Сила тока имеет прямую зависимость от напряжения и обратную от сопротивления. Это высказывание справедливо для участка цепи с каким-то определенным и стабильным сопротивлением.

Резистор Лекция 24

Рези́стор (англ. resistor, от лат. resisto — сопротивляюсь) — пассивный элемент электрических цепей, обладающий фиксированным или переменным значением электрического сопротивления, предназначенный для линейного преобразования силы тока в напряжение и напряжения в силу тока, ограничения тока, поглощения электрической энергии.

 

Кто изобрел резистор? Отис Бойкин изобрел прецизионный резистор, и он получил патент на него 16 июня 1959 года. Проводной прецизионный резистор Бойкина использовался в телевизорах и радиоприемниках.

По иронии судьбы, Бойкин умер от сердечной недостаточности, хотя его самым известным изобретением был блок управления кардиостимуляторами. Его запомнили как одного из первых афро-американских изобретателей.

 

 

Вы спросите, при чем здесь 1959 год, если уже в начале ХХ века успешно применялись ламповые радиостанции, работа которых, как и любых других радиоэлектронных конструкций, немыслима без применения резисторов?

Оказывается, изобретатель самого первого резистора остался безвестным, поскольку уже на рубеже XVIII – XIX веков был открыт Закон Ома, а он-то точно основывается на действии прибора, обладающего электрическим сопротивлением! Причем, обратите внимание, его открыватель, Георг Ом, именно теоретически вывел свой знаменитый закон и лишь затем практически подтвердил его! Но посмотрите, как трудно великий закон шел к всеобщему признанию!

 

Гео́рг Си́мон Ом (нем. Georg Simon Ohm; 16 марта 1789, Эрланген — 6 июля 1854, Мюнхен) — немецкий физик. Он вывел теоретически и подтвердил на опыте закон, выражающий связь между силой тока в цепи, напряжением и сопротивлением (известен как закон Ома). Его именем названа единица электрического сопротивления (Ом).

 

Наиболее известные работы Ома касались вопросов о прохождении электрического тока и привели к знаменитому «закону Ома», связывающему сопротивление цепи электрического тока, напряжение и силу тока.

В работе «Bestimmung des Gesetzes, nach welchem Metalle die Contactelektricität leiten», 1826 Ом формулирует свой знаменитый закон и затем все свои работы по этому вопросу объединяет в книге «Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet» (Берлин, 1827; переиздано Мозером в Лейпциге, 1887; переведено на английский в 1841 г., итальянский в 1847 г. и французский в 1860 г.), в которой даёт и теоретический вывод своего закона, исходя из теории, аналогичной теории теплопроводности Фурье.

 

Несмотря на важность этих работ, они прошли незамеченными и были встречены даже враждебно, и лишь когда Пулье во Франции снова пришёл (1831—1837), опытным путём, к тем же результатам, закон Ома был принят учёным миром, и Лондонское королевское общество на заседании 30 ноября 1841 года наградило Ома медалью Копли.

 

 

Открытие Ома, давшее впервые возможность количественно рассмотреть явления электрического тока, имело и имеет огромное значение для науки; все теоретические (Гельмгольц) и опытные (Бетц, Кольрауш, комиссия британской ассоциации) проверки показали полную его точность; закон Ома есть истинный закон природы.

Как звучит закон Ома для участка цепи

Здесь I — это сила тока, U — напряжение, R — сопротивление.

Если говорить об официальной формулировке, то закон Ома можно озвучить так:

Делитель напряжения.

 

Резистивный делитель напряжения можно представить как два последовательных резистора, называемые плечами, сумма напряжений на которых равна входному напряжению. Плечо между нулевым потенциалом и средней точкой называют нижним: с него обычно снимается выходное напряжение делителя.

{\displaystyle U_{WY}=U_{WE}{\frac {R_{1}}{(R+R_{1})}}}U_wy=U_we*R₁/(R₁+R₂), где {\displaystyle {\frac {R_{1}}{(R+R_{1})}}} R₁/(R₁+R₂)- коэффициент передачи.

 

 

Если R = 9R₁, то U_WY = 0,1U_WE, (коэффициент передачи {\displaystyle a=0.1} a =0.1), то произойдёт деление входного напряжения в 10 раз.

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 назначения. Это элементы, применяемые в обычной радиоэлектронной аппаратуре: постоянные и переменные, проволочные, пленочные и угольные, выводные и SMD, одиночные и матричные.

· резисторы специального назначения. Такие приборы применяются в аппаратуре, где в качестве технических особенностей имеются большие рабочие токи, измеряемые в килоамперах, высокие напряжения(кВ), высокие частоты(МГц. гГц), высокие температуры(сотни С⁰⁾, большая влажность(>80%), требования высокой точности параметров(разброс значений сопротивления<0.5%).

o высокоомные (сопротивления от десятка МОм до единиц ТОм, рабочие напряжения 100—400 В);

o высоковольтные (рабочие напряжения — десятки кВ);

o высокочастотные (имеют малые собственные индуктивности и ёмкости, рабочие частоты до сотен МГц);

o прецизионные и сверхпрецизионные (повышенная точность, допуск 0,001 — 1 %).

По характеру изменения сопротивления:

· постоянные резисторы;

              

 

· переменные регулировочные резисторы;

.  

 

 

· переменные подстроечные резисторы.

 

    

На рисунке: 1.Червячное колесо; 2. металлическая крышка; 3. вывод; 4. контактная пластина движка; 5. ножка вывода; 6. изоляционное основание; 7.  резистивная проволочная обмотка; 8. лепестковая пружина; 9.  втулка  червяка; 10. движок;  11.  Регулировочный  винт-червяк; 12. фиксирующий штифт

 

· SMD - резисторы

 

      

 

 

По способу защиты от влаги:

· незащищённые;

· лакированные;

· компаундированные;

· впрессованные 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:

o варисторы — сопротивление зависит от приложенного напряжения;

o терморезисторы — сопротивление зависит от температуры;

o фоторезисторы — сопротивление зависит от освещённости;

o тензорезисторы — сопротивление зависит от деформации резистора;

o магниторезисторы — сопротивление зависит от величины магнитного поля.

o мемристоры (разрабатываются) — сопротивление зависит от протекавшего через него заряда (интеграла тока за время работы).

По виду используемых проводящих элементов:

· 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.

 

 

 

 

· Пленочные резисторы

 Резистивный элемент 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.

По виду применяемых материалов:

 

 

 

· Углеродистые резисторы. Изготавливаются в виде плёночных и объёмных. Плёнки или резистивные тела представляют собой смеси графита с органическими или неорганическими веществами.

· Металлопленочные или металлоокисные резисторы. В качестве резистивного материала используется тонкая металлическая лента.

· Композиционные резисторы. В качестве резистивного слоя используется полимерный композит

· Интегральный резистор. В теле кремниевого кристалла очень трудно разместить такие элементы, как резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности. И если с двумя последними вопрос решается схемотехническими методами, то резисторы заменяют специально сформированным p-n переходом, конструктивно обеспечивающим нужный номинал.

Технологически это выглядит так: резистивный элемент — слаболегированный полупроводник, формируемый в кристалле микросхемы в виде обычно 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.

Шум резисторов

При температуре выше абсолютного нуля даже математически идеальный резистор является источником шума. Это следует из  теоремы о флуктуациях в применении к электрическим цепям (теорема Найквиста). Это объясняется тем, что любой проводник на молекулярном уровне состоит из последовательности квантовых точечных контактов.

В шуме реальных резисторов также всегда присутствует компонент, интенсивность которого пропорциональна величине,  обратной частоте, то есть 1/ f -шум или «розовый шум». Этот шум возникает из-за множества причин, одна из главных — перезарядка ионов примесей, на которых локализованы электроны при прохождении тока.

В переменных резисторах имеются так называемые «механические» шумы, возникающие при работе подвижных контактов.

 

Неисправности резисторов

Основным критерием работоспособности постоянных резисторов является стабильность их сопротивления.

 Для переменных резисторов более важным критерием работоспособности является сохранение нормальной регулировочной функции. Допустимые критические изменения сопротивления зависят от вида и назначения аппаратуры, а также места резисторов в схеме.

Причина отказов и их характер связаны с конструктивными особенностями резисторов и специфичны для каждого типа. Наиболее характерными причинами отказов из-за неправильного применения резисторов являются:

· неправильный выбор типа резистора из расчёта предельно допустимой мощности нагрузки без запаса и учёта того, что критическая нагрузка может оказаться превышенной в результате изменения параметров других компонентов схемы

· нагрузка высокоомных резисторов допустимой для данного типа мощностью без учёта предельного напряжения

· превышение длительности импульсов или средней мощности нагрузки при работе в импульсном режиме без учёта ограничений, оговариваемых для этого режима

· установление режима нагрузки без поправок на пониженное атмосферное давление или повышенную температуру окружающей среды

· неправильное крепление при монтаже на плату

· Нарушение контакта резиста с колпачками при внешней исправности

· Маркетинговый ход с запрограммированным разрушением резистивного слоя

 

Резистор Лекция 24

Рези́стор (англ. resistor, от лат. resisto — сопротивляюсь) — пассивный элемент электрических цепей, обладающий фиксированным или переменным значением электрического сопротивления, предназначенный для линейного преобразования силы тока в напряжение и напряжения в силу тока, ограничения тока, поглощения электрической энергии.

 

Кто изобрел резистор? Отис Бойкин изобрел прецизионный резистор, и он получил патент на него 16 июня 1959 года. Проводной прецизионный резистор Бойкина использовался в телевизорах и радиоприемниках.

По иронии судьбы, Бойкин умер от сердечной недостаточности, хотя его самым известным изобретением был блок управления кардиостимуляторами. Его запомнили как одного из первых афро-американских изобретателей.

 

 

Вы спросите, при чем здесь 1959 год, если уже в начале ХХ века успешно применялись ламповые радиостанции, работа которых, как и любых других радиоэлектронных конструкций, немыслима без применения резисторов?

Оказывается, изобретатель самого первого резистора остался безвестным, поскольку уже на рубеже XVIII – XIX веков был открыт Закон Ома, а он-то точно основывается на действии прибора, обладающего электрическим сопротивлением! Причем, обратите внимание, его открыватель, Георг Ом, именно теоретически вывел свой знаменитый закон и лишь затем практически подтвердил его! Но посмотрите, как трудно великий закон шел к всеобщему признанию!

 

Гео́рг Си́мон Ом (нем. Georg Simon Ohm; 16 марта 1789, Эрланген — 6 июля 1854, Мюнхен) — немецкий физик. Он вывел теоретически и подтвердил на опыте закон, выражающий связь между силой тока в цепи, напряжением и сопротивлением (известен как закон Ома). Его именем названа единица электрического сопротивления (Ом).

 

Наиболее известные работы Ома касались вопросов о прохождении электрического тока и привели к знаменитому «закону Ома», связывающему сопротивление цепи электрического тока, напряжение и силу тока.

В работе «Bestimmung des Gesetzes, nach welchem Metalle die Contactelektricität leiten», 1826 Ом формулирует свой знаменитый закон и затем все свои работы по этому вопросу объединяет в книге «Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet» (Берлин, 1827; переиздано Мозером в Лейпциге, 1887; переведено на английский в 1841 г., итальянский в 1847 г. и французский в 1860 г.), в которой даёт и теоретический вывод своего закона, исходя из теории, аналогичной теории теплопроводности Фурье.

 

Несмотря на важность этих работ, они прошли незамеченными и были встречены даже враждебно, и лишь когда Пулье во Франции снова пришёл (1831—1837), опытным путём, к тем же результатам, закон Ома был принят учёным миром, и Лондонское королевское общество на заседании 30 ноября 1841 года наградило Ома медалью Копли.

 

 

Открытие Ома, давшее впервые возможность количественно рассмотреть явления электрического тока, имело и имеет огромное значение для науки; все теоретические (Гельмгольц) и опытные (Бетц, Кольрауш, комиссия британской ассоциации) проверки показали полную его точность; закон Ома есть истинный закон природы.

Как звучит закон Ома для участка цепи

Здесь I — это сила тока, U — напряжение, R — сопротивление.

Если говорить об официальной формулировке, то закон Ома можно озвучить так:

Сила тока имеет прямую зависимость от напряжения и обратную от сопротивления. Это высказывание справедливо для участка цепи с каким-то определенным и стабильным сопротивлением.

Однако, когда вам придется применять закон Ома для отыскания напряжения или сопротивления на участке цепи, неправомерно говорить, что сопротивление обратно пропорционально току. Это принципиально неверно, поскольку сопротивление определено конструкцией резистора, а ток в цепи мы не можем взять и приложить. Сила тока зависит от приложенного напряжения. Поэтому в Вашем примере сопротивление будет просто РАВНО отношению напряжения на резисторе к току, проходящему через него.

 

Однако, настолько просто и однозначно резистор ведет себя не всегда. Нужно помнить, что резистор – это не математическая модель, а вполне материальное радиотехническое изделие. Поэтому, когда резистор работает в схемах с частотами выше десятков герц, начинают проявляться его побочные свойства, называемые паразитными. И чем выше частота, тем сильнее проявляются паразитные свойства. В итоге оказыватся, что резистор в таких условиях обладает не только омическим сопротивлением, но дополнительно индуктивным и емкостным. И вместо одного прямоугольника резистора получается целая эквивалентная схема замещения.

Схема замещения резистора чаще всего имеет вид параллельно соединённых сопротивления и ёмкости. Иногда на высоких частотах последовательно с этой цепью включают индуктивность. Это:

· Паразитная ёмкость C.

· Паразитная индуктивность L.

 

Паразитные параметры весьма существенны и учитываются при проектировании устройств, работающих на высоких и сверхвысоких частотах.