Зачем нужны резисторы

Определение и принцип работы

Резисторы – это пассивные элементы электроцепей с постоянным или переменным сопротивлением. Их основное назначение – различные преобразования, связанные с силой тока и напряжением. Преобразования происходят по закону Ома. Каноничная формула закона Ома выглядит следующим образом:

U=I*R, где:

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

Базовую формулу также можно преобразовать в две других:

• I=U/R;
• R=U/I.

Таким образом, зная две величины, можно четко прогнозировать и контролировать третью – используя резисторы разных номиналов (с разным сопротивлением), можно корректировать значения напряжения и силы тока на выходе. То есть, это достаточно универсальный компонент, который используется едва ли не во всех устройствах, причем не только электронных, но и электрических. И самый простой пример – подключение кнопок или светодиодов. В первом случае подключение через резистор убирает так называемый дребезг контактов (случайные беспорядочные сигналы, возникающие в кнопке), во втором – увеличивает срок службы светодиода за счет снижения силы тока.

Для чего используют

Поскольку мы уже затронули тему применения элементов в электронных и электрических приборах, остановимся на их предназначении подробнее.

Резисторы используют для:

• Ограничения тока. Это позволяет дополнительно контролировать его для того, чтобы не превысить допустимые значения и продлить срок службы отдельных элементов общей схемы. Типичный пример мы уже привели – защита диодов. Кроме того, с этой целью их интегрируют в схемы питания, тем самым добиваясь их стабильности и надежности. То есть, в целом, они влияют на общий срок службы устройства.
• Деление напряжения. С помощью резистора можно получить участок цепи с пониженным напряжением, требующимся для питания отдельных элементов. И это, к слову, один из самых простых и дешевых способов.
• Фильтрация. В совокупности с конденсаторами резисторы работают как фильтры, улучшая качество и чистоту сигнала, отсекая ненужную часть частот. Наиболее активно это свойство используется в телекоммуникациях и аудиотехнике.
• Согласование сопротивления. Компоненты помогают уровнять сопротивление между отдельными участками большой цепи, обеспечивая правильную передачу сигналов по всей ее длине. Наиболее важно это при радиочастотных устройствах.

Основные параметры

Несмотря на то, что элементы подбирают по сопротивлению, основных параметров у них несколько:

• Номинальное сопротивление – заявленное значение в Ом.
• Точность – процент отклонения реального сопротивления от номинального.
• Рассеиваемая мощность – какую мощность (Вт) компонент способен выдерживать при длительной работе. Чем выше значение, тем крупнее корпус.
• Рабочее напряжение – напряжение, при котором возможна штатная работа.

Кроме того, резисторы различаются по типам и видам.

Виды

Вопреки кажущейся простоте, компоненты классифицируют сразу по нескольким параметрам.

По варианту монтажа:

• DIP – для выводного монтажа, с проволочными ножками.
• SMD – для поверхностного монтажа с боковыми контактами.

Интересно, что различаются они не только типом выводов, но и формой корпуса и маркировкой. У DIP-компонентов корпус круглый и маркировка на него нанесена в виде цветных колец, которые составляют 4 или 5-полосный код. У SMD-резисторов корпус квадратный, а маркировка нанесена на верхнюю плоскую грань белым цифровым или цифро-буквенным кодом.

По изменению сопротивления:

• Постоянные – обладают фиксированным сопротивлением, которое заявлено в маркировке. Меняться оно может только в соответствии с погрешностью или при нарушении штатных условий работы.
• Переменные – позволяют менять сопротивление вручную, добиваясь необходимого значения, лежащего в определенном диапазоне. Могут быть поворотными и ползунковыми – регулировка, соответственно, осуществляется с помощью поворотной ручки или ползунка.

Переменные резисторы могут быть регулируемыми и подстроечными. Первые предполагают регулировку в достаточно широком диапазоне и периодическое использование, поэтому имеют гораздо больший ресурс. Простой пример – ручка регулировки громкости. Вторые предполагают разовую или нечастую подстройку, поэтому регулируются отверткой и предлагают меньший запас прочности (количество вращений).

Еще у переменных резисторов есть целая серия частных случаев с отдельными названиями:

• Потенциометр – регулирует выходное напряжение путем его деления. Может быть аналоговым (механическим) с подвижным контактом или цифровым.
• Реостат – регулирует силу тока.
• Варистор – сопротивление меняется при изменении напряжения.
• Термистор – регулирует сопротивление в соответствии с изменением температуры. Причем есть компоненты с прямой зависимостью и с обратной.
• Магниторезистор – реагирует на изменение магнитного поля.
• Аудиорезистор – регулирует сопротивление в соответствии с уровнем окружающего шума.
• Тензорезистор – откликается на деформацию элемента. Частный пример – измерение веса в электронных весах построено на тензодатчиках, которые, в свою очередь, используют тензорезисторы.
• Фоторезистор – реагирует на уровень освещенности. Есть также разновидности, которые улавливают отдельные типы излучения, например, ИК, гамма-лучи или рентгеновское излучение.

По вольт-амперной характеристике:

• Линейные – сопротивление не реагирует на изменения подаваемого напряжения или тока.
• Нелинейные (полупроводниковые) – сопротивление меняется под действием различных факторов. То есть, большая часть частных случаев, перечисленных выше – это и есть нелинейные виды.

По конструкции (по токопроводящему элементу):

• Проволочные – внутри основного корпуса расположено несколько витков тонкой проволоки из металлов с высоким сопротивлением, например, нихрома.
• Непроволочные – вместо проволоки используются другие материалы, что приводит к дополнительной классификации. Большая часть из них – пленочные. Причем пленки бывают из разных материалов, что приводит к дополнительной классификации.

Пленочные могут быть:

• углеродистыми,
• металлопленочными,
• композиционными,
• полупроводниковыми.

Кроме того разновидности делятся на тонко- и толстопленочные.

И последняя классификация – по назначению:

• Общего назначения – самые простые, дешевые и распространенные.
• Специальные – для особых задач или условий работы.

Примеры специальных резисторов:

• Высокоомные – с очень большим сопротивлением, от нескольких МОм.
• Высокочастотные – для работы с токами высокой частоты.
• Прецизионные – с минимальной (менее 1%) погрешностью, актуальны для высокоточного оборудования.

Итог

На первый взгляд, резисторы – крайне простые электронные компоненты с достаточно понятным принципом работы. Но на практике их важность сложно переоценить, поскольку работоспособность и срок службы большинства электрических и, тем более, электронных устройств зависит именно от них. А еще у них достаточно обширная классификация и внушительное количество разновидностей под определенные задачи. И это лишь подтверждает важность этого элемента для всей индустрии.