Резистор

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към: навигация, търсене
Резистор
Resistors.jpg
Резистори с различна стойност, обозначена с цветен код
Вид Пасивен
Символично означение
Resistor symbol Europe.svg
[[commons:Category:Resistors|]] в Общомедия

Резисторът, наричан също (погрешно) съпротивление, е двуизводен пасивен електронен компонент, чиято основна характеристика е електрическото съпротивление. При подаване на напрежение U между двата извода на резистора през него протича ток I, който е правопропорционален на напрежението. Отношението на напрежението към тока се нарича съпротивление (R):

Резисторите са сред най-често срещаните компоненти в електрическите вериги, като повечето електронни устройства съдържат голям брой от тях. Те се изработват от различни химически вещества във вид на компактни елементи, или в някои случаи – от навит проводник с голямо специфично съпротивление. Резистори се използват и в интегралните схеми, особено при аналоговите устройства, като могат да бъдат интегрирани и в хибридни или печатни схеми.

Единицата за измерване на електрическото съпротивление на резисторите е ом, наречена в чест на немския физик Георг Симон Ом. Бележи се със символа (гръцката буква) Ω. За удобство се използват и кратни единици на основната – милиоми (mΩ), килооми (kΩ), мегаоми (MΩ) и т. н. Най-широко разпространен похват за отбелязване на стойността на един резистор е чрез приет цветен код за означение. Тази маркировка се състои от четири или пет (при толеранс по-малък от 5%) цветни точки или ленти, нанесени върху корпуса на резистора. За измерването им се използват омметри или мултиметри („мултицети“).

Реалните резистори се класифицират според два основни критерия:

1) Според тяхната точност (или реципрочната – толеранс). Условно се разделят на точни – с толеранс 0,1% , 0,2%, 0,5%, 1% и 2% и такива за обща употреба – с толеранс 5%, като съществуват и такива с толеранс 10% и 20%, които вече не се произвеждат.

2) Според тяхното максимално разсейване на мощност.

Съдържание

Начин на работа[редактиране | редактиране на кода]

Закон на Ом[редактиране | редактиране на кода]

Схема на Закона на Ом за отделен резистор

Поведението на идеален резистор се описва с линейната зависимост на Закона на Ом:

Според нея напрежението U между двата извода на резистора е пропорционално на протичащия през него ток I, като константата на пропорционалност R е електрическото съпротивление на резистора.

Законът на Ом може да бъде записан и във вида:

Според тази формулировка при наличие на напрежение U между изводите на резистор със съпротивление R през него протича ток I. Тази форма се използва пряко в практическите изчисления. Например, ако резистор със съпротивление 300 Ω се свърже към изводите на 12-волтова батерия, през него ще протече ток от 0,04 A:

Последователно и успоредно свързване[редактиране | редактиране на кода]

Резисторите могат да се свързват последователно и успоредно. Когато са свързани последователно, за да се намери еквивалентното им съпротивление, просто се събират стойностите на съпротивленията на всички резистори. Когато са свързани паралелно, за да се намери еквивалентната проводимост (реципрочната стойност на еквивалентното съпротивление на веригата), се събират проводимостите (реципрочните стойности) на всички резистори.

При последователно свързване на няколко резистора протичащият през тях ток е еднакъв, но напрежението между изводите на всеки резистор е пропорционално на неговото съпротивление. Потенциалната разлика за цялата верига е сума от тези напрежения – така общото съпротивление може да бъде изчислено като сбор от съпротивленията на отделните резистори.

Схема на няколко резистора, свързани последователно, като през всеки от тях протича един и същ ток

В частния случай на N последователно свързани резистора с еднакво съпротивление R тяхното общо съпротивление e NR.

При успоредно свързване на няколко резистора те са подложени на една и съща потенциална разлика (напрежение), но протичащия през тях ток е обратнопропорционален на съпротивленията им. В този случай общата проводимост на веригата е сбор от проводимостите на резисторите. Общото съпротивление на схемата се получава като:

Схема на няколко резистора, свързани успоредно

В частния случай на N успоредно свързани резистора с еднакво съпротивление R тяхното общо съпротивление e R/N.

Верига, включваща съчетание от последователно и успоредно свързани резистори, може да бъде разложена на по-малки части, които са или последователно, или успоредно свързани. Например:

Схема на три резистора, два от тях успоредно свързани, а след това свързани последователно с третия

Някои сложни схеми от резистори не могат да бъдат разложени по този начин и изискват по-сложни методи за анализ. Например, ако в един куб на всеки ръб се постави резистор, какво би било съпротивлението между два срещуположни върха? В частния случай на 12 еднакви резистора общото съпротивление е 56 от съпротивлението на отделния резистор. По-общо решение на подобни задачи може да се получи с преобразувания триъгълник-звезда или с различни матрични методи.[1][2]

Едно от практическите приложения на тези зависимости е получаването на нестандартна стойност на съпротивлението чрез успоредно и/или последователно свързване на стандартни резистори. При това обаче трябва да се има предвид, че толерансът на полученото еквивалентно съпротивление е равен на сумата от толерансите на съпротивленията на използваните резистори.

Делител на напрежение[редактиране | редактиране на кода]

Делител на напрежение.

Ако R=9R1, то UWY=0,1UWE, т.е. ще стане разделяне на входното напрежение десет пъти.

Разсейване на мощност[редактиране | редактиране на кода]

Мощността P, разсейвана от даден резистор (или от схема с еквивалентно съпротивление), може да бъде изчислена като:

Първото равенство произтича пряко от ефекта на Джаул-Ленц, а другите две форми се получават чрез прилагане на Закона на Ом.

Общото количество топлинна енергия, отделяно за даден период от време, може да бъде определено чрез интегриране на мощността за съответния период:

Основната част от резисторите, използвани в електронните схеми, абсорбират много по-малко от 1 W електрическа мощност, като при тях този показател не е от съществено значение. Тези резистори обикновено имат максимално разсейване до 1/10, 1/8 или 1/4 W.

Резистор с голяма мощност (50 W), вграден в алуминиев радиатор

Резисторите, за които се изисква да разсейват значителна мощност, особено използваните в захранващи блокове, трансформаторни вериги и усилватели на мощност, обикновено се наричат силови резистори. В тази категория влизат резистори с максимално разсейване, не по-малко от 1 W. Те имат по-големи размери, а системата за маркиране на останалите резистори не се прилага при тях.

Максималното разсейване на мощност на даден резистор е различно от мощността, която той може да разсее безопасно при практическа употреба. Циркулацията на въздуха и близостта до други компоненти, околната температура и други фактори могат да намалят значително допустимото разсейване.

Отклонения от идеалната характеристика[редактиране | редактиране на кода]

На практика резисторите не са идеални, а имат допълнители параметри, свързани с паразитна индуктивност и паразитен капацитет. В еквивалентна схема индуктивният елемент е последователно свързан на резистора, а кондензатора паралелно свързан. При един усилвател с нисък шум и предусилвател това може да бъде важно при високочестотни приложения.

Друг проблем е промяна на съпротивлението на резистора при промяна на температурата.

Паразитната индективност, паразитният капацитет, повишеният шум и температурият коефициент основно зависят от технологията и материалите, с които се изработват резисторите.

Употреба[редактиране | редактиране на кода]

Resistor symbol Europe.svg Resistor symbol.png
Европа САЩ и Япония
Означение на резистор
в електрически схеми

Резисторът се свързва в електрическите вериги с цел да ограничава силата на тока и/или да осигурява пад на напрежение. Това му свойство намира широко приложение в електронните схеми, където се обезпечава необходим товар или подходящ работен режим на активните компоненти в схемата, както и в схемите на автоматиката, защитата и др.

В европейските електронни схеми се обозначава като празен правоъгълник, а в САЩ и Япония – като зигзаговидна линия. Второто означение може също да се срещне при изчертаването в много стари български или съветски принципни схеми.

При избор на резистор за използване в дадена ел. схема е важно да се избере такъв, който да поддържа достатъчна работна мощност спрямо условията в които ще се използва. Мощността му зависи от това при какви напрежения и токове ще работи като се определя от произведението на напрежението и тока (P=U.I). В по-специални схеми – като например работещите при много високи честоти се имат предвид и т.нар. „паразитни“ параметри на резисторите – техният капацитет и индуктивност, а в други случаи от съществено значение може да бъде температурната стабилност на съпротивлението на резистора.

Видове[редактиране | редактиране на кода]

Видовете резистори в зависимост от материала и изработката най-често са[3] :

Тънкослойни и дебелослойни резистори[редактиране | редактиране на кода]

Тънкослойните и дебелослойните резистори се различават по дебелината на съпротивителния си слой. Дебелослойният резистор има 1000 пъти по-дебел слой от тънкослойния резистор, като принципното различие е как се нанася филма върху цилиндъра (при проводниковия резистор) или на плоска повърхност (SMD резистор).

Тънкия филм се изработва с използването на процеса разпрашване на съпротивителния материал върху изолационната основа. След това този филм се ецва по метод подобен на изработката на печатни платки: повърхността му се покрива с фоточувствителен материал, част от фоточувствителния филм се полимеризира от ултравиолиолетова светлина, а друга част остава неполимеризирана чрез използване на фотошаблон. Неполимеризираният слой се стрипва (сваля). След това останалата откритата повърхност на тънкия филм се ецва.

Дебелослойните резистори се изработват чрез използване на ситопечат чрез използване на сито или метален шаблон.

Дебелината на тънкослойния филм може да се контролира много прецизно чрез контрол на времето. Използват се материали като танталов нитрид (TaN), оловен оксид (PbO) и други.

Дебелослойните резистори могат да използват същия проводников материал, но смесен с прахообразно стъкло и течност, за да може да се нанася със ситопечат. След това този материал се изпича при 850 °C.

Тънкослойните резистори са по-скъпи от дебелослойните

Ситопечатан резистор от въглерод[редактиране | редактиране на кода]

Резистор от въглерод директно отпечатан директно върху педовете за SMD монтаж на печатната платка

Композитните резистори от въглерод могат да бъдат отпечатани направо върху печатната платка като част от процеса на на производството ѝ. Тази технология е по-често използвана за хибридни схеми и може да се използва за стъклотекстолитови печатни платки. Допуските са много големи и могат да достигнат до 30%. Затова се използват при по-малко отговорни приложения.

Слойни резистори от въглерод[редактиране | редактиране на кода]

Филмови резистори от въглерод с показана открита спирала от въглерод

Филмът от въглерод е наслоен върху изолационна подложка и е обработен под формата на спирала (винтова линия) за да се получи голяма дължина с по-голямо съпротивление. С промяната на формата и съпротивлението на аморфния въглерод (в областта от 500 до 800 μΩ m), се осигурява широк диапазон от стойности на съпротивлението. В сравнение с композитните материали с въглерод, те осигуряват по-нисък шум, поради използването на чист въглерод и по-точното разпределение.[4] Слойните въглеродни резистори предлагат мощности от 0.125 W to 5 W at 70 °C. Съпротивленията са в обхвата от 1 ohm to 10 megohm. Работният температурен диапазон е от −55 °C до 155 °C и от 200 to 600 волта максимално работно напрежение.

Металослойни резистори[редактиране | редактиране на кода]

Най-често срещаните двупроводникови резистори са металослойните резистори. Те притежават добри шумови характеристики и малка нелинейност. Притежават голяма точност на съпротивлението, нисък температурен коефициент и стабилни параметри във времето.

Металоксидни слойни резистори[редактиране | редактиране на кода]

Металоксидните слойни резистори са изработени от метални окиси и притежават висока работна температура и по-голяма стабилност/надежност от металослойните резистори.

Фоторезистори например от кадмиум-сулфиден слой[редактиране | редактиране на кода]

Обемни резистори[редактиране | редактиране на кода]

Въгленови масивни резистори[редактиране | редактиране на кода]

Въглеродно-керамични масивни резистори[редактиране | редактиране на кода]

Въглеродно-композитните резистори се състоят от монолитен цилиндричен съпротивителен елемент с вградени проводникови изводи или метални капачки в края, към които са свързани изводите на резистора. Тялото на резистора е защитено с боя или пластмаса.

Резистора е направен от смес на фин прахообразен въглерод и изолационен материал (обикновено керамика). Сместа се свързва със смола. Съпротивлението се определя от съотношението на прахообразните материали: прахообразни карамика и въглерод. По-високата концентрация на въглерод, който е добър проводник води до по-ниско съпротивление. Въглеродните композиционни резистори имат недостатъчна стабилност във времето и постигнат само с подбор 5% разброс.[5]

Въглеродно-композитните резистори са все още налични, но относително скъпи. Използват се все още в захранващи блокове и управление на заваръчни апарати.

Металокерамични масивни резистори[редактиране | редактиране на кода]

Варистори и терморезистори[редактиране | редактиране на кода]

Навити резистори[редактиране | редактиране на кода]

Видове навиване на навити резистори:
1. стандартен
2. бифилярно навиване
3. стандартен на плоско ядро
4. Ayrton-Perry

Навитите резистори обикновено са направени от метална жица, навита на ядро от керамика, пластмаса или друг материал. Краищата на жицата са запоени или заварени към две капачки или пръстени в края на ядрото. Отгоре са защитени от лак или пластмаса. Тези резистори са конструирани да работат при висока температура до 450 °C.

Тъй като навитите резистори представляват един вид бобина, те притежават по-голява паразитна индуктивност от другите резистори. Чрез начина на навиване се намалява тази индуктивност. Основно това е бифилярно навиване, навиване на плоско ядро, за да намали сечението на индуктивния елемент. За много високи изисквания се прави навиване тип Ayrton-Perry.

Навитите резистори се различават от другите конструкции по това, че имат основно проблеми при използване за високи честоти.

Резистори от фолио[редактиране | редактиране на кода]

Използваният материал за тези резистори е фолио от специална сплав, дебело няколко микрона. От появата му през 60-години на миналия век, тези резистори се характеризират с най-добра точност и стабилност на параметрите. Един от най-важните параметри, влияещ върху стабилността на параметрите е температурният коефициент на съпротивлението. Този температурен коефициент за резисторите от фолио е много нисък и се подобрява с развитието през годините. При някои ултра-прецизни резистори този коефициент е 0.14 ppm/°C, допуск ±0.005%, дългосрочна стабилност (1 година) 25 ppm, (3 година) 50 ppm и други.

Според принципа на действие[редактиране | редактиране на кода]

- постоянни (най-широко използваните с точно определено съпротивление);
- променливи – могат да бъдат ръчно регулируеми (потенциометри) или да изменят съпротивлението си под влиянието на фактори като напрежение (варистори), светлина (фоторезистори) или топлина (терморезистори).

В една монолитна интегрална схема (базов материал еднокристален силиций) изборът на материал за резистора е много ограничен. В този случай за всеки един резистор се използва специално включен транзистор като заместител на резистора, тъй като „истинският“ резистор в схемата заема повече място. Ако в схемата трябва да се използва реален резистор в повечето случаи се използва полиморфен силиций.

Нелинейни резистори[редактиране | редактиране на кода]

При постоянните резистори конструкцията се създава по такъв начин, че съпротивлението им да се променя в минимални граници от външни влияния, за да не се променят параметрите на електрическата схема, в която се използват. Освен тях в електрониката се използват и нелинейни резистори, чийто съпротивление зависи от други физически параметри. Това са приложените към резистора напрежение, температура, налягане, светлината или други.

Температурнозависим резистор[редактиране | редактиране на кода]

Термисторът е резистор, при който има пряка зависимост на съпротивлението от температерата. Различават се два вида:

  • Резистори с положителен температурен коефициент. При тях съпротивлението са увеличава с увеличаване на температурата. Използва се като датчик на температурата, като самовъзстановяващ се предпазител, саморегулиращ се нагревател и други.
  • Резистори с отрицателен температурен коефициент. При тях съпротивлението намалява с повишаване на температурата. Използват се за температурни датчици и за ограничаване на пусков ток.

Фоторезистор[редактиране | редактиране на кода]

Фоторезисторът променя своето съпротивление под въздействие на светлината. Под въздействие на светлината се намалява съпротивлението, вследствие на вътрешния фотоелектрически ефект.

Резистори, зависими от напрежението[редактиране | редактиране на кода]

Варисторът е резистор, при който съпротивлението зависи от напрежението. Той намалява съпротивлението си при повишаване на напрежението, обикновено рязко при една прагова стойност, подобно на ценер-диода, но в двете посоки на напрежението. Използват се за ограничване на импулси високо напрежение, но не и за стабилизиране на напрежението.

Тензорезистор[редактиране | редактиране на кода]

  • Тензорезисторът е резистор върху гъвкава основа (фолио), който се залепва върху датчик за измерване на натиск или опън. При прилагане на измерваната сила се получава увеличаване на съпротивлението при увеличаване на дължината или намаляването му при намаляването на дължината.
  • Въгленовият микрофон променя стойността на съпротивлението при промяна на плътността на въгленова грес от натиска на метална мембрана, подложена на натиск от звуковите вълни.

Мемристор[редактиране | редактиране на кода]

Мемристорът е резистор, чиято характеристика зависи от преминалия през него електрически товар. Дава отношението на между силата на тока, преминаващ през елемента интегрирана във времето и напрежението му. Дълго време се е считал за чисто теоретичен елемент, който не може да се създаде.

Лабораторен образец, който демонстрира някои от свойствата на мемистора е създаден през 2008 година в изследователските лаборатории на на фирмата Хюлет-Пакард. В момента е в процес на развитие на разработката.

Магниторезистор[редактиране | редактиране на кода]

Магниторезисторът е резистор, чийто съпротивление зависи от магнитното поле, в което се намира той. В общият случай може да се говори за всяко изменение на тока през образец при определено приложено напрежение и при изменение на магнитното поле. Всички вещества притежават в една или друга степен магнитно съпротивление. Използват се например за датчици.

Променливи резистори[редактиране | редактиране на кода]

Изглед към потенциометър при изрязан кожух, като са му показани частите му: (A) ос, (B) неподвижен резисторен елемент от въглерод, (C) плъзгач от фосфорен бронз, (D) извод свързан към плъзгача,(E, G) изводи свързани с края на резисторния елемент, (F) извод свързан с плъзгача.

Потенциометърът представлява резистор с три извода с плавно регулиращ се гърбичен плъзгач, който се регулира чрез завъртане на оста или на линеен плъзгач.[3] Нарича се потенциометър, защото може да бъде свързан като регулируем делител на напрежение и осигурява променлив потенциал върху извода, свързан към плъзгача. Типичният потенциометър за малка мощност (на чертежа) е конструиран като плосък резисторен елемент (B) от въглерод, метален филм или проводима пластмаса с пружиниращ плъзгач, изработен от фосфорен бронз (C), който се движи върху резистора. Една друга конструкция е проводник с високо съпротивление, навит под формата на бобина, върху която се движи плъзгача.[3] Тези потенциометри имат по-ниска разрешаваща способност, тъй като плъзгача се движи и преминава от навивка до навивка. [3]

Измерване[редактиране | редактиране на кода]

Стойността на резистора може да се измерва с омметър. При измерването измервателните сонди на уреда се свързват с краищата на резистора. Обикновеният омметър прилага напрежение от батерията на уреда към резистора, като при това трябва да се вземе за известна стойността на вътрешното съпротивление на уреда. При това протича ток, който задейства измервателния уред. Съгласно закона на Ом се измерва или тока преминаващ през резистора или пада на напрежение върху тестов резистор с известно съпротивление.

Измерването на резистори с ниска стойност се извършва с използване на схемата на измерване с четири сонди. Едната двойка измервателни сонди подават известен калибриран ток към резистора, а другата двойка сонди измерват пада на напрежение върху резистора. Този начин на измерване осигурява елиминиране на вътрешното съпротивление на уреда и съпротивлението на измервателните сонди.

Маркировка на резистори с проводникови изводи[редактиране | редактиране на кода]

Резисторите с малка мощност са малки детайли, като например резистор с мощност 0,125Вт има дължина няколко милиметра и диаметър от порядъка на милиметър. За тези резистори се използва обикновено цветен код под формата на ивици по обиколката му.

За резистори с точност 20 % се използва маркировка с три ивици, а при резистори с 10 % и 5 % маркировка с четири ивици, за по-точните резистори с пет или шест ивици. Първите две ивици означават първите два знака на номинала. Ако ивиците са четири, третата ивица означава десетичния множител, т.е. степента на десетицата, която се умножава по числото от първите две ивици. Ако ивиците са четири, последната ивица показва точността на резистора. Ако ивиците са пет, третата означава третия знак на съпротивлението, четвъртият – десетичния множител, петият – точността. Шестата ивица, ако я има, показва температурния коефициент на електрическото съпротивление. Ако ивицата е 1,5 пъти по-широка от останалите, тя показва надежността на резистора (% откази на 1000 часа работа)

Понякога се срещат резистори с пет ивици, но стандартна (5 или 10 %) точност. В такъв случай първите две ивици показват първите стойности на номинала, третата-множителя, четвъртата -точността и петата -температурният коефициент.

Цветова кодировка на резисторите
Цвят като число като десятичен множител като точност в % като ТКС в ppm/°C като % откази
серебрист 1·10−2 = „0,01“ 10
златен 1·10−1 = „0,1“ 5
черен 0 1·100 = 1
кафяв 1 1·101 = „10“ 1 100 1 %
червен 2 1·10² = „100“ 2 50 0,1 %
оранжев 3 1·10³ = „1000“ 15 0,01 %
жълт 4 1·104 = „10 000“ 25 0,001 %
зелен 5 1·105 = „100 000“ 0,5
син 6 1·106 = „1 000 000“ 0,25 10
виолетов 7 1·107 = „10 000 000“ 0,1 5
сив 8 1·108 = „100 000 000“ 0,05
бял 9 1·109 = „1 000 000 000“ 1
отсъства 20 %
Пример
Да допуснем, че резистора има четири ивици: кафява, черна, червена и златна. Първите две ивици дават 1 0, третата 100, четвъртата дава точност 5 %, следователно резистора е 10·100 Ом = 1 кОм, с точност ±5 %.

Източници[редактиране | редактиране на кода]

  1. ((en)) Farago, PS. An Introduction to Linear Network Analysis. The English Universities Press, 1961. с. 18 – 21.
  2. ((en)) Wu, F Y. Theory of resistor networks: the two-point resistance. // Journal of Physics A: Mathematical and General 37 (26). 2004. с. 6653 – 6673.
  3. а б в г Discrete Electronic Components. CUP Archive, 1981. ISBN 0521234700. с. 57 – 61.
  4. Carbon Film Resistor. // The Resistorguide. Посетен на 10 March 2013.
  5. Harter, James H. and Lin, Paul Y. (1982) Essentials of electric circuits. Reston Publishing Company. pp. 96 – 97. ISBN 0-8359-1767-3.

Вижте също[редактиране | редактиране на кода]