Рези́стор (, от — сопротивляюсь), также сопротивление — пассивный элемент электрических цепей, обладающий определённым постоянным или переменным значением электрического сопротивления, предназначенный для линейного преобразования силы тока в напряжение и напряжения в силу тока, ограничения тока, поглощения электрической энергииГОСТ Р 52002-2003 и других видов перераспределения электрической энергии. Широко используемый компонент практически всех электрических и электронных устройств.
Реальный резистор в схемотехнике. Частотные свойства резисторов
Эквивалентная схема реального резистора с учётом паразитных параметров на низких частотах имеет вид параллельно соединённых сопротивления и паразитной ёмкости. На высоких частотах последовательно с этой цепью включают паразитную индуктивность, которой, впрочем, для высокоомных резисторов можно по-прежнему пренебречь. На ещё более высоких частотах реактивные параметры резистора являются распределёнными, и эквивалентной схемой незаземлённого гладкого непроволочного резистора, длина которого меньше длины волны, является схема отрезка линии с последовательно включенными погонной индуктивностью (доли мкГн/см) и сопротивлением и параллельно им подключенной погонной ёмкостью (до единиц пФ/см).
Активное сопротивление резистора, индуктивностью которого можно пренебречь, с учётом его паразитной ёмкости, определяется соотношением: .
Таким образом, активное сопротивление отличается от номинального не более, чем на и практически не зависит от частоты при а уменьшается не более, чем на от номинального, при .
Также уменьшение активного сопротивления на высоких частотах вызывается ростом потерь в диэлектриках, использованных в конструкции резистора, теоретический учёт которых затруднён, и на практике пользуются графиками, построенными по результатам опытов.
Для сопротивлений менее индуктивная составляющая реактивного сопротивления всегда больше ёмкостной, поэтому на высоких частотах (порядка проявляются резонансные свойства резистора, и может наблюдаться максимум полного сопротивления.
Поверхностный эффект пренебрежимо мал у тонкослойных резисторов и заметно влияет на активную составляющую полного сопротивления только у объёмных (композитных) резисторов.
По характеру ВАХ все резисторы делятся на линейные и нелинейные. Сопротивления линейных резисторов не зависят от приложенного напряжения или протекающего тока. Сопротивления нелинейных резисторов изменяются в зависимости от значения приложенного напряжения или протекающего тока (варисторы и бареттеры), либо от температуры (термисторы) или освещённости (фоторезисторы). Например, сопротивление осветительной лампы накаливания при отсутствии тока в 10—15 раз меньше, чем в номинальном режиме. В линейных резистивных цепях форма тока совпадает с формой напряжения.
Основные характеристики и параметры резисторов Номинальное сопротивление — основной параметр. Предельная рассеиваемая мощность. Температурный коэффициент сопротивления. Допустимое отклонение сопротивления от номинального значения (технологический разброс в процессе изготовления). Предельное рабочее напряжение. Избыточный шум. Максимальная температура окружающей среды для номинальной мощности рассеивания. Влагоустойчивость и термостойкость. Коэффициент напряжения. Учитывает явление зависимости сопротивления некоторых видов резисторов от приложенного напряжения. Определяется по формуле: , где и — сопротивления, измеренные при напряжениях, соответствующих -ной и -ной номинальной мощности рассеяния резистора.
Некоторые характеристики существенны при проектировании устройств, работающих на высоких и сверхвысоких частотах, это: Паразитная ёмкость. Паразитная индуктивность.
Обозначение резисторов на схемах По стандартам России условные графические обозначения резисторов на схемах должны соответствовать ГОСТ 2.728-74. В соответствии с ним, постоянные резисторы обозначаются следующим образом: Обозначениепо ГОСТ 2.728-74ОписаниеПостоянный резистор без указания номинальной мощности рассеиванияПостоянный резистор номинальной мощностью рассеивания 0,05 ВтПостоянный резистор номинальной мощностью рассеивания 0,125 ВтПостоянный резистор номинальной мощностью рассеивания 0,25 ВтПостоянный резистор номинальной мощностью рассеивания 0,5 ВтПостоянный резистор номинальной мощностью рассеивания 1 ВтПостоянный резистор номинальной мощностью рассеивания 2 ВтПостоянный резистор номинальной мощностью рассеивания 5 Вт
Переменные, подстроечные и нелинейные резисторы обозначаются следующим образом: Обозначениепо ГОСТ 2.728-74ОписаниеПеременный резистор (потенциометр).Переменный резистор в реостатном включенииПодстроечный резистор.Подстроечный резистор в реостатном включенииВаристор (сопротивление зависит от приложенного напряжения).Термистор (сопротивление зависит от температуры).Фоторезистор (сопротивление зависит от освещённости).
Цепи, состоящие из резисторов
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, таким образом находится общее (искомое) сопротивление. Для расчёта таких цепей из резисторов, которые нельзя разбить на блоки, последовательно или параллельно соединённые между собой, применяют правила Кирхгофа, метод контурных токов и метод наложения. Иногда для упрощения расчётов бывает полезно использовать преобразование треугольник-звезда и применять принципы симметрии.
При последовательном соединении резисторов их сопротивления складываются
Если , то общее сопротивление равно:
При последовательном соединении резисторов их общее сопротивление будет больше наибольшего из сопротивлений.
При параллельном соединении резисторов складываются величины, обратные сопротивлению (то есть общая проводимость складывается из проводимостей каждого резистора )
Для двух параллельно соединённых резисторов их общее сопротивление равно: .
Если , то общее сопротивление равно:
При параллельном соединении резисторов их общее сопротивление будет меньше наименьшего из сопротивлений.
При смешанном соединении схема состоит из двух параллельно включённых блоков, один из них состоит из последовательно включённых резисторов и , общим сопротивлением , другой из резистора ,
Общая проводимость будет равна , то есть общее сопротивление .
Как при параллельном, так и при последовательном соединении резисторов итоговая мощность, рассеиваемая в цепи, будет равна сумме мощностей, рассеиваемых на каждом из резисторов.
Классификация резисторов
Резисторы являются элементами электронной аппаратуры и могут применяться как дискретные компоненты или как составные части интегральных микросхем. Дискретные резисторы классифицируются по назначению, виду ВАХ, по способу защиты и по способу монтажа, характеру изменения сопротивления, технологии изготовления.
По назначению: резисторы общего применения; резисторы специального применения: высокоомные (сопротивления от десятка МОм до единиц ТОм, рабочие напряжения 100—400 В); высоковольтные (рабочие напряжения — десятки кВ); высокочастотные (имеют малые собственные индуктивности и ёмкости, рабочие частоты до сотен МГц); прецизионные и сверхпрецизионные (отличаются повышенной точностью номинального значения и стабильностью: допуск 0,001 — 1 %).
По характеру изменения сопротивления: постоянные резисторы; переменные регулировочные резисторы; переменные подстроечные резисторы.
По материалу резистивного элемента:
тонкослойные на изоляционном основании: углеродистые; металлоплёночные: металлизированные; металлокисные; керметные; композиционные (объёмные); проволочные и микропроволочные; полупроводниковые.
По способу защиты от влаги: неизолированные; изолированные-лакированные; компаундированные; опрессованные в пластмассу; герметизированные; вакуумные.
По способу монтажа: для печатного монтажа; для навесного монтажа; для микросхем и микромодулей. По виду вольт-амперной характеристики: линейные резисторы; нелинейные резисторы: варисторы — сопротивление зависит от приложенного напряжения; терморезисторы — сопротивление зависит от температуры; фоторезисторы — сопротивление зависит от освещённости; тензорезисторы — сопротивление зависит от деформации резистора; магниторезисторы — сопротивление зависит от величины магнитного поля. мемристоры (разрабатываются) — сопротивление зависит от протекавшего через него заряда (интеграла тока за время работы).
Проволочные резисторы наматываются из проволоки или ленты с высоким удельным сопротивлением на какой-либо каркас. Обычно имеют значительную паразитную индуктивность. Для снижения паразитной индуктивности почти всегда выполняются с бифилярной намоткой. Высокоомные малогабаритные проволочные резисторы иногда изготавливают из микропровода.
Резистивный элемент непроволочных резисторов представляет собой объёмную структуру физического тела или поверхностного слоя, образованного на изоляционных деталях (тонкую плёнку металлического сплава или композитного материала с высоким удельным сопротивлением, низким коэффициентом термического сопротивления, обычно нанесённую на цилиндрический керамический сердечник). Концы сердечника снабжены напрессованными металлическими колпачками с проволочными выводами для монтажа. Иногда, для повышения сопротивления, в плёнке исполняется винтовая канавка для формирования спиральной конфигурации проводящего слоя. Сейчас это наиболее распространённый тип резисторов для монтажа в отверстия печатных плат. По такому же принципу выполнены резисторы в составе гибридной интегральной микросхемы: в виде металлических или композитных плёнок, нанесённых на обычно керамическую подложку методом напыления в вакууме или трафаретной печати.
Углеродистые резисторы изготавливаются в виде плёночных и объёмных. Плёнки или резистивные тела представляют собой смеси графита с органическими или неорганическими веществами.
В металлоплёночных и металлоокисных резисторах в качестве резистивного материала используется тонкая металлическая лента.
Резистивный элемент интегральных резисторов — слаболегированный полупроводник, формируемый в кристалле микросхемы, обычно в виде зигзагообразного канала, изолированного от других цепей микросхемы p-n переходом. Такие резисторы имеют большую нелинейность вольт-амперной характеристики. В основном используются в составе интегральных монокристаллических микросхем, где применить другие типы резисторов принципиально невозможно.
Резисторы общего и специального назначения
Резисторы общего назначения используют в качестве анодных нагрузок радиоламп, коллекторных нагрузок транзисторов, для установки рабочей точки активного элемента схемы, в качестве делителей в цепях питания, элементов фильтров, регуляторов громкости и тембра, в цепях формирования импульсов, в измерительных приборах невысокой точности. В эту группу входят постоянные резисторы, сопротивление которых фиксируется при изготовлении, и переменные, сопротивление которых можно плавно менять в некоторых пределах. Сопротивление резисторов общего назначения лежит в пределах от 10 Ом до 10 МОм, а номинальная мощность рассеивания — от 0,125 до 100 Вт.
К резисторам специального назначения, обладающим рядом специфических свойств и параметров, относят высокоомные, высоковольтные, высокочастотные, прецизионные, полупрецизионные. Высокоомные резисторы выполняют преимущественно композиционного типа с сопротивлением до 1013 Ом и используют в устройствах для измерения малых токов. Номинальная мощность рассеивания их обычно не указывается, а рабочие напряжения составляют 100—300 Вольт. Высоковольтные резисторы с сопротивлением до 1011 Ом, но большей мощности и более крупные по размерам, чем высокоомные, используют для делителей напряжения, эквивалентов антенн, искрогашения, разряда конденсаторов фильтров. Наиболее распространенные их типы имеют рабочие напряжения в диапазоне 10-35 кВ.