З чого складається резистор і принцип його роботи в електричному ланцюзі

Чайники, лампи розжарювання, електрообладнання машини і багато інших електроприлади містять резистори. Вони настільки видозмінилися, що без знання характерних ознак їх часом важко визначити. У довідниках дається визначення: резистор – це елемент із заданим постійним або змінним опором. На практиці – це безліч елементів, які використовуються в найнесподіваніших конструкціях. Щоб зрозуміти з чого складається резистор, необхідно дізнатися, з якого матеріалу він виготовляється.

Пристрій резистора зсередини

Найпростіший резистор – це реостат. На каркас намотується дріт з великим опором і підключається до джерела живлення. Виходячи з цього можна зробити висновок: перша вимога для цього елемента – високоомний провідник. Для виробництва цього елемента використовують:

• дріт;
• металеву плівку, металеву фольгу;
• композитний матеріал;
• напівпровідник.

Дротові опору прості у виготовленні, здатні розсіювати максимальну потужність, але мають істотний недолік: у них найбільша індуктивність. Діаметр дроту коливається від декількох мікрон до декількох міліметрів.

Металеву фольгу з високоомного матеріалу намотують на каркас. При необхідності збільшити опір її розрізають на доріжку, тим самим збільшуючи довжину, і відповідно, опір. Металлопленочні резистор отримують напиленням металу на основу.

Як композитного матеріалу використовують графіт з органічними або неорганічними добавками. Резистор може повністю складатися з такого матеріалу або з доріжки, на яку нанесений цей матеріал.

З початком виробництва мікросхем з'явилися нові резистори, які називаються інтегральні. Виробництво виконується на молекулярному рівні. На високолегований напівпровідник напилюють тонкий шар високоомного металу, що і виконує функцію резистора.

Поділ за видами

Оскільки опір – одна з найбільш використовуваних форм деталей, то і застосування його дуже різноманітно. Залежно від призначення резистора його можна розділити на три категорії:

Перша категорія – постійні резистори – мають заданий опір і більше за інших використовуються в електричних схемах. Проте опір все одно залежить від зовнішніх факторів. За цією ознакою їх кваліфікують на наступні види:

Лінійні названі так, тому що їх опір змінюється плавно, тобто лінійно, в залежності від зовнішнього впливу. У нелінійних такої плавності немає. Наприклад, якщо виміряти опір лампи розжарювання в холодному стані, то воно буде одне, а в гарячому – зовсім інше, причому в 10-15 разів більше.

Якщо існує таке різноманіття, то виникає закономірне питання – як зрозуміти де резистор? Насправді резистор може виглядати як коло, трубка або квадрат. Вони випускаються різних форм, розмірів, забарвлень. Часом щоб визначити, що це резистор, необхідно подивитися електричну принципову схему.

Друга категорія – підлаштування. Мають регулюючий механізм, який плавно змінює опір. Використовується для точного налаштування апаратури.

Наступна категорія – регулювальні. Назва тут говорить сама за себе. Вони призначені для регулювань, а значить, повинні міняти свій опір. На відміну від постійних, у яких два виведення, у цих є три висновки. Два з них підключаються до самого резистору, а третій – до рухомого контакту, який з'єднаний з елементом, що обертається. Якщо підключити харчування до двох висновків, то на рухомому контакті буде інше напруга, яке буде відрізнятися від напруги на висновках цього елемента.

Якщо підключити регулювальний (змінний) резистор послідовно з батарейкою, з'єднати лампочку одним висновком з мінусовою клемою батарейки, а інший з висновком рухомого контакту, то при обертанні рукоятки змінного резистора буде помітно, як змінюється яскравість лампочки. Чому таке відбувається можна зрозуміти, якщо розібратися що робить резистор.

Використання в електричній схемі

Яскравість лампочки залежить від струму, що протікає по нитці розжарювання – чим більше струм, тим яскравіше горить лампочка. Згідно із законом Ома струм можна вирахувати розділивши напруга на опір, значить, чим менше опір, тим більше струм. На практиці працювати це буде наступним чином.

Припустимо, лампочка розрахована на напругу в 9 В, має опір 70 Ом (в робочому, гарячому стані), батарея на 9 в і змінний опір 100 Ом. Для нормальної роботи струм, що проходить через лампочку, повинен бути приблизно 0,13 А (напруга батареї 9 В ділиться на опір лампочки 70 Ом). В цей ланцюг послідовно приєднується змінний резистор в 100 Ом, струм ланцюга складе приблизно 0,05 А (напруга батареї 9 В ділиться на загальний опір 170 Ом), – це приблизно третина від необхідного струму і лампочка, отже, не буде горіти.

У цьому випадку резистор допомагає плавно гасити світло. Подібний принцип використовується, наприклад, в кінотеатрах. Якщо батарея на 9 В, а лампочка розрахована на 2,5 В, то для її нормальної роботи потрібен дільник або гаситель напруги. В чому суть? У ланцюзі необхідно створити нормальний для лампочки струм.

Якщо використовується гаситель, то до джерела струму послідовно підключаються 2 або більше резистора і лампочка. Загальний опір вибирається з таким розрахунком, щоб струм, що протікає по ланцюгу, відповідав номінального струму лампочки. Припустимо, є: джерело постійного струму 9 В, лампочка напругою 2,5 В і номінальним струмом 0,12 А.

Розраховується опір лампочки, для цього напруга ділиться на ток і виходить приблизно 20,8 Ом. Щоб по ланцюгу йшов струм в 0,12 А, розраховується загальний опір: 9 В поділене на 0,12 А дає 75 Ом. Віднімається опір лампочки і вийде 54,2 Ом – такий опір необхідно додати до лампочки.

Якщо використовується дільник, то тоді беруться два і більше резистора і підключаються послідовно джерела живлення. Паралельно якоїсь частини дільника підключається навантаження, виходить схема зі змішаним підключенням: джерело – частина подільника – паралельно підключені частина подільника і навантаження – джерело струму. Це тільки один варіант, насправді схем підключення безліч, але завжди йде змішане підключення.

Далі робиться розрахунок потрібного опору. При паралельному підключенні ток йде по двох ланцюгах, значить, на навантаженні його буде менше (підключений послідовно резистор обмежує струм). Для нормальної роботи навантаження вираховуються всі струми, що проходять по делителю, а потім підбирається обмежує.

При послідовному підключенні, щоб відключити лампочку – потрібно вимкнути живлення, а при використанні дільника досить відключити ланцюг лампочки. Якщо необхідно до джерела підключити кілька навантажень з різним напругою, то без дільника (його ще називають дільник напруги) не обійтися.

Області застосування

Крім свого звичайного призначення – впливати на струм і напруга, резистори при використанні різних матеріалів набувають зовсім інші властивості і назва. Навіщо вони потрібні, видно з наступного списку:

• залежить від напруги, – це варістор;
• від температури – терморезистор, термістор;
• від освітленості – фоторезистор;
• від деформації – тензорезистор;
• від дії магнітного поля – Магніторезістори;
• розробляється новий, називається мемристор, опір залежить від кількості, що проходить через нього заряду.

Варистори найчастіше використовують в якості захисту від перенапруги.У вигляді датчиків температури використовують терморезистори. Якщо необхідно автоматизувати включення вуличного освітлення, то без фоторезистора це буде зробити складно. Решта зазначені прилади використовуються в вузької спеціалізації.

Позначення на схемі

На електричної принципової схемою все резистори позначаються прямокутником. Поруч ставиться буква R і число, яке вказує опір. Якщо це постійний, то всередині прямокутника можуть стояти римські цифри, відповідні потужності цього елемента у ВАТ. При потужності менше 1 Вт застосовуються такі умовні позначення:

• одна поздовжня лінія всередині прямокутника вказує на потужність в 0,5 Вт;
• одна коса лінія говорить про потужність в 0,25 Вт;
• дві косих – 0,125 Вт;
• три косих – 0,05 Вт.

Для того щоб можна було відрізняти один прилад від іншого, наприклад, варістор від термістора також використовуються умовні позначення:

• постійний резистор позначається тільки прямокутником;
• регулювальний – стрілка перекреслює прямокутник, центральний висновок підключається до одного з висновків резистора;
• змінний – до прямокутника зверху під прямим кутом підходить стрілка, до неї підключаються інші прилади;
• підлаштування – на прямокутник зверху лягає буква «т», до цього висновку підключаються інші прилади;
• підлаштування, як реостат, центральний висновок з'єднаний з одним з висновків приладу – прямокутник перекреслює коса буква «т»;
• термістор (терморезистор) – на прямокутник під нахилом лягає хокейна ключка;
• варістор – позначається як термістор, але над робочою поверхнею ключки ставиться буква U;
• фоторезистор – зверху до прямокутника підходять дві похилі стрілки.

види маркувань

На великих постійних резисторах в скороченій формі пишуться потужність, опір і допуск (на скільки відсотків може відхилятися зазначена величина). Деталі малого розміру мають колірну, буквенную або цифрову маркування, причому букви і цифри можуть доповнювати один одного. Кожен виробник сам вибирає спосіб маркування.