecting the Appropriate Position Feedback Sensor for Factory Automation Valve Designs. WHITE PAPER. Bourns, 2011;
4. https://www.bourns.com/.

Получение технической информации, заказ образцов, заказ и доставка.

•••

Условные обозначения и номиналы резисторов на схеме

Условное обозначение резистора на схеме согласно ГОСТу – прямоугольник размером 4 мм x 8 мм. В англоязычной литературе распространено обозначение резистора в виде пилообразной линии:

Рисунок 1 – Условное графическое обозначение резистора

Номиналы резисторов в омах обычно отображаются на схеме в виде чисел рядом с условным обозначением, а если в цепи присутствует несколько резисторов, они будут помечены уникальным идентификационным номером, таким как R1, R2, R3 и т.д. Как видите, обозначения резисторов могут быть показаны горизонтально или вертикально:

Рисунок 2 – Обозначение номиналов резисторов на схеме (резисторы 150 Ом и 25 Ом)

Ниже показано несколько примеров резисторов разных типов и размеров:

Рисунок 3 – Примеры резисторов

Также на схеме можно показать, что резистор имеет переменное, а не фиксированное сопротивление. Это может быть сделано с целью описания реального физического устройства, разработанного для обеспечения регулируемого сопротивления, или может быть для того, чтобы показать какой-то компонент, который просто имеет нестабильное сопротивление:

Рисунок 4 – Условное графическое обозначение переменного резистора

Фактически, каждый раз, когда вы видите обозначение компонента с нарисованной по диагонали стрелкой, это означает, что этот компонент имеет переменное, а не фиксированное значение. Этот символ «модификатор» (диагональная стрелка) является стандартным дополнением к обозначению электронных компонентов.

Цифровая маркировка на корпусе резисторов

Резисторы SMD, как и в пакетах 0603 или 0805, имеют свой собственный способ отображения их значения. Есть несколько распространенных методов маркировки, которые вы увидите на этих резисторах. Они обычно имеют от трех до четырех символов — цифры или буквы — напечатанные в верхней части корпуса.

Если все три символа, которые вы видите, являются цифрами , вы, вероятно, смотрите на резистор с маркировкой вида E24 . Эти маркировки на самом деле имеют некоторое сходство с системой цветовых полос, используемой на резисторах ПТГ. Первые два числа представляют первые две наиболее значимые цифры значения, последнее число представляет величину. Цифровая маркировка резисторов будет выглядеть так:

На приведенном выше примере изображения резисторы обозначены 104 , 105 , 205 , 751 и 754 . Резистор, помеченный 104, должен быть 100 кОм (10×10 4 ), 105 будет 1 МОм (10×10 5 ), а 205 — 2 МОм (20×10 5 ). 751 — это 750 Ом (75×10 1 ), а 754 — 750 кОм (75×10 4 ).

Еще одна распространенная система кодирования — E96 , и она самая необычная из всех. Резисторы E96 будут отмечены тремя символами — двумя цифрами в начале и буквой в конце. Два числа показывают первые три цифры значения, соответствующие одному из неочевидных значений в этой справочной таблице.

Буква в конце представляет множитель, соответствующий чему-то в этой таблице:

Таким образом, резистор 01C — лучший выбор, 10 кОм (100×100), 01B — 1 кОм (100×10), а 01D — 100 кОм. Это легко, другие коды могут не быть. 85A с картинки выше 750 Ом (750×1) и 30C на самом деле 20 кОм.

Переменные резисторы

Переменные резисторы должны иметь какие-то физические средства регулировки, либо вращающийся вал, либо рычаг, который можно перемещать, чтобы изменять величину электрического сопротивления. На фотографии ниже показаны устройства, называемые потенциометрами, которые можно использовать как переменные резисторы:

Рисунок 5 – Потенциометр

Ручки-счетчики оборотов от Bourns

Для многооборотных переменных резисторов компания Bourns предлагает использовать специализированные ручки с функцией подсчета оборотов (таблица 8, рисунок 12). Кроме того, серии H-xx имеют дополнительную разметку в виде шкалы угла поворота ручки.

Рис. 12. Ручки/счетчики оборотов

Таблица 8. Параметры ручек/счетчиков оборотов

Основными областями применения данных ручек являются панели управления для промышленной и медицинской электроники.

Номинальная мощность резисторов

Поскольку резисторы рассеивают тепловую энергию по мере того, как электрические токи через них преодолевают «трение» их сопротивления, то резисторы также оцениваются с точки зрения того, сколько тепловой энергии они могут рассеять без перегрева и повреждения. Естественно, эта номинальная мощность указывается в физических единицах измерения, «ватт». Большинство резисторов, используемых в небольших электронных устройствах, таких как портативные радиоприемники, рассчитаны на 1/4 (0,25) Вт или меньше. Номинальная мощность любого резистора примерно пропорциональна его физическому размеру. Обратите внимание на первую фотографию резисторов, как номинальная мощность соотносится с размером: чем больше резистор, тем выше его номинальная мощность. Также обратите внимание на то, что сопротивление (в омах) не имеет ничего общего с размером! Хотя сейчас может показаться бессмысленным иметь устройство, которое не делает ничего, кроме сопротивления электрическому току, резисторы – чрезвычайно полезные устройства в схемах. Поскольку они просты и так часто используются в мире электричества и электроники, мы потратим много времени на анализ схем, состоящих только из резисторов и источноков питания.

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.

Чем полезны резисторы?

Для практической иллюстрации полезности резисторов посмотрите фотографию ниже. Это изображение печатной платы: сборка, состоящая из изолирующих слоев стеклотекстолита и слоем проводящих медных дорожек, в которую можно вставлять компоненты и закреплять их с помощью процесса низкотемпературной сварки, называемого «пайкой». Различные компоненты на этой печатной плате обозначены напечатанными метками. Резисторы обозначаются любой меткой, начинающейся с буквы «R».

Рисунок 6 – Пример резисторов на печатной плате

Эта конкретная печатная плата представляет собой дополнение к компьютеру, называемое «модемом», которое позволяет передавать цифровую информацию по телефонным линиям. На плате этого модема можно увидеть, как минимум, дюжину резисторов (все с номинальной рассеиваемой мощностью 0,25 Вт). Каждый из черных прямоугольников (называемых «интегральными схемами» или «микросхемами», или «чипами») также содержит свой собственный массив резисторов, необходимый для работы. На другом примере печатной платы показаны резисторы, упакованные в еще меньшие корпуса, называемые SMD («surface mount device», «устройство поверхностного монтажа»). Эта конкретная печатная плата является нижней стороной жесткого диска компьютера; и снова припаянные к ней резисторы обозначены метками, начинающимися с буквы «R»:

Рисунок 7 – Пример резисторов на печатной плате

На этой печатной плате более сотни резисторов поверхностного монтажа, и это количество, конечно, не включает резисторы, встроенные в черные «чипы». Эти две фотографии должны убедить любого, что резисторы (устройства, которые «просто» препятствуют прохождению электрического тока) – очень важные компоненты в области электроники!

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.

«Нагрузка» на принципиальных схемах

На схемах символы резисторов иногда используются для иллюстрации обобщенного типа устройств, выполняющих что-то полезное с электрической энергией. Любое неконкретизированное электрическое устройство обычно называется нагрузкой, поэтому, если вы видите схему с символом резистора с пометкой «нагрузка», особенно в учебной принципиальной схеме, объясняющей какие-либо концепции, не связанные с фактическим использованием электроэнергии, этот символ может просто быть своего рода сокращением чего-то еще более практичного, чем резистор.

Анализ резисторных схем

Чтобы обобщить то, что мы узнали в этой статье, давайте проанализируем следующую схему, определив всё, что можем, исходя из предоставленной информации:

Рисунок 8 – Пример схемы

Всё, что нам здесь дано для начала, – это напряжение батареи (10 вольт) и сила тока в цепи (2 ампера). Нам неизвестно сопротивление резистора в омах или рассеиваемая им мощность в ваттах. Вспоминая формулы закона Ома, мы находим два уравнения, которые дают нам ответы на основе известных значений напряжения и силы тока:

\(R=\frac{E}{I} \qquad и \qquad P=IE\)

Подставляя известные значения напряжения (E) и силы тока (I) в эти два уравнения, мы можем определить сопротивление цепи (R) и рассеиваемую мощность (P):

\(R = \frac{10 \ В}{2 \ А} = 5 \ Ом\)

\(P = (2 \ А)(10 \ В) = 20 \ Вт\)

Для заданных условий цепи (10 В и 2 А) сопротивление резистора должно быть 5 Ом. Если бы мы проектировали схему для работы при этих значениях, нам пришлось бы использовать резистор с минимальной номинальной мощностью 20 Вт, иначе бы он перегрелся и вышел из строя.

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.

Материалы, из которых изготавливаются резисторы

В мире можно найти резисторы, изготовленные из самых разных материалов, каждый из которых имеет свои свойства и определенные области применения. Большинство инженеров-электронщиков используют типы, указанные ниже.

Проволочные резисторы

Рисунок 9 – Проволочные резисторы
Проволочные резисторы изготавливаются путем наматывания по спирали проволоки с высоким сопротивлением вокруг непроводящего сердечника. Обычно они применяются там, где нужна высокая точность или большая мощность. Сердечник обычно изготавливается из керамики или стекловолокна, а резистивная проволока из никель-хромового сплава, которая не подходит для приложений с частотами выше 50 кГц. Достоинствами проволочных резисторов являются низкий уровень шума и устойчивость к колебаниям температуры. Доступны резисторы со значениями сопротивления от 0,1 до 100 кОм и с точностью от 0,1% до 20%.

Металлопленочные резисторы

Рисунок 10 – Металлопленочные резисторы
Для металлопленочных резисторов обычно используют нитрид нихрома или тантала. Резистивный материал обычно составляет комбинация керамического материала и металла. Значение сопротивления изменяется путем вырезания с помощью лазера или абразива спирального рисунка в пленке, очень похожей на углеродную пленку. Металлопленочные резисторы обычно менее стабильны при изменениях температуры, чем проволочные резисторы, но лучше справляются с более высокими частотами.

Металлооксидные пленочные резисторы

Рисунок 11 – Металлооксидные пленочные резисторы
В металлооксидных резисторах используются оксиды металлов, такие как оксид олова, что немного отличает их от металлопленочных резисторов. Эти резисторы надежны и стабильны и работают при более высоких температурах, чем металлопленочные резисторы. По этой причине металлооксидные пленочные резисторы используются в приложениях, требующих высокой износостойкости.

Фольговые резисторы

Рисунок 12 – Фольговые резисторы
Фольговый резистор, разработанный в 1960-х годах, по-прежнему остается одним из самых точных и стабильных типов резисторов, которые вы найдете, и которые используются в приложениях с высокими требованиями к точности. Резистивный элемент составляет тонкая объемная металлическая фольга, которая приклеена на керамическую подложку. Фольговые резисторы имеют очень низкий температурный коэффициент сопротивления (ТКС).

Углеродные композиционные резисторы

Рисунок 13 – Углеродные композиционные резисторы
До 1960-х годов углеродные композиционные резисторы были стандартом для большинства приложений. Они надежны, но не очень точны (их допуск не может быть лучше примерно 5%). Для резистивного элемента углеродных резисторов используется смесь мелких частиц углерода и непроводящего керамического материала. Резистивному веществу придают форму цилиндра и запекают. Величину сопротивления определяют размеры корпуса и соотношение углерода и керамики. Использование большего количества углерода в процессе означает более низкое сопротивление. Углеродные композиционные резисторы по-прежнему полезны для определенных приложений из-за своей способности выдерживать мощные импульсы, хорошим примером применения может быть источник питания.

Углеродные пленочные резисторы

Углеродные пленочные резисторы представляют собой тонкую углеродную пленку (разрезанную по спирали для увеличения резистивного пути) на изолирующем цилиндрическом сердечнике. Такая конструкция позволяет получить более точное значение сопротивления, а также увеличивает величину сопротивления. Углеродные пленочные резисторы намного точнее, чем углеродные композиционные резисторы. В приложениях, требующих стабильности на высоких частотах, используются специальные углеродные пленочные резисторы.

Ключевые показатели эффективности (KPI)

Ключевые показатели эффективности резисторов для каждого материала можно найти ниже:
Ключевые показатели эффективности резисторов в зависимости от материала

Резюме

• Устройства, называемые резисторами, предназначены для обеспечения точного значения сопротивления в электрических цепях. Резисторы оцениваются как по их сопротивлению (Ом), так и по их способности рассеивать тепловую энергию (Вт).
• Номинальное сопротивление резистора не может быть определено по его физическому размеру, хотя судя по размеру можно сказать о приблизительном значении номинальной мощности. Чем больше резистор, тем большую мощность он может рассеять без повреждений.
• Любое устройство, которое выполняет с помощью электроэнергии какую-либо полезную задачу, обычно называют нагрузкой. Иногда символ резисторов используется в схемах для обозначения неконкретизированной нагрузки, а не для реального резистора.

Оригинал статьи:

• Resistors

Определение вида по маркировке

Маркировка принята в соответствии с ГОСТ 11.074.009-78 и имеет свою расшифровку.

Обозначение буквенно-цифровых меток резисторов (слева направо) следующее:

• буквы РП – переменный;
• цифры: 1 – непроволочный, 2 – проволочный или из металлофольги;
• номер регистрации;
• год выпуска;
• тип ФХ;
• величина номинального сопротивления;
• буква допуска отклонения от номинала.

Количество нанесённых знаков зависит от размера корпуса, но значение Rном присутствует обязательно.

Расшифровка маркировки на корпусе

Переменные резисторы могут быть разного конструктивного исполнения. Допускается на одной оси устанавливать несколько переменных резистивных элементов. С помощью них производят регулировку и подстройку многих электрических параметров.