Резистор является основным компонентом, который используется во всех электронных схемах. Это пассивный элемент, который сопротивляется потоку электронов. Таким образом, через него проходит только определенное количество тока. Оставшийся ток преобразуется в тепло.
Принцип работы резистора заключается в том, что электричество проходит через вольфрамовую нить накала, находящуюся внутри резистора. Энергия преобразуется и высвобождается в виде света и тепла.
Символы резисторов
Как правило, существует два стандарта, которые используются для обозначения символа резистора, а именно: Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) и Международная электротехническая комиссия (IEC).
Символ резистора IEEE представляет собой зигзагообразную линию, как показано на рисунке ниже:
Символ МЭК:
Использование резистора в цепи
Рассмотрим светодиод, подключенный к батарейке 9В. Предположим, что прямой ток светодиода равен 3 мА. Если резистор подключен между светодиодом и батарейкой, светодиод будет светиться. Если между светодиодом и батарейкой нет резистора, светодиод будет светиться, но через некоторое время сильно нагреется. Это связано с тем, что через светодиод проходит больший ток (> 30 мА). Таким образом, резистор необходим для контроля тока. Резистор, используемый в схеме, можно использовать для многих целей. Например, для регулировки уровней напряжения, для обеспечения смещения активных компонентов, для разделения уровней напряжения и т. д.
Из чего состоит резистор
Резисторы выполнены из керамических стержней, покрытых металлом или оксидами металлов. Это покрытие определяет значение сопротивления резистора. Чем толще покрытие, тем ниже значение сопротивления резистора.
Что такое сопротивление?
Сопротивление – это свойство резистора сопротивляться току. Обычно материалы делятся на проводники и изоляторы. Проводники позволяют току течь через них, поскольку они имеют свободные электроны. Изоляторы не имеют электронов и они препятствуют свободному движению электронов в них. Эта противодействующая сила и есть сопротивление. Разные типы резисторов изготавливаются с разным составом. Таким образом, сопротивление можно определить как противодействующую силу, оказываемую материалом потоку тока.
Как рассчитать сопротивление?
Механизм потока энергии через проводник можно описать следующим образом.
При наличии активного источника, пассивные элементы, такие как резисторы, всегда будут поглощать энергию, и токи через них всегда будут течь от более высокого потенциала к более низкому.
Если одинаковую разность потенциалов приложить к концам двух разных, но геометрически подобных проводников, таких как медные или стеклянные стержни, то это приведет к разным токам. Эта характеристика проводника, которая приводит к различным токам, называется его электрическим сопротивлением.
Определение сопротивления может быть получено из закона Ома в его форме электромагнитной теории или в форме континуума.
J = σE — -1
В данной формуле σ – проводимость материала, т.е. проводника.
E — электрическое поле, возникающее по всей длине проводника за счет потока электрической энергии через проводник.
Если «V» — это падение напряжения на проводнике, а «L» — физическая длина проводника, то
E = V/L — -2
Плотность тока J возникает внутри проводника из-за потока электрической энергии через проводник. Если «I» — это ток, протекающий через проводник, а «A» — площадь поперечного сечения проводника, то по определению плотности тока:
J = I/A — -3
Теперь объединив формулы 1, 2 и 3
I/A = σ V/L
V = (L/Aσ) I — -4
Термин в скобках является постоянным, и обозначим его буквой «R»
∴V = R I
Это форма закона Ома в анализе цепей.
По определению закона Ома, ток, протекающий через проводник, прямо пропорционален приложенной разности потенциалов.
I ∝ V
Пропорциональная постоянная, называется параметром сопротивления проводника R.
∴I = V/R
R = V/I
Сопротивление проводника между двумя его точками определяется путем приложения разности потенциалов V между этими двумя точками и измерения тока I.
Единицей сопротивления является вольт на ампер, и она получила название Ом (Ω).
∴ 1Ω = 1 вольт на ампер = 1 V/A.
Из предыдущих расчетов:
V = (L/Aσ) I
∴ R = L/(A σ) I
σ — проводимость проводника, которая является мерой способности проводника проводить электрический ток.
1/σ является обратной величиной электропроводности, называемой удельным электрическим сопротивлением, обозначаемой символом ρ.
Удельное сопротивление является мерой способности проводника сопротивляться потоку электрического тока.
∴ Сопротивление материала ∝ Удельное сопротивление материала.
R = ρL/A Ω
Сопротивление проводника можно определить как сопротивление проводника протекающему по нему току.
Сопротивление — это свойство объекта, такого как проводник. Удельное сопротивление – это свойство материала, из которого изготовлен объект.
Значение сопротивления данного резистора можно прочитать по цветовому коду резистора, указанному на нем.
Номинальная мощность резистора
Номинальная мощность резистора — это максимальное значение мощности (сочетание напряжения и тока), которое резистор может выдержать. Если входная мощность резистора больше этого значения, резистор может выйти из строя. Номинальная мощность резистора также называется мощностью.
Резисторы имеют широкий диапазон номинальной мощности от 1/8 до 1 Вт. Резисторы мощностью более 1 Вт называются силовыми резисторами.
Характеристики резистора
Характеристики резистора — это отношение между приложенным напряжением и током, протекающим через него.
Из закона Ома мы знаем, что когда напряжение, приложенное к резистору, увеличивается, то ток, протекающий через него, также увеличивается, т. е. приложенное напряжение прямо пропорционально току.
Приведенные выше характеристики действительны в случае чистого сопротивления, т.е. идеального резистора, и постоянной температуры.
В практических условиях, эти значения могут варьироваться в зависимости от рабочей среды, а характеристики могут отличаться от идеальных линейных значений.
Изменение сопротивления в зависимости от температуры
При повышении температуры окружающей среды сопротивление материала изменяется. Причина этого изменения заключается не в изменении размеров материала, а скорее в изменении удельного сопротивления материала. При повышении температуры, тепло вызывает колебания атомов, и эти колебания вызывают столкновения между свободными электронами и электронами во внутренних слоях атома. Эти столкновения будут использовать энергию свободных электронов. Чем больше столкновений, тем больше энергии свободного электрона используется и увеличивается сопротивление току. В проводниках так. В случае изоляторов сопротивление уменьшается с повышением температуры. Причина в наличии количества свободных электронов, которые высвобождаются из пленной стадии.
Говоря математическим языком, незначительное изменение сопротивления прямо пропорционально изменению температуры.
∆R/R 0 ∝∆T
Где ∆R — небольшое изменение сопротивления
∆R = R – R 0
R — сопротивление при температуре T
R0 – сопротивление при температуре T0
∆T – изменение температуры
∆Т = Т – Т0
Если мы обозначим константу пропорциональности в приведенном выше уравнении как альфа (α), тогда:
∆R/R 0 = α∆T
Где α – температурный коэффициент сопротивления.
Температурный коэффициент сопротивления используется для описания относительного изменения сопротивления в связи с изменением температуры. Если изменение температуры невелико, приведенное выше уравнение можно записать в таком виде:
R = R0 [1+α (TT0 )]
Если сопротивление увеличивается с повышением температуры, то говорят, что материал имеет положительный температурный коэффициент. Эти материалы являются проводниками.
Если сопротивление уменьшается с повышением температуры, говорят, что материал имеет отрицательный температурный коэффициент. Эти материалы являются изоляторами.
С Уважением, МониторБанк