Резисторы: назначение, классификация и параметры
Резисторы предназначены для перераспределения и регулирования электрической энергии между элементами схемы. Принцип действия резисторов основан на способности радиоматериалов оказывать сопротивление протекающему через них электрическому току. Особенностью резисторов является то, что электрическая энергия в них превращается в тепло, которое рассеивается в окружающую среду.
Используя знания в исследуемой области, машина смоделировала, как волна может вести себя, и, следовательно, ее влияние на береговую линию и окружающую ее территорию. Он выдавал выходные данные в виде электронных величин в реальном времени через осциллограф или в виде фотографических записей волновых откликов.
Несмотря на то, что машина Ишигуро разработана в ответ на конкретное стихийное бедствие в британской истории, она является частью продолжающихся математических и инженерных попыток обеспечить точное скачкообразное и приливное прогнозирование. Математика использовалась для понимания океанов с древности, но именно в восемнадцатом веке гидродинамика - изучение движения жидкостей - была формально развита с применением исчисления. В девятнадцатом веке был достигнут дальнейший прогресс в гармоническом анализе, математическая техника лорда Кельвина для измерения волн и течений.
Классификация и конструкции резисторов
По назначению дискретные резисторы делят на резисторы общего назначения, прецизионные, высокочастотные, высоковольтные, высокоомные и специальные. По постоянству значения сопротивления резисторы подразделяют на постоянные, переменные и специальные. Постоянные резисторы имеют фиксированную величину сопротивления, у переменных резисторов предусмотрена возможность изменения сопротивления в процессе эксплуатации, сопротивление специальных резисторов изменяется под действием внешних факторов: протекающего тока или приложенного напряжения (варисторы), температуры (терморезисторы), освещения (фоторезисторы) и т. д.
Кельвин понял, что приливы могут быть разбиты на волны различного колебания, извлеченные из наблюдений в качестве приливных компонентов. Гармонический анализ позволил сделать оценки относительно амплитуды и фазы для набора приливных компонентов в конкретных местах береговой линии, образуя предсказание приливных движений. Наряду с их вычислительной способностью эти машины полагались на сбор точных данных через приливные штабы и погодомеры.
Для выполнения имитации с использованием машины устанавливаются параметры, соответствующие телу воды и исследуемым условиям - в данном случае Северное море. Форма бассейна Северного моря делает его особенно уязвимым для штормовых нагонов из-за воронкообразного движения воды к северному европейскому побережью, что делает точное включение его физических условий важным для эффективного моделирования событий. Машина может включать условия для глубины воды, уровня ветра, эффекта Кориолиса и атмосферного давления в течение определенного периода времени через генераторы напряжения.
По виду токопроводящего элемента различают проволочные и непроволочные резисторы. По эксплуатационным характеристикам дискретные резисторы делят на термостойкие, влагостойкие, вибро- и ударопрочные, высоконадежные и т. д.
Основным элементом конструкции постоянного резистора является резистивный элемент, который может быть либо пленочным, либо объемным. Величина объемного сопротивления материала определяется количеством свободных носителей заряда в материале, температурой, напряженностью поля и т. д. и выражается известным соотношением
Кроме того, инерция и нижнее трение могут быть представлены индукторами и резисторами. 
Основной сеткой сетки является большая сетка проводов, которые представляют собой модели с разностной разницей. В машинах Ишигуро для каждой сетки применяются гидродинамические уравнения, которые затем решаются одновременно в заданные временные рамки для создания дифференциальных уравнений в соответствующих условиях. После того, как параметры были установлены, электрические волны проходят через сетку проводки, которая может быть изменена, чтобы представлять различные преимущества всплеска и различных волновых образований.
(2.1)
где ρ - удельное электрическое сопротивление материала;
l - длина резистивного слоя;
S - площадь поперечного сечения резистивного слоя.
В чистых металлах всегда имеется большое количество свободных электронов, поэтому они имеют малое ρ и для изготовления резисторов не применяются. Для изготовления проволочных резисторов применяют сплавы никеля, хрома и т. д., имеющие большое ρ.
Результаты могут быть записаны с помощью осциллографа или фотографического отпечатка вместе с номером разности из сетки для обеспечения волновых характеристик моделируемого события. 
Национальный океанографический центр Саутгемптон. Этот метод позволил Ишигуро отслеживать гидрографическое движение, как электронные величины, на небольших участках воды, чтобы построить смоделированную модель всплеска в целом. Как следствие, он смог предсказать, какие районы побережья вдоль бассейна Северного моря понесут сильное воздействие в случае штормового нагоня, или же всплеск может вообще избежать береговой линии.
Для расчета сопротивления тонких пленок пользуются понятием удельного поверхностного сопротивления ρ s под которым понимают сопротивление тонкой пленки, имеющей в плане форму квадрата. Величина ρ s связана с величиной ρ и легко может быть получена из (2.1), если принять в ней S = δw где w - ширина резистивной пленки. δ - толщина резистивной пленки.
Впоследствии районы могут быть выделены как особо уязвимые, чтобы рекомендовать повышенные барьеры наводнений или места, рекомендованные для установки приливных датчиков для улучшения измерения уровня моря. Исследования Ишигуро также повлияли на строительство в Северном море.
Ишигуро предположил, что его электронная машина имеет преимущества перед современными цифровыми машинами, поскольку она предлагает непрерывное изменение тока в отличие от конечных приращений цифровых машин того периода. Его использование электроники предлагало подход к физическому моделированию воды, который отвечал на проблемы, которые не удовлетворялись цифровыми эквивалентами времени, и позволял проявлять большую гибкость при моделировании из-за его способности настраиваться исследователями в реальном времени.
На рис. 2.1 представлено устройство пленочного резистора. На диэлектрическое цилиндрическое основание 1 нанесена резистивная пленка 2. На торцы цилиндра надеты контактные колпачки 3 из проводящего материала с припаянными к ним выводами 4. Для защиты резистивной пленки от воздействия внешних факторов резистор покрывают защитной пленкой 5.
Тем не менее, хотя считается, что это инновационная разработка в области океанографической аппаратуры и анализа, конструкция машины возникла в то время, когда компьютерные модели быстро развивались, и в ходе своего развития она была затмита цифровой гибкостью, выходящей за пределы машины Ишигуро. Однако он остается ключевым примером методов электроники и аналогового моделирования в этой области, представляя как определенный период океанографических исследований, так и альтернативный метод для цифровых моделей в младенчестве.
Фактически, машина все еще оставалась нетронутой в семейном доме Ишигуро, в небольшом сарае, где Сидзуо продолжал работать над этим. Музей науки приобрел машину в своем окончательном составе, состоящем из двух основных единиц; один содержит входные и выходные устройства, а другой - сетку сетки, через которую проходит электричество, и размещены элементы фотографической записи устройства.
где l - длина резистора (расстояние между контактными колпачками); D - диаметр цилиндрического стержня.
Такая конструкция резистора обеспечивает получение сравнительно небольших сопротивлений (сотни Ом). Для увеличения сопротивления резистивную пленку 2 наносят на поверхность керамического цилиндра 1 в виде спирали (рис. 2.2).
Национальный океанографический центр Ливерпуль. Пример современного компьютерного моделирования. Наряду с профилактическим прогнозированием их работа теперь информирует об установке ветряных электростанций. Математически их модели и моделирование все более сложны в результате более глубокого понимания погодных систем и более широкого сбора данных. В настоящее время используются более современные математические методы, такие как ансамблевое прогнозирование, которое основывается на нескольких симуляциях океанского события, чтобы развить вероятность надежности прогноза, а не определять сингулярную модель, из которой можно прогнозировать исход всплеска.
Сопротивление такого резистора определяется соотношением
(2.4)где t - шаг спирали;
α - ширина канавки (расстояние между соседними витками спирали);
- число витков спирали.
На рис. 2.3 показана конструкция объемного резистора, представляющего собой стержень 1 из токопроводящей композиции круглого или прямоугольного сечения с запрессованными проволочными выводами 2. Снаружи стержень защищен стеклоэмалевой или стеклокерамической оболочкой 3. Сопротивление такого резистора определяется соотношением (2.1).
Будущие модели штормовых волн будут продолжать разрабатывать более тонкие сетки вычислений и лучшее батиметрическое моделирование, а также возможность ввода данных в режиме реального времени из сложной калибровочной технологии. Машина Ишигуро и эти современные океанографические модели - это математические попытки понять и контролировать явления природы. Машина моделирования штормовых волн, в то время как работа океанографа и инженера, опирается на математику в ее основе. Это математика в отношении основных человеческих проблем, разработанная в ответ на проблемы реального мира, которые затрагивают культуры во всем мире.
Постоянный проволочный резистор представляет собой изоляционный каркас, на который намотана проволока с высоким удельным электрическим сопротивлением. Снаружи резистор покрывают термостойкой эмалью, опрессовывают пластмассой или герметизируют металлическим корпусом, закрываемым с торцов керамическими шайбами.
На схеме R R - сопротивление резистивного элемента, R из - сопротивление изоляции, определяемое свойством защитного покрытия и основания, R к - сопротивление контактов, L R - эквивалентная индуктивность резистивного слоя и выводов резистора, С R - эквивалентная емкость резистора, С к1 и С к2 - емкости выводов. Активное сопротивление резистора определяется соотношением
(2.5)
Сопротивление R к имеет существенное значение только для низкоомных резисторов. Сопротивление R из практически влияет на общее сопротивление только высокоомных резисторов. Реактивные элементы определяют частотные свойства резистора. Из-за их наличия сопротивление резистора на высоких частотах становится комплексным. Относительная частотная погрешность определяется соотношением
(2.6)
где Z - комплексное сопротивление резистора на частоте ω.
На практике, как правило, величины L и С неизвестны. Поэтому для некоторых типов резисторов указывают значение обобщенной постоянной времени τ m ах , которая связана с относительной частотной погрешностью сопротивления приближенным уравнением:
(2.7)
Частотные свойства непроволочных резисторов значительно лучше, чем проволочных.
Параметры резисторов
Параметры резисторов характеризуют эксплуатационные возможности применения конкретного типа резистора в конкретной электрической схеме.
Номинальное сопротивление R ном и его допустимое отклонение от номинала ±∆ R являются основными параметрами резисторов. Номиналы сопротивлений стандартизованы в соответствии с ГОСТ 28884 - 90. Для резисторов общего назначения ГОСТ предусматривает шесть рядов номинальных сопротивлений: Е6, Е12, Е24, Е48, Е96 и Е192. Цифра указывает количество номинальных значений в данном ряду, которые согласованы с допустимыми отклонениями (табл. 2.1).
Номинальные значения сопротивлений определяются числовыми коэффициентами, входящими в табл. 2.1, которые умножаются на 10 n , где п - целое положительное число. Так, например, числовому коэффициенту 1,0 соответствуют резисторы с номинальным сопротивлением, равным 10, 100, 1000 Ом и т. д.
Номинальная мощность рассеивания Р ном определяет допустимую электрическую нагрузку, которую способен выдержать резистор в течение длительного времени при заданной стабильности сопротивления.
Как уже отмечалось, протекание тока через резистор связано с выделением тепла, которое должно рассеиваться в окружающую среду. Мощность, выделяемая в резисторе в виде тепла, определяется величиной приложенного к нему напряжения U и протекающего тока I и равна
(2.8)Мощность, рассеиваемая резистором в окружающую среду, пропорциональна разности температур резистора Т R и окружающей среды Т 0:
(2.9)Эта мощность зависит от условий охлаждения резистора, определяемых значением теплового сопротивления R T , которое тем меньше, чем больше поверхность резистора и теплопроводность материала резистора.
Из условия баланса мощностей можно определить температуру резистора, что наглядно показано на рис. 2.8, а.
(2.10)
Следовательно, при увеличении мощности, выделяемой в резисторе, возрастает его температура Т R , что может привести к выходу резистора из строя. Для того чтобы этого не произошло, необходимо уменьшить R T , что достигается увеличением размеров резистора. Для каждого типа резистора существует определенная максимальная температура T max , превышать которую нельзя. Температура Т R , как следует из вышеизложенного, зависит также от температуры окружающей среды. Если она очень высока, то температура Т R может превысить максимальную. Чтобы этого не произошло, необходимо уменьшать мощность, выделяемую в резисторе (рис. 2.8, б). Для всех типов резисторов в ТУ оговаривают указанные зависимости мощности от температуры окружающей среды (рис. 2.8, в). Номинальные мощности стандартизованы (ГОСТ 24013-80 и ГОСТ 10318-80) и соответствуют ряду: 0,01; 0,025; 0,05; 0,125; 0,25; 0,5; 1; 1,2; 5; 8; 10; 16; 25; 50; 75; 100; 160; 250; 500.
Предельное рабочее напряжение U пред определяет величину допустимого напряжения, которое может быть приложено к резистору. Для резисторов с небольшой величиной сопротивления (сотни Ом) эта величина определяется мощностью резистора и рассчитывается по формуле
(2.11)
Для остальных резисторов предельное рабочее напряжение определяется конструкцией резистора и ограничивается возможностью электрического пробоя, который, как правило, происходит по поверхности между выводами резистора или между витками спиральной нарезки. Напряжение пробоя зависит от длины резистора и давления воздуха. При длине резистора не превышающей 5 см оно определяется по формуле
(2.12)
где Р - давление, мм рт. ст.;
l - длина резистора, см.
ЗначениеU пред указывается в ТУ, оно всегда меньше U проб. При испытании резисторов на них подают испытательное напряжение U исп которое больше U пред и меньше U проб.
Температурный коэффициент сопротивления (ТКС) характеризует относительное изменение сопротивления при изменении температуры:
(2.13)
Этот коэффициент может быть как положительным, так и отрицательным. Если резистивная пленка толстая, то она ведет себя как объемное тело, сопротивление которого с ростом температуры возрастает. Если же резистивная пленка тонкая, то она состоит из отдельных «островков», сопротивление такой пленки с ростом температуры уменьшается, так как улучшается контакт между от дельными «островками». У различных резисторов эта величина лежит в пределах ±(7‑12)·10 -4 .
Коэффициент старения β R характеризует изменение сопротивления, которое вызывается структурными изменениями резистивного элемента за счет процессов окисления, кристаллизации и т. д:
(2.14)В ТУ обычно указывают относительное изменение сопротивления в процентах за определенное время (1000 или 10 000 ч).
ЭДС шумов резистора. Электроны в резистивном элементе находятся в состоянии хаотического теплового движения, в результате которого между любыми точками резистивного элемента возникает случайно изменяющееся электрическое напряжение и между выводами резистора появляется ЭДС тепловых шумов. Тепловой шум характеризуется непрерывным, широким и практически равномерным спектром. Величина ЭДС тепловых шумов определяется соотношением
(2.16)
где К= 1,38-10- 23 Дж/ К- постоянная Больцмана;
Т - абсолютная температура, К;
R - сопротивление, Ом;
∆ f- полоса частот, в которой измеряются шумы.
При комнатной температуре (T= 300 К)
(2.17)
Если резистор включен на входе высокочувствительного усилителя, то на его выходе будут слышны характерные шумы. Снизить уровень этих шумов можно, лишь уменьшив сопротивление К или температуру Т.
Помимо тепловых шумов существует токовый шум, возникающий при прохождении через резистор тока. Этот шум обусловлен дискретной структурой резистивного элемента. При прохождении тока возникают местные перегревы, в результате которых изменяется сопротивление контактов между отдельными частицами токопроводящего слоя и, следовательно, флюктуирует (изменяется) значение сопротивления, что ведет к появлению между выводами резистора ЭДС токовых шумов E i . Токовый шум, так же как и тепловой, имеет непрерывный спектр, но интенсивность его увеличивается в области низких частот.
Поскольку значения тока, протекающего через резистор, зависит от значения приложенного напряжения U, то в первом приближении можно считать
(2.18)
где K i - коэффициент, зависящий от конструкции резистора, свойств резистивного слоя и полосы частот. Величина K i указывается в ТУ и лежит в пределах от 0,2 до 20 мкВ/В. Чем однороднее структура, тем меньше токовый шум. У металлопленочных и углеродистых резисторов величина K i ≤ 1,5 мкВ/В, у композиционных поверхностных резисторов К i ≤ 40 мкВ/В, у композиционных объемных резисторов К i ≤ 45 мкВ/В. У проволочных резисторов токовый шум отсутствует. Токовый шум измеряется в полосе частот от 60 до 6000 Гц. Его величина значительно превышает величину теплового шума.
Получить у преподавателя исследуемый элемент и произвести расчет его конструктивных параметров по вариантам и данным в табл 1.
Определить следующие параметры резистора:
· требуемое удельное сопротивление материалов для резистивного слоя ρ,
· удельное поверхностное сопротивление ρs,
· предельное(пробивное) рабочее напряжение Uпред(проб),
· ЭДС шума Ет
· ЭДС токового шума Ei
Таблица 1.
| Тип резистора\типоразмер |
δ толщина пленки |
t шаг спирали \ ширина канавки α=1/2t |
Изменение сопротивления при увеличении температуры на +10 С |
Изменение сопротивления при наработке 10000 часов |
Полоса частот ∆ F,кГц |
K i мкВ\В На Uпроб |
|
| Пленочный рис 2.1 |
|||||||
| Пленочный рис 2.2 |
|||||||
| Пленочный рис 2.2 |
|||||||
| Пленочный рис 2.2 |
|||||||
| Обьемный рис 2.3 |
|||||||
| Обьемный рис 2.3 |
|||||||
| Пленочный рис 2.1 |
Доброго времени, читатели сайта , сегодня рассмотрит тему, маркировка, расшифровка, назначение и сопротивление резисторов. С этого, с виду простого и примитивного элемента, входящего в состав любой радио схемы. Начиная с до ремонта сотового телефона. С резистора начинается изучение электротехники и электроники.
Назначение и применение резисторов.
Начнём с того, что резистор относится к пассивным радиоэлементам, входящим в состав схемы. Он имеет важный параметр, называется сопротивлением. Оно, у этого элемента, может быть постоянным или переменным.
Ток, проходящий через резистор определённого сопротивления, встречает перед собой препятствие, требуемой величины. Это в свою очередь, передаст другому элементу, необходимое количество энергии. Он ограничивает ток в цепи.
Потерянная энергия на резисторе, преобразовывается в тепло, которое передаётся и рассеивается в воздух, спасая его от перегрева и выхода из строя.
Где и как применяются резисторы, несколько примеров применения.
Практически в каждой схеме, за редким исключением, встречается этот распространенный элемент цепи. Из прошлого абзаца, становится понятно, что резистор необходим в схемах, где нужно ограничить подходящий к элементу ток. Например, они нужны для постоянной подстройки сигналов.
Они должны быть рассчитаны на большое число оборотов, быть стойкими к износу. Яркий пример применения, регулятор громкости на музыкальном центре. Вспомните, сколько раз вы его крутили в обе стороны?
Вот ещё пример. Все видели современные . Светодиоды, очень быстро перегорают, присмотритесь к этой полосе, там последовательно каждому светодиоду устанавливается токоограничивающий резистор.
Именно он, спасает светящийся элемент, не давая всему току, пройти через него. Да же, в случае скачка напряжения, или продолжительного временного повышения напряжения, он спасёт элемент. Кстати, на месте светодиода, может находиться под защитой, любой дорогостоящий элемент или микросхема.
Единицы измерения и номинальное сопротивление резисторов.
Основные параметры и критериями при выборе резисторов, является его номинальное сопротивление и мощность рассевания.
Их подбирают, а профессионалы рассчитывают исходя из схем включения резисторов. Как правило, для начинающих ремонтников электроники, необходимо знать последовательное и параллельное включение резисторов и обязательно уметь делать необходимые расчёты.
Единица измерения резистора, является Ом, в честь немецкого учёного по фамилии Ом. Часть элементов, имеет номиналы в тысячи и миллионы Ом, для удобства написания и произношение, их немного сократили и в место тысячи Ом, на схемах и в документации пишут 1 кОм (кило Ом). Миллион Ом в свою очередь, произносится Мега Ом, и пишется, 1 мОм.
Исходя из задач и функций, которая должна выполнять электронная схема, в них должны находиться резисторы с различным сопротивлением. Поэтому разбег в номинальных значениях, достаточно велик.
Сами представьте, резисторов на схемах бывает очень большое количество, и каждый подписывать как, мега Ом или кило Ом, просто займёт много места.
Мощность рассевания, как подбирать необходимое значение.
Что касается мощности рассевания, её второе название, номинальная мощность рассевания. Этим показателем, указывают допустимое значение максимальной мощности, которое элемент может долго рассевать в окружающую среду, без риска выхода из строя и стабильной работы схемы в целом. Протекающим через него значением тока.
Номиналы значений, лежат в приделах от 1 Вт (ватта), до 10 Вт, данные значения являются верными для не проволочных резисторов.
Для проволочных, лежит в пределах от 0,2 Вт до ста пятидесяти Ватт.
На схемах, мощность рассевания, указывают прямо на элементе, внутри его. Свыше 1 Ватта, обозначение производится с помощью римских цифр. До него, простая горизонтальная линия, которой соответствует значение 0,5 Вт, и одна и две наклонные линии, которым соответствует 0,125 и 0, 25 Вт соответственно.
Для ясности картины, приведём небольшой пример. Допустим, что имеется некий резистор с номинальным сопротивлением в 200 Ом. Через него, течёт нагрузка в 200 mA, то необходимая мощность рассеивания, для его стабильной работы, должна быть не ниже 2 Вт.
Если в данном случае, поставить элемент с меньшим значением мощности, то он быстро и наверняка перегорит, что может привести к тяжёлым последствиям в плане ремонта. Для этого вам необходимо знать, обозначение резисторов на схеме , для грамотного ремонта электроники.
Отечественная маркировка и класс точности резисторов.
Рассмотрим две основные маркировки, это кодовая и цветовая маркировка резисторов . Для начала разберёмся с кодом.
Как правило, она состоят из трёх, четырёх элементов кода, а иногда из пяти, в которую входят цифровые и буквенные символы. Причём в обозначении, буква, всегда находится одна.
Она выполняет самую главную роль, она множитель. В зависимости, где она стоит, спереди, сзади или в центре, определяет сопротивление в Омах, в ряде случаев, выполняет функции запятой.
Простой пример для нормального понимания темы. Имеется резистор с маркировкой 5R2J, тут как раз R, является запятой. От сюда следует, его номинальное сопротивление, равняется 5,2 Ома. Значение буквы J, необходимо смотреть в таблице, оно означает что, у него допустимое отклонение 5%.
Если будет надпись, 6К2N, буква (К) является множителем, обозначающим тысячу, тогда значение будет равным, 6,2 кило Ома. N — Имеет значение отклонения 30%. В прочем в таблице всё будет видно.
В целом, разобраться в этом, не составит большого труда, имея под руками мультиметр и прочитав мою статью, как измерить сопротивление мультиметром и тестером . После ознакомления, вы сможете делать все необходимые замеры.
Тут немного сложнее, но всё же, разобраться за 10 минут вполне возможно. Осложняется задача тем что, на резисторе вместо понятных цифр и букв, нанесены разноцветные кольца, с которыми невозможно разобраться без специальной программ или таблицы.
Всё это сделана для упрощения маркировки, а так же в целях экономия краски и материала. На фоне огромного промышленного производства, экономия весьма существенная.
С каждым годом происходит, всё более и более минимизируются. На них просто невозможно написать маркировку и номинальное значение. Но как видно выход найден.
Цветовая маркировка сопротивлений, сводится к трём, четырём и пяти кольцам. Каждому цвету кольца, соответствует присвоенное число или множитель, всё встанет на свои места, после просмотра таблицы.
Допустим, имеется некий резистор, разумеется, мультиметра под рукой нет, да и смысла мало, всегда носить его с собой.
Вначале имеется две полоски красного цвета, исходя из таблицы, мы узнаем, что красный цвет соответствует цифре два. Это значит двадцать два, и третье кольцо желтое, оно является множителем, ей соответствует цифра 4. И перед нами число 220000 Ома, или 220 кОм.