Резисторы

Пассивные компоненты электронных схем

Как вы помните, электрический ток представляет собой не что иное, как направленное движение электронов по проводнику. Чем больше электронов принимают участие в этом движении, тем сильнее будет ток.

Резисторы - элементы, обладающие сопротивлением, — были названы так за свою способность сопротивляться току (resisto - "сопротивляться" в переводе с латинского), протекающему через них. Можно сказать, что резисторы представляют собой элементы, тормозящие электроны. Контролируя ток, протекающий через резистор, можно заставить схему функционировать по-разному.

Рисунок 5 - Делитель напряжения

Резисторы, как правило, представляют собой самые первые "кирпичики" электронных схем, поэтому вы встретитесь с ними в абсолютном большинстве проектов. Вот несколько функций, которые могут выполнять эти элементы.

-Ограничение тока на других радиоэлементах: некоторые радиодетали, такие как, например, светоизлучающие диоды (СИД), потребляют ток в широком диапазоне значений. Светодиоды, если не ограничить их искусственно, потребят ток практически любой величины, но если дать им слишком много току - они просто сгорят. Для ограничения тока, протекающего через СИД, очень удобно использовать резистор.

-Уменьшение напряжения на заданном участке схемы: во многих схемах необходимо подавать на различные участки разные значения напряжения, чтобы запитывать разные радиоэлементы. Это легко выполнить, имея под рукой резисторы. Соединив два резистора последовательно, как показано на рисунке 1.5, можно получить схемотехнический узел, называющийся делителем напряжения. Полагая, например, что оба резистора имеют одинаковые сопротивления, можно сделать вывод, что раз они тормозят электроны в равной мере, напряжение в точке их соединения будет равно половине приложенного ко всему узлу напряжения.

-Контроль напряжения/тока, протекающего через другие компоненты: соединив резистор и конденсатор, можно получить простейший таймер. Если же поставить резистор на входе транзистора, то можно изменить нужным образом его коэффициент усиления.

Промышленность для аппаратуры широкого потребления выпускает резисторы сопротивлением примерно от 0,1Ом до 100МОм и мощностью от 0,0,062Вт до 100Вт.

В соответствии с веществами, из которых изготавливают важнейшие части компонентов, выделяют группы металлофольговых, проволочных и непроволочных резисторов. Металлофольговые резисторы изготавливают на основе диэлектриков, на которые наносят фольговые покрытия, к которым подсоединяют выводы. Проволочные резисторы выполняют из проволоки с высоким удельным сопротивлением, материалом которой часто служит нихром, манганин, константан и подобные сплавы. Чтобы уменьшить габариты таких резисторов, проволоку обычно навивают на диэлектрический каркас, например, спиралью укладывают на керамический стержень. Паразитная индуктивность проволочных резисторов при указанном способе изготовления довольно велика. Непроволочные резисторы можно отнести к классам углеродистых, полупроводниковых, металлодиэлектрических или композитных компонентов.

По возможности регулировки сопротивления резисторы подразделяют на постоянные, подстроечные и переменные. У постоянных резисторов сопротивление должно быть неизменно. У подстроечных резисторов его можно некоторое число раз отрегулировать, после чего наступит физический износ деталей. У переменных резисторов его можно изменять много раз. Подстроечные и переменные резисторы относят к группам регулировочных резисторов.

Рисунок 6 – Постоянные резисторы

-Защита входов чувствительных элементов: слишком большой ток может повредить некоторые радиодетали. Если же поставить резисторы на входах чувствительных транзисторов или интегральных микросхем, то тем самым входной ток ограничится до нужных значений. Хотя такое включение и не является стопроцентной гарантией от перегрузок токов, оно сэкономит вам немало нервов и денег, особенно если подумать, сколько времени ушло бы на поиск и устранение неисправности в схеме.

Движение электронов через проводник всегда вызывает нагрев последнего. Чем больше электронов движется по проводнику, тем сильнее он будет разогреваться. По этой простой причине резисторы также маркируют согласно мощности, которую они могут выдерживать.

Мощность измеряется в ваттах — чем больше ватт будет выделяться на резисторе, тем больше он будет нагреваться. В принципе, электронные компоненты могут выдерживать довольно значительный нагрев (сколько именно - зависит от размеров и типа конкретного радиоэлемента) до того, как они превратятся в щепотку золы. Рейтинг мощности как раз и указывает, какая мощность может выделиться в данном резисторе без опасности выхода его из строя. Она рассчитывается по простой формуле:

,

где Р - мощность в ваттах, I - ток, протекающий через резистор, в амперах, a U - напряжение на выводах резистора. Предположим, к примеру, что к резистору приложено напряжение 5 Вольт, и через него протекает ток 25 мА. Рассчитаем выделяемую на нем мощность, перемножив эти величины. Получим 0,125, или 1/8 Вт.

В отличие от сопротивления, мощность резисторов редко указывается на корпусе в том или ином виде. Ее можно или просто прикинуть, исходя из размеров радиоэлемента или, если известно, где он был куплен, уточнить у производителя или продавца. В схемах со значительной токовой нагрузкой, таких как управление двигателями или лампами, как правило, используются более мощные резисторы, чем в слаботочных схемах.

Высокомощные резисторы имеют различные формы; некоторые показаны на рисунке 6. Резисторы, имеющие допустимую мощность более 5 Вт, обычно покрыты эпоксидной смолой или другим влагонепроницаемым и огнеустойчивым покрытием и имеют форму параллелепипеда, а не цилиндра. Резисторы очень большой мощности могут даже иметь собственный теплоотвод, пластины которого служат для рассеяния избыточной мощности.

Варисторы и негисторы

Варисторы – это компоненты, сопротивление которых уменьшается при повышении приложенного напряжения сверх определённого значения. Таким образом, сопротивления варисторов нелинейны. Основным материалом для производства варисторов обычно выступает карбид кремния. Когда приложенное к выводам варистора напряжение превысит фиксированный порог, происходит пробой окислов, которыми покрыты кристаллы карбида кремния, и возникает эмиссия носителей заряда с поверхностей этих кристаллов. Это вызывает уменьшение сопротивления варистора. Варистор можно включать в цепь в любой полярности. Вольтамперная характеристика (ВАХ) варисторов симметрична, что отражено на рисунке 7.

Рисунок 7 – Вольт - амперная характеристика варистора

Варисторы нашли широкое применение в качестве компонентов, которые включают после предохранителя параллельно питающей сети на входе электропитающих устройств с целью защиты последних от кратковременных перенапряжений, иногда возникающих в сети.

Негисторами называют специальные варисторы, вольтамперная характеристика которых имеет участок отрицательного сопротивления и симметрична. Микромощные негисторы применяют в микросхемах.

Терморезисторы

Терморезисторы – это компоненты, сопротивления которых зависят от температуры. Важным параметром терморезисторов выступает температурный коэффициент сопротивления (ТКС), который отражает, на сколько процентов станет иным сопротивление детали при изменении температуры на 1 °C. Терморезисторы, сопротивление которых возрастает при увеличении температуры, обладают положительным ТКС, и такие компоненты называют позисторами. Эти терморезисторы изготовляют чаще всего с использованием твёрдых растворов титаната бария. Терморезисторы, сопротивление которых уменьшается при увеличении температуры, обладают отрицательным значением ТКС, их изготавливают на основе оксидов магния, оксидов никеля и прочих оксидов с примесями кремния или германия. Помимо ТКС, к основным параметрам терморезисторов относят сопротивление в холодном состоянии, максимальная рабочая температура, максимальная мощность рассеяния и др.

Маломощные терморезисторы применяют в качестве датчиков температуры, реле времени, а мощные – для ограничения импульсов тока, потребляемых от питающей сети импульсными источниками питания и т.д.