Резисторы
МУНИЦИПАЛЬНОЕ АВТОНОМНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ЦЕНТР ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОДА ВЛАДИКАВКАЗА
РЕЗИСТОРЫ Методическое пособие к авторской учебной программе «От электрической лампочки до автоматизированных систем»
Автор-составитель: педагог дополнительного образования Рудин Виталий Александрович | ||
2024 |
АННОТАЦИЯ
Методическое пособие к авторской учебной программе «От электрической лампочки до автоматизированных систем» может быть полезно для учащихся 7 – 9 классов общеобразовательных школ, увлекающихся науками электротехникой и электроникой.
В пособии подробно рассматриваются назначение, устройство и применение важного элемента принципиальных схем электроники – резисторы.
Для удобства запоминания материала методическое пособие выполнено в виде вопросов и ответов.
РЕЗИСТОРЫ.
Рис. 1. Резисторы. | Вопрос 1. Что такое резистор? С английского резистор переводится как сопротивление. Это элемент цепи, который, имеет опре-делённое или переменное электрическое сопротивление и обеспечивает нужное напряжение и регулирует значение тока рис. 1. |
Вопрос 2. Зачем нужен резистор? Резисторы предназначены для создания падения напряжения, формирования подходящего потенциала, ограничения тока..
Вопрос 3. Что такое падения напряжения в резисторе? Каждый электрон имеет энергию, которую получает от источ-ника питания. Мы знаем, что, проходя через проводник, электрон часть энергии теряет в нём, т. к. энергия электрона на входе в резистор больше, чем на выходе, то разность этих энергий и будет падение напряжения на резисторе (рис. 2).
Энергия электрона на входе. | Энергия оставшаяся на резисторе (падение напряжения).
| Энергия элект-рона на выходе
|
Рис. 2. Физическая сущность падения напряжения на резисторе.
Рассмотрим (рис. 3.). Напряжение батареи 9В. Имеются три резистора номиналом 20 Ом.
Рис.3. Определение падения напряжения на резисторах в замкнутой цепи.
Электрон, проходя по замкнутой цепи, оставляет энергию на каждом резисторе.
Найдем общее сопротивление при последовательном соединении резисторов:
R общ.= R1 + R2 + R3= 20 Ом + 20 Ом + 20 Ом = 60 Ом
По закону Ома найдем ток в цепи: I=U/R= 9В : 60 Ом= 0,15А.
По закону Ома найдем напряжения: U1,U2,U3.
U1=I R1=0,15A 20 Ом=3В. U2= I R2= 0,15A 20 Ом=3В.
U3= I R3= 0,15А 20 Ом =3В.
4. Определим общее падение напряжения в цепи:
U общ. = U1 + U2 + U3 = 3В + 3В + 3В = 9В, получаем
Uпит. = Uобщ.
Отсюда следует важное свойство электронов, прошедших через замкнутую цепь. Электроны отдают всю свою энергию, которую получили от источника тока, элементам цепи.
Значит, если нам нужно отобрать у электронов какую - то часть энергии, мы ставим резисторы.
Вопрос. 4. Что такое формирование подходящего потен-циала?
Когда мы говорим о потенциалах, мы имеем ввиду сколько энергии осталось у электрона в данной точке электрической цепи.
Регулируя падение напряжения на резисторе мы можем регулировать потенциал 2 на выходе резистора
Рассмотрим схему, представленную на рис. 3.
На «минусе» источника питания потенциал равен напряже-нию питания, т. е., в точке (1) 1= - 9В. Пройдя по R1, электрон потерял 3В (См. предыдущую задачу). Значит, у него осталось 9В - 3В = 6В т.е. потенциал в точке 2 равен 2 = -6B.
Точно так же в третьей точке 3 6В - 3В =6В, т. е. 3= -3В.
Потеряв в третьем резисторе ещё 3В в четвёртой точке 4 равен 3В - 3В = 0, т. е. 4 = 0, и действительно пройдя, через замкнутую цепь электрон отдаёт всю энергию, поэтому в точке 4 потенциал должен быть равен нулю.
Таким образом, если нам нужно в данной точке схемы иметь определённое значение электрического потенциала, то мы ставим резистор, который отбирает избыточную энергию у электронов.
| 1 2 |
|
Рис. 4. Физическая сущность создание подходящего потенциала на резисторе.
Вопрос 5. Как можно ограничить ток в цепи? Ограничение тока. Из закона Ома I = U: R вытекает, чем больше сопротивление, тем меньше ток. Например, нам нужно ограничить ток в цепи до 1А. Напряжение источника питания 5В. Выберем ограничивающий резистор R=U:I= 5B:1A=5Ом, значит, если поставим сопротивление 5 Ом, ток в цепи будет ограничен до 1А.
Следовательно, подбирая резистор, мы можем ограничивать ток на данном участке цепи.
Вопрос 6. Как обозначаются резисторы на принци-пиальных схемах?
Постоянные резисторы (сопротивления) обозначаются на принципиальных схемах как показано на рис. 5.
Вопрос 7. Какие бывают мощности у электрической цепи? В электрической цепи бывают две мощности: активная и (далее мы увидим, что имеется и другая – реактивная).
а) б)
Рис. 5. Обозначение постоянных резисторов на принципиальных схемах. а- обозначение; б- внешний вид.
Вопрос 8. Какая бывает мощность у электрического сопротивления? Их мощность чисто активна, т. е., поданная электроэнергия целиком преобразуется в другие виды энергии, например: тепловую, механическую, звуковую и т. д.
Вопрос 9. Какие бывают постоянные резисторы? Различают два основных вида резисторов - химические (плёночные) (рис.6) и проволочные (рис. 7).
Рис. 6. Плёночные резисторы. | Рис. 7. Проволочные резисторы. |
Рис. 8. Химические (плёночные) резисторы. | Вопрос 10. Как устроены плёночные постоянные резис-торы? Химические резисторы постоянного значения устроены так (рис.8): на диэлектрическое цилиндрическое основание нанесена резистивная плёнка. На торцы цилиндра надеты |
контактные колпачки из проводящего материала с припаянными к ним выводами.
Для защиты резистивной плёнки от воздействия внешних факторов резистор покрывают защитной плёнкой.
Вопрос 11. Как устроены проволочные постоянные резисторы? Проволочные резисторы представляют собой керамические тела, на которые намотан провод. Эти резисторы используются реже, они находят применение в сетях с большими токами и для специальных целей (рис. 9.).
Рис. 9. Устройство проволочного резистора. |
Рис. 10. Маркировка параметров на резисторе. |
Вопрос 12. Какие важнейшие параметры бывают у резистора? Номинальное сопротивление, класс точности, маркировка, мощность (рис.10).
Вопрос 13. Что такое номинальное сопротивление резистора? Номинальное сопротивление резистора – значение сопротивления, которое должен иметь резистор и обозначается на корпусе маркировкой.
В электроники применяются резисторы номиналом от долей ома до 1 000 000 Ом.
Чтобы не выпускать такое большое количество номиналов резисторов, выпускают определённое количество. Это позволяет значительно сократить количество резисторов для хранения.
Существует определённый ряд номинальных значений резисторов ( см. таблицу 2).
Таблица 2.
1,0 | 1,5 | 2,2 | 3,3 | 4,7 | 6,8 |
1,1 | 1,6 | 2,4 | 3,6 | 5,1 | 7,5 |
1,2 | 1,8 | 2,7 | 3,9 | 5,6 | 8,2 |
1,3 | 2,0 | 3,0 | 4,3 | 6,2 | 9,1 |
Соединяя определённым образом резисторы из этого ряда можно получить любой номинал резистора. О соединении резисторов поговорим чуть позже.
Вопрос 14. Что такое класс точности? Класс точности – отклонение истинного значения резистора от маркировочного.
В зависимости от допуска резисторы делятся на три класса: см. таблицу №3.
Таблица№3
Класс точности. | % отклонение от номинального. |
1-й класс | 5% |
2-й класс | 10% |
3-й класс | 20% |
Например: имеем резистор 1-го класса, на котором написано 100 Ом. Это значит, что действительное значение может колебаться в пределах 5%, от 95 до 105 Ом. Если такой же резистор имеет третий класс точности, то действительное его значение может колебаться в пределах 20%, от 80 до 120 Ом.
В зависимости от класса точности резисторы имеют различную рыночную стоимость. Чем выше класс точности, тем выше цена. Поэтому измерительные приборы, в схемах которых находятся много резисторов с повышенным классом точности, так дорого стоят.
В обычной радиолюбительской практике применяются в основном резисторы с третьим классом точности.
Вопрос 15. Что такое маркировка резисторов? Маркировка – обозначение условными знаками параметров резисторов на поверхности резисторов.
Обычно маркировкой обозначаются номинальное сопротивление резистора, класс точности (рис.10), завод - изготовитель.
Сопротивления могут изменяться в Омах, килоОмах и мегоОмах.
Приставка кило обозначает 1000, мего – 1 000 000. Значит:
1кОм = 1 000 Ом 1 мОм = 1 000 кОм = 1 000 000 Ом
Резисторы старого выпуска обозначаются цифирно- буквенной маркировкой (рис. 11).
| |
Рис. 11. Цифирно-буквенная маркировка резисторов.
В настоящее время для постоянных резисторов допускается маркировка цветным кодом номинального сопротивления рис. 12.
Рис. 12. Цветная маркировка.
Маркировку наносят знаками в виде кругов или полос.
Маркировочные знаки сдвинуты к одному из торцов резистора. Первый знак расположен у торца
Вопрос 16. Что такое мощность резистора? Мощность резистора – это наибольшая мощность, которую резистор может излучать (или рассеивать) в виде тепла, не перегреваясь.
Эта мощность зависит от вида и размера резисторов. На рис. 13. представлены сокращённые обозначения мощности резисторов на принципиальных схемах и внешний вид резисторов.
|
|
Рис. 13. Обозначение мощности резисторов на принципиальных схемах.
Вопрос 17. Что такое переменные резисторы? Переменные резисторы это такие резисторы, в которых можно менять электрическое сопротивление.
Вопрос 18. Какие бывают переменные резисторы? Переменные резисторы бывают плёночные (рис. 14.) и проволочные (рис. 55).
Рис. 14. Плёночные переменные резисторы. | Рис. 15. Проволочные переменные резисторы. |
Вопрос 19. Как устроен переменный плёночныё резистор? В этих резисторах внутри защитного металлического кожуха находится токопроводящий резистивный угольный слой, нанесённый на подковообразную пластинку из изолирующего материала. Для обеспечения надёжного контакта с выводами концы резистивной пластинки покрываются слоем металла (рис. 16).
Подвижный контакт, укреплённый на оси, скользит непосредственно по токопроводящему слою, прижимая к нему упругую тонкую металлическую пластинку.
Рис. 16. устройство плёночного переменного резистора.
Вопрос. 20. Что такое реостат? Проволочные резисторы (реостаты) используются для электротехнических установок, а также для лабораторных работ.
Реостат представляет собой резистор, значение которого может плавно изменяться. Обычно это керамический корпус, на который намотан проводник, и по этой намотке скользит контакт (рис. 17.а.). К1 и К2 — начало и конец проводника, а П — скользящий контакт. Если все три вывода реостата подсоединены к различным точкам электрической цепи, то говорят, что реостат используется в качестве потенциометра (см. рис. 17. б).
Если скользящий контакт соединен с одним из выводов реостата (рис. 17. в), то реостат представляет собой переменное сопротивление.
| Рис. 17. а). лабораторный реостат, б.) при подключении трех концов реостата к различным точкам элек-трической цепи он используется в качестве потенциометра; в). при сое-динении скользящего контакта с од-ним из концов реостата, реостат используется как переменное сопротивление. |
Реостаты используются в тех цепях, где необходимо плавное изменение сопротивления от нуля до какой-нибудь определённой величины. Основные параметры любого реостата — максимальное сопротивление Rмакс. и максимальная мощность рассеивания Рмакс.
Обычно эти значения нанесены на корпус реостата.
Рис. 18. Эмалированный резистор с подвижным контактом. | В радиотехнической аппара-туре применяются переменные резисторы с проволочной об-моткой, выполненной на коль-цевом каркасе. Подвижной кон-такт в таких конструкциях ук-реплен на оси и при вращении скользит по проволоке. Эмалированные резисторы могут иметь подвижный контакт |
(рис. 18.). Он прижимается к обмотке, часть которой не покрыта эмалью.
Вопрос 21. Что такое подстроечные резисторы? В радиотехнике находят применение подстроечные резисторы.
Рис. 19. Обозначение подстроечных резисторов. | Они предназначены для подстройки различных электрических цепей. Их сопротивление изменяется с помощью отвертки, и это делается только при производстве и ремонте аппаратуры. |
На рис. 19 представлено обозначение на принципиальных схемах, а на рис.20 общий вид подстроечных резисторов.
Рис. 20. Виды подстроечных резисторов.
Вопрос 22. Что такое делитель напряжения? Делитель напряжения это цепь или схема соединения резисторов, применяемая для получения разных напряжений от одного источника питания.
Рис. 21. Общая схема делителя напряжения на резисторах. | Наиболее простым делителем напряжения являются два последовательно соединенных резистора R1 и R2, которые подключены к источнику напряжения Uвх (рис. 21). Если сопротивление резисторов одинаковы R1 = R2, то напряжение источника питания разделится поровну на них U1 = U2 = U/2. По формулам можно определить выходные напряжения: |
На практике же гораздо проще пользоваться основным свойством любого делителя напряжения, которое заключается в том, что при соответствующем подборе сопротивлений резисторов R1 и R2 выходное напряжение составляет часть входного (рис. 22-23).
Рис. 22. Схемы делителей напряжения на резисторах.
Рис. 23. Схема делителя напряжения с несколькими резисторами.
Рис. 24. При движении скользящего контакта изменяется соотношение между R1 и R2 | Однако часто возникает необ-ходимость в плавном изменении вы-ходного напряжения. Например, при регулировании громкости звука мы плавно изменяем напряжение на усилителе. Для плавного регулирования величины выходного напряжения применяются переменные и подстроечные резисторы. Переменный резистор имеет |
три вывода, причем средний вывод от скользящего контакта, который делит проводящую пленку на два сопротивления ( рис. 24-25). В результате вращением оси можно плавно изменять выходное напряжение от нуля до Uвх.
Рис. 25. Включение переменного резистора в качестве делителя напряжения.
Вопрос 23. Что такое последовательное соединение резис-торов? Последовательным соединением резисторов называется такое соединение при котором, конец предыдущего элемента является началом последующего (рис.26.).
Рис. 26. Последовательное соединение резисторов.
Общее сопротивление определяется по формуле:
Rобщ. = R1 + R2+ R3
Вопрос 24. Что такое параллельное соединение резисторов? Параллельным соединением называется такое соединение при котором у элементов все начала и все концы соединены между собой ( рис.27 а ).
а) б) в)
Рис. 27. Параллельное соединение резисторов.
При нахождении общего сопротивления при параллельном соединении применяются две формулы:
1. Параллельное соединение резисторов с равными номиналами ( рис. 27.б), формула имеет вид:
, где n – число резисторов
Rобщ. = R/n = 3 Ом/3 = 1 ом ( см. 27,б).
2. Параллельное соединение резисторов с разными номиналами ( рис. 27 в.), формула имеет вид:
, см. рис.27.в.
Вопрос 25. Как решать задачи на различное соединение резисторов? Суть решения задач сводится к определению одного общего сопротивления путем преобразования всей схемы. Для этого последовательно из нескольких резисторов по формулам находят одно общее.
Задача№1.
Дана схема рис. 28. Определить общее сопротивление.
Рис . 28. Соединение резисторов.
РЕШЕНИЕ.
1. Резисторы R2 , R3, R4 имеют параллельное соединение причём, номиналы их равны. Поэтому применяем формулу ] и находим их общее сопротивление R2-4
2. Преобразуем схему, заменяя резисторы R2 , R3, R4 на резистор R2-4.
3. Резисторы R5 , R6 имеют параллельное соединение, причём, номиналы их неравны. Поэтому применяем формулу и находим их общее сопротивление R5-6.
4. Преобразуем схему, заменяя резисторы R5,R6 на резистор R5-6.
5. Резисторы R1, R2-4, R5-6 имеют последовательное сопротивление. Поэтому воспользуемся формулой
Rобщ. = R1+ R2-4 + R5-6= 4 Ом + 1 Ом + 0,8 Ом = 5,8 Ом
6. Преобразуем схему, заменяя резисторы R1, R2-4, R5-6 на Rобщ.
Задача решена.
ЛИТЕРАТУРА
Кириченко П. Г. Цифровая электроника для начинающих, СПб.: БХВ-Петербург, 2019.
Аливерти П. Электроника для начинающих, ЭКСМО,2022
Ванюшин, М. Занимательная электроника и электротехника для начинающих и не только, СПб.: Наука и техника, 2016.
А.И Аксёнов, А.В. . Резисторы: Справочник. /– М.: Радио и связь, 2000.
Дубровский, В.В. Резисторы: Справочник, М.: Радио и связь, 2001.
Борисов В. Г. Радиотехнический кружок и его работа. — М.: Радио и связь,. 1983.
Шишков А. Первые шаги в радиоэлектронике. М.: Техника, 1986
Иванов Б. С. В помощь радиокружку. — М.: Радио и связь, 1982.
