Резистор
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Рези́стор (англ. resistor, от лат. resisto — сопротивляюсь), — пассивный элемент электрической цепи, в идеале характеризуемый только сопротивлением электрическому току, то есть для идеального резистора в любой момент времени должен выполняться закон Ома: мгновенное значение напряжения на резисторе пропорционально току через него u(t)=r i(t). Практические резисторы более или менее приближаются к идеалу: они могут характеризоваться паразитной ёмкостью, паразитной индуктивностью и нелинейностью вольт-амперной характеристики.
Содержание |
[править] Обозначение резисторов на схемах
- а) обозначение резисторов на современных отечественных схемах
- б) обозначение резисторов на иностранных и древних отечественных схемах
[править] Цепи, состоящие из резисторов
При последовательном соединении резисторов их сопротивления складываются
R=R1+R2+R3+…
Доказательство:
Так как энергия сберегается то V=V1+V2+V3
но из формулировки сопротивления V=IR
поэтому IR=IR1+IR2+IR3
Делим все на I и получаем R=R1+R2+R3
При параллельном соединении резисторов складываются величины, обратные сопротивлению (т.е. складываются проводимости)
1/R=1/R1+1/R2+1/R3+…
Если цепь можно разбить на вложенные подблоки, последовательно или параллельно включённые между собой, то сначала считают сопротивление каждого подблока, потом заменяют каждый подблок его эквивалентным сопротивлением и т. д. сколько надо раз.
Доказательство:
Так как заряд сберегается то I=I1+I2+I3
Из формулировки сопротивленияI = V / R
Поэтому V/R=V/R1+V/R2+V/R3
Делим все на V и получаем 1/R=1/R1+1/R2+1/R3
- Пример
- Схема состоит из двух параллельно включённых блоков, один из них состоит из последовательно включённых резисторов R1 и R2, общим сопротивлением R1+R2, другой из резистора R3, общее сопротивление 1/R=1/(R1+R2)+1/R3;, то есть R=(R1+R2)R3/(R1+R2+R3).
Для расчета таких цепей из резисторов, которые нельзя разбить на блоки последовательно или параллельно соединенные между собой, применяют правила Кирхгофа. Иногда для упрощения расчётов бывает полезно использовать преобразование треугольник-звезда и применять принципы симметрии.
[править] Типы практически применяемых резисторов
Резисторы классифицируются на постоянные резисторы (сопротивление которых не регулируется), переменные регулируемые резисторы (потенциометры, реостаты, подстроечные резисторы) и различные специальные резисторы, например: нелинейные (которые, строго говоря, не являются обычными резисторами из-за нелинейности ВАХ), терморезисторы (с большой зависимостью сопротивления от температуры), фоторезисторы (сопротивление зависит от освещённости), тензорезисторы (сопротивление зависит от деформации резистора), магниторезисторы и пр.
По используемому материалу резисторы классифицируются на:
- Проволочные резисторы. Представляют собой кусок проволоки с высоким удельным сопротивлением намотанный на какой-либо каркас. Могут иметь значительную паразитную индуктивность. Высокоомные малогабаритные проволочные резисторы иногда изготавливают из микропровода.
- Металлофольговые резисторы. Аналогичны проволочным, но навиты из металлической фольги.
- Плёночные металлические резисторы. Представляют собой тонкую плёнку металла с высоким удельным сопротивлением, напылённую на керамический сердечник, на концы сердечника надеты металлические колпачки с проволочными выводами. Иногда, для повышения сопротивления, в плёнке прорезается канавка. Это наиболее распространённый тип резисторов.
- Угольные резисторы. Бывают плёночными и объёмными. Используют высокое удельное сопротивление графита.
- Полупроводниковые резисторы. Используется сопротивление слаболегированого полупроводника. Эти резисторы могут иметь большую нелинейность вольт-амперной характеристики. В основном используются в составе интегральных микросхем, где применить другие типы резисторов труднее.
[править] Резисторы, выпускаемые промышленностью
Выпускаемые промышленностью резисторы одного и того же номинала имеют разброс сопротивлений. Значение возможного разброса определяется точностью резистора. Выпускают резисторы с точностью 20 %, 10 %, 5 %, и т. д. вплоть до 0,1 %. Номиналы резисторов не произвольны: их значения выбираются из специальных номинальных рядов, наиболее часто из номинальных рядов E12 или E24 (для резисторов с точностью до 5 %), для более точных резисторов используются более точные ряды (например E48).
Резисторы, выпускаемые промышленностью характеризуются также определённым значением максимальной рассеиваемой мощности (выпускаются резисторы мощностью 0,125Вт 0,25Вт 0,5Вт 1Вт 2Вт 4Вт?) (Согласно ГОСТ 24013-80 и ГОСТ 10318-80 советской радиотехнической промышленностью выпускались резисторы следующих номиналов мощностей, в Ваттах, Вт.: 0.01, 0.025, 0.05, 0.062, 0.125, 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 8, 10, 16, 25, 40, 63, 100, 160, 250, 500)
[А.А.Бокуняев, Н.М, Борисов, Р.Г. Варламов и др. Справочная книга радиолюбителя-конструктора.-М.Радио и связь 1990-624с.:
ISBN 5-256-00658-4]
[править] Маркировка резисторов
Резисторы, в особенности малой мощности — чрезвычайно мелкие детали, резистор мощностью 0,125Вт имеет длину несколько миллиметров и диаметр порядка миллиметра. Прочитать на такой детали номинал с десятичной запятой невозможно. Поэтому, при указании номинала вместо десятичной точки пишут букву, соответствующую единицам измерения (К -для килоомов, М —для мегаомов, E или R для единиц Ом). Например 4K7 обозначает резистор, сопротивлением 4,7 кОм, 1R0 — 1 Ом, 120К — 120 кОм и т. д. Однако и в таком виде читать номиналы трудно. Поэтому, для особо мелких резисторов применяют маркировку цветными полосками. Для резисторов с точностью 20 % используют маркировку с тремя полосками, для резисторов с точностью 10 % и 5 % маркировку с четырьмя полосками, для более точных резисторов с пятью или шестью полосками. Первые две полоски всегда означают первые два знака номинала. Если полосок 3 или 4, третья полоска означает десятичный множитель, то есть степень десятки, которая умножается на двузначное число, указанное первыми двумя полосками. Если полосок 4, последняя указывает точность резистора. Если полосок 5, третья означает третий знак сопротивления, четвёртая — десятичный множитель, пятая — точность. Шестая полоска, если она есть, указывает температурный коэффициент сопротивления (ТКС).
| Цвет | как число | как десятичный множитель | как точность в % | как ТКС в ppm/°C |
|---|---|---|---|---|
| серебристый | - | 1·10-2 = «0,01» | 10 | - |
| золотой | - | 1·10-1 = «0,1» | 5 | - |
| чёрный | 0 | 1·100 = 1 | - | - |
| коричневый | 1 | 1·101 = «10» | 1 | 100 |
| красный | 2 | 1·102 = «100» | 2 | 50 |
| оранжевый | 3 | 1·103 = «1.000» | - | 15 |
| жёлтый | 4 | 1·104 = «10.000» | - | 25 |
| зелёный | 5 | 1·105 = «100.000» | 0,5 | - |
| синий | 6 | 1·106 = «1.000.000» | 0,25 | 10 |
| фиолетовый | 7 | 1·107 = «10.000.000» | 0,1 | 5 |
| серый | 8 | 1·108 = «100.000.000» | - | - |
| белый | 9 | 1·109 = «1.000.000.000» | - | 1 |
| отсутствует | - | - | 20 % | - |
- Пример
- Допустим на резисторе видим 4 полоски коричневую, чёрную, красную, золотую. Первые две полоски дают 1 0, третья 100, четвёртая даёт точность 5 %, итого резистор сопротивлением 10·100 Ом = 1 кОм, с точностью ±5 %.
Запомнить цветную кодировку резисторов нетрудно: после чёрной 0 и коричневой 1 идёт последовательность цветов радуги. Так как маркировка была придумана в англоязычных странах, голубой и синий цвета не различаются (вот она, иллюстрация гипотезы Сепира-Уорфа)!
Поскольку резистор симметричная деталь, может возникнуть вопрос: «Начиная с какой стороны читать полоски?» Для четырёхполосной маркировки обычных резисторов с точностью 5 и 10 % вопрос решается просто: золотая или серебряная полоска всегда стоит в конце. Для трёхполосочного кода первая полоска стоит ближе к краю резистора, чем последняя. Для других вариантов важно, чтобы получалось значение сопротивления из номинального ряда, если не получается, нужно читать наоборот.
[править] Некоторые дополнительные свойства резисторов
[править] Зависимость сопротивления от температуры
Сопротивление металлических и проволочных резисторов немного зависит от температуры. При этом зависимость от температуры практически линейная R=R0+α(t-t0). Коэффициент α называют температурным коэффициентом сопротивления. Такая зависимость сопротивления от температуры позволяет использовать резисторы в качестве термометров. Сопротивление полупроводниковых резисторов может зависеть от температуры сильнее, возможно, даже экспоненциально по закону Аррениуса, однако в практическом диапазоне температур и эту экспоненциальную зависимость можно заменить линейной.
[править] Шум резисторов
Даже идеальный резистор при температуре выше абсолютного нуля является источником шума. Это следует из фундаментальной флуктуационно-диссипационной теоремы ( в применении к электрическим цепям это утверждение известно также как теорема Найквиста). При частоте, существенно меньшей чем k T/h (где k — постоянная Больцмана, T — абсолютная температура резистора в градусах Кельвина, h — постоянная Планка) спектр теплового шума равномерный («белый шум»), спектральная плотность шума (преобразование Фурье от коррелятора напряжений шума) 
, где 
. Видно, что чем больше сопротивление, тем больше эффективное напряжение шума, также, эффективное напряжение шума пропорционально корню из температуры.
Даже при абсолютном нуле температур у резисторов, составленных из квантовых точечных контактов будет иметься шум, обусловленный Ферми-статистикой. Однако такой шум устраним путём последовательного и параллельного включения нескольких контактов.
Уровень шума реальных резисторов выше. В шуме реальных резисторов также всегда присутствует компонента, интенсивность которой пропорциональна обратной частоте, то есть 1/f шум или «розовый шум». Этот шум возникает из-за множества причин, одна из главных перезарядка ионов примесей, на которых локализованы электроны.
