Как работает резистор: принцип действия и роль в электрических цепях
Резистор это пассивный электронный компонент с заданным электрическим сопротивлением, который ограничивает силу тока в цепи. Принцип его работы основан на законе Ома: ток через резистор равен напряжению, делённому на сопротивление. Если нужно снизить ток до безопасного уровня, задать рабочую точку транзистора или создать делитель напряжения, применяется резистор.
Физический принцип работы
Когда электрический ток протекает через проводник, свободные электроны сталкиваются с атомами кристаллической решётки материала. Каждое такое столкновение передаёт кинетическую энергию электрона атому, нагревая его. Это явление называется джоулевым нагревом, и его описывает формула P = I² × R, где P: рассеиваемая мощность, I: сила тока, R: сопротивление. Именно поэтому резисторы классифицируют не только по сопротивлению в омах, но и по допустимой мощности рассеяния: 0,125 Вт, 0,25 Вт, 0,5 Вт, 1 Вт, 2 Вт и выше. Превышение номинальной мощности ведёт к перегреву и выходу из строя.
Конструкция и типы резисторов
Углеродистые резисторы изготавливаются из смеси углерода и связующего вещества, нанесённой на керамическое основание. Они дёшевы и широко распространены в бытовой электронике. Металлоплёночные резисторы точнее: на керамический цилиндр напыляют тонкую плёнку сплава (никель-хром или аналоги), что обеспечивает допуск 1% и менее. Проволочные резисторы мотают из манганина, константана или нихрома; они рассчитаны на большую мощность и применяются в силовых установках. Переменные резисторы (потенциометры и реостаты) позволяют плавно менять сопротивление: ползунок перемещается по резистивному элементу и снимает нужное напряжение. SMD-резисторы в корпусе 0402 (1 × 0,5 мм) или 0603 (1,6 × 0,8 мм) паяются на плату без отверстий и применяются во всей современной компактной электронике.
Цветовая маркировка
На выводных резисторах номинал обозначается цветными полосами. Каждый цвет соответствует цифре: чёрный: 0, коричневый: 1, красный: 2, оранжевый: 3, жёлтый: 4, зелёный: 5, синий: 6, фиолетовый: 7, серый: 8, белый: 9. Три первые полосы задают цифры номинала и множитель, четвёртая: допуск. Золотая полоса означает допуск 5%, серебряная: 10%. Схему чтения легко найти в справочниках, а в производстве её знает каждый электромонтажник.
Применение резисторов в схемах
Делитель напряжения строится из двух резисторов, включённых последовательно. Выходное напряжение снимается с нижнего резистора и рассчитывается по простой формуле: U вых = U вх × R2 / (R1 + R2). Это позволяет получить из 5 вольт питания, например, 3,3 вольта для микросхемы с другим уровнем логики. Токоограничивающий резистор перед светодиодом защищает его от сгорания: при питании 5 В и прямом напряжении светодиода 2 В с допустимым током 20 мА нужен резистор (5 - 2) / 0,02 = 150 Ом. Подтягивающие и стягивающие резисторы в цифровых схемах удерживают вход микроконтроллера в определённом логическом состоянии при отсутствии управляющего сигнала, исключая хаотичные переключения.
