что означает номинальное сопротивление
Как подобрать резистор по назначению и принципу работы
Резисторы – радиоэлементы, без которых нельзя построить ни одну электрическую схему. На их долю приходится примерно половина всех монтируемых в схеме деталей. Резисторы позволяют контролировать, ограничивать и распределять ток между другими элементами. Их основной характеристикой является сопротивление, измеряемое в Ом.
Обозначение резисторов
Графический знак резистора, принятый среди наших соотечественников, – прямоугольник. За рубежом его изображают в виде ломаной линии, напоминающей букву W. На схемах рядом с графическим изображением указывают буквенно-цифровую маркировку, которая включает букву R, число, которое обозначает номер элемента на схеме, значение сопротивления. Если к номеру позиции элемента добавлен значок «*», то это означает, что величина сопротивления указана приблизительно. Точное значение придется подбирать при настройке устройства. Поэтому постоянные резисторы для данной области применения не пригодны. Внутри графического символа может указываться номинальная мощность рассеивания.
Виды резисторов
Производители предлагают широчайший ассортимент резисторов, из которого нужно подобрать деталь, подходящую по конструкции, назначению и цене. Рассмотрим характеристики самых распространенных видов этих радиоэлементов. По материалу резистивного элемента различают изделия проволочные, непроволочные, металлофольговые.
Проволочные
Это традиционная разновидность, применяемая нашими папами и дедушками. Токопроводящую проволоку с большим удельным сопротивлением изготавливают на основе сплавов из меди, никеля, марганца – манганина, константана, никелина. В ходе работы могут нагреваться.
Непроволочные
В конструкцию входят: диэлектрическое основание и покрытие, обладающее определенным сопротивлением. Такое покрытие называют резистивом, оно может быть пленочным или объемным. Пленочные бывают:
Сопротивление пленочных резисторов регулируют за счет толщины покрытия. Основные характеристики этих изделий: стабильность, точность, широкий диапазон значений сопротивления – от нескольких Ом до МОм.
Классификация резисторов по принципу работы
В зависимости от области применения, используют резисторы:
Разновидности полупроводниковых резисторов
В категорию полупроводниковых резисторов входят:
Параметры, учитываемые при покупке резисторов
При покупке этих деталей учитывают:
Что такое резистор
Резистор (от латинского «resisto», что означает «сопротивляюсь») – это пассивный элемент электрической цепи, обладающий определённым или переменным значением электрического сопротивления. В отличие от активных элементов, пассивные не имеют возможности управлять потоком электронов.
В народе резисторы называют «резюками» или просто «сопротивление». Резисторы отвечают за линейное преобразование силы тока в напряжение и наоборот, а также для ограничения тока и поглощения электрической энергии.
Резистор является одним из самых популярных компонентов и используется в большинстве электронных устройств.
Содержание статьи
Для чего нужен резистор в электрической цепи
Наглядный пример работы резистора
С помощью резистора в электроцепи ограничивают ток, получая нужную его величину. В соответствии с законом Ома, чем больше сопротивление при стабильном напряжении, тем меньше сила тока.
Закон Ома выражается формулой U = I*R, в которой:
Также резисторы работают как:
Основные характеристики резисторов
Параметры, которые нужно учитывать при выборе резистора, зависят от характера схемы, в которой он будет использован. К основным характеристикам относятся:
При необходимости принимают во внимание предельное рабочее напряжение, избыточный шум, устойчивость к температуре и влаге, коэффициент напряжения. Если деталь планируется установить в аппарат, работающий на высоких и сверхвысоких частотах, учитывают паразитную емкость и паразитную индуктивность. Эти величины должны быть минимальными.
Способ монтажа
По технологии монтажа резисторы разделяют на выводные и SMD.
Выводные резисторы
Радиальный выводной резистор
Аксиальный выводной резистор
Предназначены для монтажа сквозь печатную плату. Выводы могут располагаться аксиально и радиально. Такие детали использовались в старой аудио- и видеоаппаратуре. Сейчас они применяются в простых аппаратах и в тех случаях, когда использование SMD-резисторов по каким-либо причинам невозможно.
Выводные резисторы по конструкции бывают проволочными, металлопленочными и композитными.
Из чего состоит резистор проволочного типа
В проволочных резисторах резистивным компонентом является проволока, намотанная на сердечник. Бифилярная намотка (двумя параллельными проводами, изолированными друг от друга, или обычным двужильным проводом) снижает паразитную индуктивность. К концам обмотки присоединяют выводы из многожильной меди или латунных пластин. Для защиты от влаги, механических повреждений и загрязнений, проволочные резюки покрывают неорганической эмалью, устойчивой к повышенным температурам.
Чем отличается металлопленочный резистор от проволочного
У металлопленочного резистора резистивным элементом является не проволока, а пленка из металлосплава. Резистивные компоненты (проволока или пленка) в резисторе изготавливаются из сплавов с высоким удельным сопротивлением: манганина, константана, нихрома, никелина.
SMD-резисторы
SMD-резисторы (или чип-резисторы) рассчитаны на поверхностный монтаж и выводов не имеют. Эти миниатюрные детали малой толщины изготавливаются прямоугольной или овальной формы. Имеют небольшие контакты, впаянные в поверхность. Их преимущества – экономия места на плате, упрощение и ускорение процесса сборки платы, возможность использования для автоматизированного монтажа.
SMD-резисторы изготавливают по пленочной технологии. Они могут быть тонко- и толстопленочными. Резистивную толстую или тонкую пленку наносят на изоляционную подложку. Подложка выполняет две функции: основания и теплоотводящего компонента.
Из чего делают чип-резисторы
Тонкопленочные элементы, к которым предъявляются особые требования по влагостойкости, изготавливаются из нихрома. При производстве толстопленочных моделей используются диоксид рутения, рутениты свинца и висмута.
Виды резисторов по характеру изменения сопротивления
Резисторы бывают постоянными и переменными. Постоянные имеют два вывода и стабильное сопротивление, отображенное в маркировке. В переменных (регулировочных и подстроечных) резисторах этот параметр меняется в допустимых пределах, в зависимости от рабочего режима.
В переменных резюках три вывода. На схеме указывается номинал между крайними выводами. Значение сопротивления между средним выводом и крайними регулируется путем перемещения скользящего контакта (бегунка) по резистивному слою. При этом сопротивление между средним и одним из крайних выводов возрастает, а между средним и другим крайним выводами – падает. При движении «бегунка» в другую сторону эффект обратный.
Что делают подстроечные резисторы
Они созданы для периодической подстройки, поэтому подвижная система рассчитана на небольшое количество циклов перемещения – до 1000.
Регулировочные резисторы рассчитаны на многократное использование – более 5 тысяч циклов.
Типы резисторов по характеру вольтамперной характеристики
По ВАХ резисторы разделяются на линейные и нелинейные. Сопротивление линейных резюков не зависит от напряжения и тока, а сопротивление нелинейных элементов меняется, в зависимости от этих (или других) величин. Малогабаритные линейные детали типа МЛТ (металлизированные лакированные термостойкие) используются в аппаратуре связи – магнитофонах и радиоприемниках.
Примером нелинейных резисторов может служить обычная осветительная лампочка, чье сопротивление в выключенном состоянии намного меньше, чем в режиме освещения. В фоторезисторах сопротивление меняется под действием света, в терморезисторах – температуры, тензорезисторах – деформации резисторного слоя, магниторезисторах – магнитного поля.
Виды резисторов по назначению
Резисторы по назначению разделяются на два основных типа – общего назначения и специальные. В свою очередь, специальные сопротивления делятся следующим образом:
Шумы резисторов и способы их уменьшения
Собственные шумы резистивных элементов состоят из тепловых и токовых шумов. Тепловые шумы, спровоцированные движением электронов в токопроводящем слое, усиливаются при повышении температуры нагрева детали и температуры окружающей среды. При протекании тока генерируются токовые шумы. Токовые шумы, значение которых существенно выше тепловых, в основном характерны для непроволочных резисторов.
Способы борьбы с шумами:
Обозначение резисторов на схеме
| Обозначение по ГОСТ 2.728-74 | Описание |
 | Постоянный резистор без указания номинальной мощности рассеивания |
 | Постоянный резистор номинальной мощностью рассеивания 0,05 Вт |
 | Постоянный резистор номинальной мощностью рассеивания 0,125 Вт |
 | Постоянный резистор номинальной мощностью рассеивания 0,25 Вт |
 | Постоянный резистор номинальной мощностью рассеивания 0,5 Вт |
 | Постоянный резистор номинальной мощностью рассеивания 1 Вт |
 | Постоянный резистор номинальной мощностью рассеивания 2 Вт |
 | Постоянный резистор номинальной мощностью рассеивания 5 Вт |
Обозначение переменных, подстроечных и нелинейных резисторов на схемах:
| Обозначение по ГОСТ 2.728-74 | Описание |  | Переменный резистор (реостат). |
 | Переменный резистор, включенный как реостат (ползунок соединён с одним из крайних выводов). |
 | Подстроечный резистор. |
 | Подстроечный резистор, включенный как реостат (ползунок соединён с одним из крайних выводов). |
 | Варистор (сопротивление зависит от приложенного напряжения). |
 | Термистор (сопротивление зависит от температуры). |
 | Фоторезистор (сопротивление зависит от освещённости). |
Условное обозначение резистора на схеме – прямоугольник размерами 4х10 мм. На схемах значение сопротивления постоянного резюка менее кОма проставляется рядом с его условным обозначением числом без единицы измерения. При номинале от одного кОм до 999 кОм рядом с числом ставят букву «К», от одного МОм – букву «М». Характеристики резисторов указывают на их поверхности, для чего применяют буквенно-цифровой код или группу цветных полосок.
Примеры буквенно-цифрового обозначения для сопротивления, выраженного целым числом:
Если для выражения величины сопротивления используется десятичная дробь, то порядок расположения цифр и букв будет иным, например:
Если сопротивление выражается числом, отличным от нуля и с десятичной дробью, то буква в обозначении играет роль запятой, например:
Производители в силу несовершенства производственной технологии не в состоянии на 100% гарантировать соответствие заявленного значения сопротивления фактическому. Допустимая погрешность обозначается в % и проставляется после номинального значения, например ±5%, ±10%, ±20%. Класс точности может определяться буквой, в зависимости от производителя, – русской или латинской.
Какие бывают ряды номиналов резисторов?
Как часто вам приходилось подбирать резистор для замены в какой-либо плате или в для конструирования нового устройства. Несмотря на большое разнообразие существующих моделей, значение омического сопротивления каждого из них не является случайным и не формируется одной лишь прихотью производителя. На практике существует конкретный ряд номиналов резисторов, который и определяет возможные варианты для заводских сопротивлений.
Что такое ряд номиналов?
Данное понятие устанавливает определенную закономерность чередования значений для любых радиодеталей, включая и резисторы. Впервые существующий стандарт был утвержден еще в 1948году и получил обозначение латинской буквой E, означающей EIA в расшифровке Electronic Industries Alliance. Следом за буквой E указывается цифра, обозначающая конкретную линейку значений, она же показывает число доступных в этом ряду номиналов. К примеру, E6 разбивает номинальные мощности, емкости или сопротивления в пределах от 0 до 10 на шесть единиц, если сравнить с E96, то в нем этих единиц окажется уже 96.
С математической точки зрения, номинальные величины представляют собой логарифмическую функцию, поэтому шаг изменения номинальных сопротивлений можно определить по формуле:
где n – это порядковый номер конкретного члена, а N – это номер ряда.
Чтобы подобрать из предложенных линеек данных нужную модель, установленное значение, к примеру, у E12 – это 1… 1,2 … 1,5 … и т.д. и умножается на десятичный множитель – 10, 100, 1000 и т.д. до достижения желаемой величины. Всего выделяют семь стандартных номиналов, правда, первый из них сегодня уже не выпускают, но встретить в старых устройствах его вы еще можете. Далее рассмотрим особенности каждого из ряда номиналов деталей.
Ряд Е3
Номинальный ряд Е3 включает в себя только три величины сопротивления: 1; 2,2; 4,7. Помимо этого электрическое сопротивление резисторов может иметь отклонение от заявляемого параметр. То же может повторять и емкость конденсатора, и другие характеристики деталей электронных схем, подчиняющихся стандартам Е3. Нормальными колебаниями основных характеристик считаются не более 50%, это означает, что если вы хотите приобрести непроволочный резистор на 10 Ом, то завод может выпускать его в пределах от 5,1 до 14,9 Ом, не выступая за отведенные стандартом границы.
Ряд Е6
Здесь для обозначения номиналов содержится шесть возможных величин: 1; 1,5; 2,2; 3,3; 4,7; 6,8. При указании номинальных емкостей, сопротивлений и других характеристик радиодеталей, Е6 обладает такими отличиями:
Ряд Е12
В сравнении с предыдущим, будет иметь уже не шесть, а двенадцать вариантов номиналов для электронных компонентов от 1 до 8,2. Значение номинальных данных имеет пропорциональное увеличение.
По своим характеристикам ряды Е12 отличаются следующими данными:
Ряд Е24
Такой тип маркировки имеет в два раза большее количество номиналов, в сравнении с предыдущим.
Отличительными особенностями ряда Е24 является:
Ряд Е48
Количество вариантов сопротивления электрическому току еще в два раза превосходит Е24, начиная с него, номиналы разделяются не только десятыми, но уже и сотыми долями. Отличительной особенностью этого и последующих рядов является их высокая точность, а именно, Е48 может отклоняться от заявленных данных всего на 2%.
Для обозначения ряда Е48 из цветных полос наносится красного цвета, в работе бытовых приборов подобное отклонение совершенно незаметно, так как обычные колебания напряжения в электрической цепи оказывают куда более существенное влияние. Поэтому их использование в моделировании имеет узконаправленную специфику и принадлежит к точным элементам.
Ряд Е96
Обладает в два раза более широким спектром номиналов, чем Е48. В сравнении с другими, ряд Е96 обладает такими отличительными особенностями:
Ряд Е192
Является наибольшее число номиналов, ряд включает в себя 192 единицы возможных вариантов и предоставляет самый широкий спектр для выбора. Отличается такими данными:
Существенный недостаток – самая высокая стоимость, в сравнении с другими. Для удобства понимания разницы между номинальными рядами трех последних порядков ниже приведена таблица с значениями сопротивлений резисторов.
Таблица: номиналы рядов Е48, Е96, Е192
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ РЕЗИСТОРОВ
Номинальное сопротивление резистора нормированное значение сопротивления. Резисторы изготавливаются на разные номиналы, которые в соответствии с рекомендациями МЭК (Международная электротехническая комиссия) стандартизированы. Согласно ГОСТ 282567 установлено шесть рядов номиналов сопротивлений: Е6, Е12, Е24, Е48, Е96, Е192.
Цифра указывает количество номинальных значений в данном ряду. Переменные сопротивления имеют ряды номиналов: Е6, Е12, Е24.
Значения сопротивлений могут отличаться от номинальных в пределах определенных допусков. Ряд допускаемых отклонений также нормализован. Допуск дают в соответствии с рядом ±0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 2,0; 5,0; 10; 20; 30%.
Принцип построения рядов номинальных значений для резисторов с заданным допуском показан в табл. 2.1.
Индекс ряда
Допуск, %
Е6 1,0 1,5 2,4 3,3 4,7 6,8 ±20
1,0 1,5 2,2 3,3 4,7 6,8 1,2 1,8 2,7 3,9 5,6 8,1
В резисторах общего применения номиналы сопротивлений согласованы с допусками таким образом, что получается так называемая «безотходная» шкала. При этом номинал и данный допуск одного резистора и примыкают к номиналу и допуску соседнего. Поэтому изготовленный резистор обязательно попадает в одну из номинальных групп.
Номинальная мощность рассеивания (Рном) указывает допустимую электрическую нагрузку в течение длительного времени при заданной стабильности сопротивления. Номинальные мощности рассеяния (Вт) устанавливаются согласно ГОСТ 966361 и соответствуют ряду значений: для микроэлементов 0,01; 0,025; 0,05; для РЭА на дискретных элементах 0,125; 0,25; 0,5; 1; 2; как правило, для проволочных резисторов 5, 8, 10, 16, 25, 50, 75, 100, 160, 250, 500.
Мощность рассеивания определяется размерами резистора, конструкцией и свойствами резистивного элемента. Часто пользуются характеристикой удельной мощности рассеивания
где SR поверхность охлаждения резистора. Выделяемая энергия приводит к повышению температуры резистора (перегреву) на величину
Рис. 3. Зависимость мощности рассеивания от температуры
Максимальное напряжение (постоянного тока), которое может быть длительное время приложено к резистору,
Пробивное напряжение характеризует электрическую прочность резистора. Обычно пробой происходит по поверхности между выводами и между витками при спиралевидной конструкции резистивного элемента. При длине резистора менее 5 см Uпр определяется из эмпирической формулы
Температурный коэффициент сопротивления характеризует относительное изменение сопротивления резистора под действием температуры и обозначается как ТКС или α Т:
где R0 сопротивление резистора при номинальной температуре. Принимают аТ постоянной величиной во всем интервале рабочих температур или в двух интервалах от 25°С и выше и от 25°С и ниже. Абсолютное значение ТКС для различных типов резисторов может быть как α Т > 0 (толстопленочные резисторы), так и α Т αT∆ Т),
где ∆ Т изменение температуры относительно номинальной.
Собственные шумы резисторов характеризуют тепловой и токовый шумы.
Тепловой шум случайно изменяющееся электрическое напряжение на концах проводника вследствие неупорядоченного теплового движения электронов. Тепловой шум характеризуется непрерывным, широким, практически равномерным спектром. В полосе частот от f1 до f2 ЭДС теплового шума определяется по формуле где [Ет] = мкВ; [f] = кГц; [R] = кОм.
Токовый шум возникает при протекании тока по проводнику и обусловлен дискретной структурой токопроводящего элемента. При прохождении электрического тока происходит местный нагрев, который сопровождается нарушением контактов между одними частицами и образованием контактов в результате спекания между другими. Из-за этого флуктуируют значения сопротивления и тока и на резисторе появляется шумовая составляющая напряжения.
Токовый шум имеет непрерывный спектр, интенсивность которого увеличивается в области низких частот. Поскольку ЭДС (или мощность) шума зависит от тока, то она должна зависеть также и от напряжения, приложенного к резистору. В первом приближении в полосе частот 60. 6000 Гц ЭДС токового шума можно определить по формуле Еi = КiU где и напряжение на резисторе; К коэффициент, зависящий от конструкции резистора. Для различных типов резисторов значение К меняется от 0,2 до 20 мкВ/В. Уровень шума композиционных резисторов в несколько раз выше, чем у пленочных и является их существенным недостатком при использовании в РЭА. По абсолютной величине токовый шум может достигать сотен мкВ.
Влагоустойчивость резисторов определяется относительным изменением сопротивления, которое возникает после пребывания резистора в камере влажности при Т=40°С и относительной влажности 95.98% в течение заданного времени.
Защитные покрытия (лаки, эмали, пластмассы) полностью не предохраняют резистор от воздействия влаги. Они задерживают проникновение влаги на время, примерно пропорциональное квадрату толщины материала покрытия. Полная защита может быть достигнута только с помощью вакуумноплотной герметизации. После прекращения действия влаги номинальное сопротивления резистора может не восстанавливаться.
Коэффициент старения характеризует стабильность резисторов во времени:
Обычно βR принимается в первом приближении величиной, не зависящей от времени.
Частотные свойства резисторов определяются номинальным сопротивлением и распределенными индуктивностью и емкостью. Сопротивление резистора на переменном токе зависит как от его номинального значения, так и от его емкости и индуктивности, которые, в свою очередь, определяются конструкцией резистора.
Для непроволочных резисторов с большим сопротивлением (сотни кОм) сопротивление на высоких частотах уменьшается, с малым сопротивлением увеличивается. Это связано, в первую очередь, с технологией изготовления резисторов.
Маркировка резисторов. На каждом непроволочном резисторе указываются номинальное сопротивление, допустимые отклонения сопротивления от номинального и тип резистора. Если уровень шумов резистора меньше 1 мкВ/В, на нем ставится буква А.
Для резисторов принята система сокращенных обозначений согласно ГОСТ 1345368. Резисторы постоянного сопротивления обозначаются буквой С, переменного СП, цифровой индекс указывает материал резистивного элемента (табл. 2).