Назначение и принцип работы резисторов
Резисторы — это пассивные электронные компоненты, основная задача которых заключается в управлении электрической энергией в цепи. Они ограничивают силу тока, делят напряжение и задают рабочие режимы других элементов схемы. Их работа базируется на фундаментальном свойстве материалов — электрическом сопротивлении. Проходя через резистор, электрическая энергия необратимо преобразуется в тепловую, которая затем рассеивается в окружающее пространство. Это явление, известное как джоулево тепло, не только является ключевой особенностью работы компонента, но и может служить для косвенной диагностики устройств по тепловому излучению.
Классификация резисторов
Резисторы классифицируют по нескольким ключевым признакам, что помогает выбрать оптимальный компонент для конкретной задачи.
По назначению:
- Общего назначения: Наиболее распространённый тип для стандартных задач.
- Прецизионные: Отличаются высокой точностью и стабильностью параметров.
- Высокочастотные: Специально разработаны для работы в ВЧ-цепях.
- Высоковольтные и высокоомные: Предназначены для цепей с высоким напряжением или требующих большого сопротивления.
- Специальные: Выполняют узкоспециализированные функции.
По постоянству сопротивления:
- Постоянные: Имеют фиксированное, неизменяемое значение сопротивления.
- Переменные (потенциометры, реостаты): Их сопротивление можно плавно регулировать в процессе эксплуатации (например, для регулировки громкости).
- Специальные (нелинейные): Их сопротивление меняется под воздействием внешних факторов:
- Терморезисторы (термисторы): Зависимость от температуры.
- Варисторы: Зависимость от приложенного напряжения.
- Фоторезисторы: Зависимость от уровня освещённости.
Конструкция постоянных резисторов
Сердцем любого постоянного резистора является резистивный элемент. По своей конструкции он делится на два основных типа: пленочный и объемный.
Пленочный резистор (Рис. 14.1) состоит из диэлектрического основания (керамический цилиндр 1), на которое тонким слоем нанесена резистивная плёнка 2 (например, металлическая или углеродная). Концы цилиндра снабжены токопроводящими колпачками 3 с припаянными выводами 4. Вся конструкция покрыта защитным лаком или эмалью 5 для изоляции от влаги и механических повреждений. Для увеличения сопротивления без увеличения габаритов резистивную плёнку часто наносят в виде спирали (Рис. 14.2).
Объемный резистор (Рис. 14.3) представляет собой монолитный стержень 1 из композитного токопроводящего материала (например, смеси графита и связующего). Проволочные выводы 2 запрессовываются прямо в тело резистора. Такая конструкция обеспечивает лучшую стабильность и перегрузочную способность.
Конструкция переменных резисторов
Переменные резисторы позволяют вручную изменять сопротивление. В основе конструкции пленочного переменного резистора (Рис. 14.4) лежит подковообразное диэлектрическое основание 3 с нанесённым токопроводящим слоем. По этому слою скользит подвижный контакт (ползунок), соединённый с осью 1 через контактную пружину 2. При вращении оси сопротивление между центральным выводом 5 и одним из крайних 6 плавно меняется.
Существуют также резисторы с прямолинейным перемещением ползунка (Рис. 14.6, б), где перемещение осуществляется с помощью микрометрического винта 4. Это обеспечивает более точную и плавную регулировку.
Основные параметры и маркировка
Выбор резистора для схемы определяется его техническими параметрами.
Ключевые параметры:
- Номинальное сопротивление (Rном): Основная характеристика, измеряемая в Омах (Ω), килоомах (кΩ), мегаомах (МΩ). Указывается на корпусе.
- Допуск (класс точности): Максимальное отклонение реального сопротивления от номинального, выраженное в процентах. Для прецизионных резисторов допуск может составлять ±0.01% и менее.
- Номинальная мощность рассеивания (Pном): Максимальная мощность, которую резистор может рассеивать в виде тепла длительное время без ухудшения параметров. Рассчитывается по формуле P = U * I = I² * R = U² / R. На схемах мощность часто обозначается специальными значками внутри условного изображения (Рис. 14.7).
Системы обозначений и маркировка:
Для идентификации резисторов используются различные системы маркировки.
- Буквенно-цифровой код: Например, «К47М» расшифровывается как 0.47 кОм с допуском ±20%. Буква (K, M, R, G) заменяет запятую и указывает множитель.
- Цветовая маркировка (ГОСТ 28883-90): Наиболее распространённый способ для малогабаритных компонентов. Четыре или пять цветных полос на корпусе последовательно обозначают: первые две цифры номинала, множитель и допуск. Цвета стандартизированы.
Исторически использовались системы обозначений по группам (например, С2-8 — постоянный, металлопленочный), но с 1980-х годов в СССР, а затем и в России, действует система типа Р1-15 (постоянный, непроволочный, 15-я конструкция). На принципиальных схемах резистор обозначается прямоугольником с указанием номинала, мощности и позиционного обозначения (R1, R2 и т.д.).