Resistor ( eng. resistor , av lat. resisto - resist ) - ett passivt element i elektriska kretsar , med ett visst eller variabelt värde av elektriskt motstånd [1] , konstruerat för linjär omvandling av strömstyrka till spänning och spänning till strömstyrka , ström begränsning, absorption av elektrisk energi och annat [2] . En mycket allmänt använd komponent i nästan alla elektriska och elektroniska enheter.
Motståndets ekvivalenta krets har oftast formen av parallellkopplad resistans och kapacitans. Ibland vid höga frekvenser ingår en induktor i serie med denna krets. I den ekvivalenta kretsen är resistans huvudparametern för motståndet, kapacitans och induktans är parasitära parametrar.
Alla motstånd är uppdelade i linjära och icke-linjära.
Resistanserna hos linjära motstånd är oberoende av pålagd spänning eller strömflöde .
Resistansen hos icke-linjära motstånd varierar beroende på värdet på den applicerade spänningen eller strömflödet. Till exempel är motståndet hos en glödlampa i frånvaro av ström 10-15 gånger mindre än i belysningsläget. I linjära resistiva kretsar är formen på strömmen densamma som formen på spänningen som orsakade strömmen.
Den bestäms av formeln: , där och är resistanserna uppmätta vid spänningar som motsvarar motståndets -th och -th märkta dissipationseffekt. [3]
Vissa egenskaper är viktiga när man designar enheter som arbetar vid höga och ultrahöga frekvenser, dessa är:
Enligt Rysslands standarder måste de grafiska symbolerna för motstånd på diagrammen överensstämma med GOST 2.728-74. I enlighet med det betecknas fasta motstånd enligt följande:
Beteckning enligt GOST 2.728-74 |
Beskrivning |
---|---|
Fast motstånd utan märkeffekt | |
Fast resistor märkeffekt 0,05 W | |
Fast resistor märkeffekt 0,125 W | |
Fast resistor märkeffekt 0,25 W | |
Fast resistor märkeffekt 0,5 W | |
Fast resistor märkeffekt 1 W | |
Fast resistor märkeffekt 2 W | |
Fast resistor märkeffekt 5 W |
Variabla, avstämnings- och icke-linjära motstånd är betecknade enligt följande:
Beteckning enligt GOST 2.728-74 |
Beskrivning |
---|---|
Variabelt motstånd (reostat). | |
Ett variabelt motstånd anslutet som en reostat (reglaget är anslutet till en av de extrema terminalerna). | |
Trimmermotstånd . | |
Ett trimmotstånd anslutet som en reostat (reglaget är anslutet till en av de extrema terminalerna). | |
Varistor (motståndet beror på pålagd spänning). | |
Termistor (motstånd beror på temperatur ). | |
Fotoresistor (motståndet beror på belysning ). |
När resistorer är seriekopplade , summeras deras resistanser.
Bevis
Eftersom den totala potentialskillnaden är lika med summan av dess komponenter:
Och från Ohms lag är spänningsfallet över varje motstånd :
samtidigt, från lagen om bevarande av laddning, flyter samma ström genom alla motstånd , därför, genom att ersätta Ohms lag i formeln för summan av spänningar, skriver vi:
Vi delar allt med strömmen och får:
Om , då är det totala motståndet:
När motstånd är seriekopplade blir deras totala motstånd större än det största av motstånden.
När motstånd är parallellkopplade läggs resistansens reciproka till (det vill säga den totala konduktiviteten är summan av varje motstånds konduktivitet )
Om kretsen kan delas upp i kapslade delblock kopplade i serie eller parallellt med varandra, beräknas först resistansen för varje delblock, sedan ersätts varje delblock med dess ekvivalenta resistans, så att den totala (önskade) resistansen hittas.
BevisEftersom laddningen bevaras när strömmen förgrenas, då:
Från Ohms lag är strömmen genom varje motstånd:, men potentialskillnaden mellan alla motstånd kommer att vara densamma, så vi skriver om ekvationen för summan av strömmar:
Dela allt med och få den totala ledningsförmågan och det totala motståndet
För två parallellkopplade motstånd är deras totala motstånd :
Om , då är det totala motståndet:
När motstånd är parallellkopplade blir deras totala motstånd mindre än det minsta av motstånden.
Kretsen består av två block kopplade parallellt, ett av dem består av seriekopplade motstånd och , med ett totalt motstånd , det andra av ett motstånd , den totala ledningsförmågan blir lika , det vill säga det totala motståndet .
För att beräkna sådana kretsar från motstånd som inte kan delas upp i block kopplade i serie eller parallellt, används Kirchhoffs regler . Ibland, för att förenkla beräkningar, är det användbart att använda triangel-stjärnomvandlingen och tillämpa symmetriprinciperna.
Med både parallell- och seriekoppling av resistorer blir den totala effekten lika med summan av de anslutna resistorernas effekter.
En resistiv spänningsdelare kan ses som två motstånd i serie, kallade armar , vars summa av spänningar är lika med ingångsspänningen. Ansatsen mellan nollpotentialen och mittpunkten kallas lägre : utgångsspänningen från delaren tas vanligtvis bort från den.
, var är överföringskoefficienten .
Om R \u003d 9R 1 , då U WY \u003d 0.1U WE , (överföringskoefficient , det vill säga ingångsspänningen kommer att delas med 10 gånger).
Motstånd är delar av elektronisk utrustning och kan användas som diskreta komponenter eller som komponenter i integrerade kretsar. Diskreta motstånd klassificeras efter ändamål, typ VAC , R enligt skyddsmetod och installationsmetod, resistansändringens karaktär, tillverkningsteknik [4] .
Enligt överenskommelse:
Av karaktären av förändringen i motstånd:
Enligt metoden för skydd mot fukt:
Enligt installationsmetoden:
Efter typ av ström-spänningskarakteristik :
Av typen av ledande element som används [5] :
Efter typ av material som används:
Industrin tillverkar motstånd för allmänna och speciella ändamål. Resistorer för allmänna ändamål används som anodbelastningar för radiorör och delare i kraftkretsar, filterelement, volym- och tonkontroller, i pulsformningskretsar och i mätinstrument med låg noggrannhet. Denna grupp inkluderar fasta motstånd, vars resistans är fixerad under tillverkningen, och variabler, vars resistans kan ändras smidigt inom vissa gränser. Resistansen för allmänna motstånd sträcker sig från 10 ohm till 10 MΩ, och den nominella effektförlusten är från 0,125 till 100 watt.
Specialmotstånd med ett antal specifika egenskaper och parametrar inkluderar högresistans, högspänning, högfrekvent, precision, semi-precision.
Industriellt tillverkade motstånd av samma klassificering har en resistansspridning. Värdet på den möjliga spridningen bestäms av motståndets noggrannhet. De producerar motstånd med en noggrannhet på 20 %, 10 %, 5 %, etc. upp till 0,01 % [8] . Motståndsvärden är inte godtyckliga: deras värden väljs från speciella nominella intervall, oftast från de nominella intervallen E6 (20%), E12 (10%) eller E24 (för motstånd med en noggrannhet på 5%), för mer exakta motstånd, mer exakta serier används (t.ex. E48).
Motstånd tillverkade av industrin kännetecknas också av ett visst värde på maximal effektförlust (motstånd med en effekt på 0,125 W, 0,25 W, 0,5 W, 1 W, 2 W, 5 W produceras) (enligt GOST 24013-80 och GOST 10318-80 av den sovjetiska radioteknikindustrin producerade motstånd med följande effekt, i watt: 0,01, 0,025, 0,05, 0,062, 0,125, 0,5, 1, 2, 3, 4, 5, 8, 10, 51 , 40, 63, 100, 160, 250, 500)
[9]
Motstånd, särskilt lågeffekts sådana, är små delar, ett 0,125 W motstånd har en längd på flera millimeter och en diameter i storleksordningen en millimeter. Det är svårt att läsa en valör med en decimalpunkt på en sådan del, därför, när de anger valören, istället för en decimal, skriver de en bokstav som motsvarar måttenheterna (K - för kiloohm; M - för megaohm; E, R eller utan indikeringsenheter - för Ohm-enheter). Dessutom visas valören med högst tre tecken. Till exempel betecknar 4K7 ett motstånd med ett motstånd på 4,7 kOhm, 1R0 - 1 Ohm, M12 - 120 kOhm (0,12 MΩ), etc. Men i denna form är det svårt att tillämpa betyg på små motstånd, och färgade ränder används för dem.
För motstånd med en noggrannhet på 20 %, använd en märkning med tre ränder, för motstånd med en noggrannhet på 10 % och 5 % - en märkning med fyra ränder, för mer exakta motstånd - med fem eller sex ränder. De två första staplarna representerar alltid de två första valörerna. Om staplarna är 3 eller 4 betyder den tredje stapeln decimalfaktorn, det vill säga potensen av tio, som multipliceras med det tvåsiffriga talet som anges med de två första staplarna. Om det finns 4 staplar, indikerar den sista resistorns noggrannhet. Om det finns 5 staplar betyder den tredje det tredje tecknet på motstånd, den fjärde är decimalmultiplikatorn, den femte är noggrannheten. Den sjätte remsan, om någon, anger temperaturkoefficienten för motstånd (TCS) . Om denna stapel är 1,5 gånger bredare än resten, indikerar den motståndets tillförlitlighet (procentandel av fel per 1000 timmars drift).
Ibland finns det motstånd med 5 band, men standard (5 eller 10%) noggrannhet. I det här fallet anger de två första banden de första tecknen på valören, det tredje - multiplikatorn, det fjärde - noggrannheten och det femte - temperaturkoefficienten.
Färg | som ett nummer | som en decimalmultiplikator | som precision i % | som TCS i ppm/°C | som % studs |
---|---|---|---|---|---|
silver- | — | 1 10 −2 = "0,01" | tio | — | — |
guld- | — | 1 10 −1 = "0,1" | 5 | — | — |
den svarta | 0 | 1 10 0 = 1 | — | — | — |
brun | ett | 1 10 1 = "10" | ett | 100 | ett % |
röd | 2 | 1 10² = "100" | 2 | femtio | 0,1 % |
Orange | 3 | 1 10³ = "1000" | — | femton | 0,01 % |
gul | fyra | 1 10 4 = "10 000" | — | 25 | 0,001 % |
grön | 5 | 1 10 5 = "100 000" | 0,5 | — | — |
blå | 6 | 1 10 6 \u003d "1 000 000" | 0,25 | tio | — |
violett | 7 | 1 10 7 \u003d "10 000 000" | 0,1 | 5 | — |
grå | åtta | 1 10 8 = "100 000 000" | 0,05 | — | — |
vit | 9 | 1 10 9 \u003d "1 000 000 000" | — | ett | — |
saknas | — | — | tjugo % | — | — |
Att komma ihåg färgkodningen av motstånd är inte svårt: efter svart 0 och brun 1 kommer en sekvens av regnbågsfärger. Eftersom märkningen uppfanns i engelsktalande länder skiljer sig de blå och blå färgerna inte.
För att underlätta memorering kan du också använda den mnemoniska regeln: "Ofta vill varje röd jägare veta hur många fasanbyar i träsket."
För att underlätta detta skapar olika mjukvaruutvecklare program som bestämmer resistansen hos ett motstånd.
Eftersom motståndet är en symmetrisk del kan frågan uppstå: "Börja från vilken sida ska man läsa remsorna?" För fyrbandsmärkning av konventionella motstånd med en noggrannhet på 5 och 10% löses problemet enkelt: en guld- eller silverremsa är alltid i slutet. För en tresträngskod är den första remsan närmare kanten av motståndet än den sista. För andra alternativ är det viktigt att motståndsvärdet erhålls från det nominella området, om det inte fungerar måste du läsa omvänt (för MLT-0.125-motstånd tillverkade i Sovjetunionen med 4 remsor är den första remsa applicerad närmare kanten; vanligtvis är den placerad på metallutgångskoppen och resten tre - på en smalare keramisk kropp av motståndet). I Panasonic fembandsmotstånd är motståndet placerat så att den fristående remsan är till höger, medan de första 2 remsorna definierar de två första tecknen, den tredje remsan är graden av multiplikatorn, den fjärde remsan är toleransen , den femte remsan är omfattningen av motståndet. Ett specialfall av att använda färgkodade motstånd är nollresistansbyglar. De indikeras av en enda svart (0) remsa i mitten (användningen av sådana motståndsliknande byglar istället för billiga trådstycken förklaras av tillverkarnas önskan att minska kostnaderna för att omkonfigurera monteringsmaskiner).
Nollresistansmotstånd (byglingar på kortet) är kodade med en siffra "0" eller tre ("000"). Ibland är nollorna rektangulära.
3- eller 4-siffrig kodning1kΩ=1000Ω
Digit-Digit-Letter Encoding (JIS-C-5201)Rad E96 , noggrannhet 1 %.
Mantissan m för motståndsvärdet är kodad med 2 siffror (se tabell), graden vid 10 kodas med en bokstav.
Exempel: 09R = 12,1 ohm; 80E = 6,65 MΩ; alla 1 %.
koden | m | koden | m | koden | m | koden | m | koden | m | koden | m | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
01 | 100 | 17 | 147 | 33 | 215 | 49 | 316 | 65 | 464 | 81 | 681 | |||||
02 | 102 | arton | 150 | 34 | 221 | femtio | 324 | 66 | 475 | 82 | 698 | |||||
03 | 105 | 19 | 154 | 35 | 226 | 51 | 332 | 67 | 487 | 83 | 715 | |||||
04 | 107 | tjugo | 158 | 36 | 232 | 52 | 340 | 68 | 499 | 84 | 732 | |||||
05 | 110 | 21 | 162 | 37 | 237 | 53 | 348 | 69 | 511 | 85 | 750 | |||||
06 | 113 | 22 | 165 | 38 | 243 | 54 | 357 | 70 | 523 | 86 | 768 | |||||
07 | 115 | 23 | 169 | 39 | 249 | 55 | 365 | 71 | 536 | 87 | 787 | |||||
08 | 118 | 24 | 174 | 40 | 255 | 56 | 374 | 72 | 549 | 88 | 806 | |||||
09 | 121 | 25 | 178 | 41 | 261 | 57 | 383 | 73 | 562 | 89 | 825 | |||||
tio | 124 | 26 | 182 | 42 | 267 | 58 | 392 | 74 | 576 | 90 | 845 | |||||
elva | 127 | 27 | 187 | 43 | 274 | 59 | 402 | 75 | 590 | 91 | 866 | |||||
12 | 130 | 28 | 191 | 44 | 280 | 60 | 412 | 76 | 604 | 92 | 887 | |||||
13 | 133 | 29 | 196 | 45 | 287 | 61 | 422 | 77 | 619 | 93 | 909 | |||||
fjorton | 137 | trettio | 200 | 46 | 294 | 62 | 432 | 78 | 634 | 94 | 931 | |||||
femton | 140 | 31 | 205 | 47 | 301 | 63 | 442 | 79 | 649 | 95 | 953 | |||||
16 | 143 | 32 | 210 | 48 | 309 | 64 | 453 | 80 | 665 | 96 | 976 |
Raderna E24 och E12 , noggrannhet 2 %, 5 % och 10 %. (Rad E48 används inte).
Graden vid 10 kodas med en bokstav (samma som för 1% resistans, se listan ovan), resistansvärdets mantissa m och precisionen kodas med 2 siffror (se tabell).
Exempel:
2 % | 5 % | tio % | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
koden | m | koden | m | koden | m | ||
01 | 100 | 25 | 100 | 49 | 100 | ||
02 | 110 | 26 | 110 | femtio | 120 | ||
03 | 120 | 27 | 120 | 51 | 150 | ||
04 | 130 | 28 | 130 | 52 | 180 | ||
05 | 150 | 29 | 150 | 53 | 220 | ||
06 | 160 | trettio | 160 | 54 | 270 | ||
07 | 180 | 31 | 180 | 55 | 330 | ||
08 | 200 | 32 | 200 | 56 | 390 | ||
09 | 220 | 33 | 220 | 57 | 470 | ||
tio | 240 | 34 | 240 | 58 | 560 | ||
elva | 270 | 35 | 270 | 59 | 680 | ||
12 | 300 | 36 | 300 | 60 | 820 | ||
13 | 330 | 37 | 330 | ||||
fjorton | 360 | 38 | 360 | ||||
femton | 390 | 39 | 390 | ||||
16 | 430 | 40 | 430 | ||||
17 | 470 | 41 | 470 | ||||
arton | 510 | 42 | 510 | ||||
19 | 560 | 43 | 560 | ||||
tjugo | 620 | 44 | 620 | ||||
21 | 680 | 45 | 680 | ||||
22 | 750 | 46 | 750 | ||||
23 | 820 | 47 | 820 | ||||
24 | 910 | 48 | 910 |
Motståndet hos metall- och trådlindade motstånd varierar något med temperaturen. I detta fall är motståndets beroende av temperatur nästan linjärt . Koefficienten kallas resistansens temperaturkoefficient. Detta motståndsberoende på temperaturen gör att motstånd kan användas som termometrar . Resistansen hos halvledarmotstånd ( termistorer ) kan bero på temperaturen starkare, kanske till och med exponentiellt enligt Arrhenius lag , men i ett praktiskt temperaturområde kan detta exponentiella beroende också ersättas med ett linjärt.
Vid temperaturer över absolut noll är vilket motstånd som helst en källa till elektriskt brus, även om ingen extern spänning appliceras på den. Detta följer av den fundamentala fluktuationsförlustsatsen (tillämpning på elektriska kretsar är detta påstående även känt som Nyquistsatsen ).
Vid en frekvens som är betydligt mindre än där är Boltzmann-konstanten , är den absoluta temperaturen för motståndet uttryckt i kelvin , är Planck-konstanten , det termiska brusspektrumet är platt, det vill säga beror inte på frekvensen (" vitt brus "). brusspektraldensiteten (Fourier-transform från spänningskorrelatorbruset) , där Härifrån kommer den effektiva brusspänningen över motståndet att vara var är bandbredden i vilken mätningen görs. Ju större resistans motståndet är, desto större är den effektiva brusspänningen proportionell mot kvadratroten av motståndet, och den effektiva brusspänningen är proportionell mot kvadratroten av temperaturen.
Även vid absoluta nolltemperaturer kommer motstånd som består av kvantpunktskontakter att ha brus på grund av Fermi-statistik . Eliminera genom serie- och parallellkoppling av flera kontakter.
Brusnivån för riktiga motstånd är högre. I bruset från verkliga motstånd finns det också alltid en komponent vars intensitet är proportionell mot frekvensens reciproka, det vill säga det så kallade bruset av 1/ f -typen eller " rosa brus ". Detta brus uppstår på grund av många skäl, en av de viktigaste är laddningsutbytet av föroreningsjoner, på vilka elektroner är lokaliserade.
Motstånd ökar också i brus när ström flyter genom dem.
I variabla motstånd finns det så kallade "mekaniska" ljud som uppstår under drift av rörliga kontakter.
Huvudkriteriet för prestanda hos fasta motstånd är stabiliteten hos deras motstånd. För variabla motstånd är ett viktigare prestandakriterium bevarandet av en normal regleringsfunktion. Tillåtna kritiska förändringar i resistans beror på utrustningens typ och syfte, såväl som platsen för motstånden i kretsen.
Orsaken till fel och deras natur är relaterade till resistorernas designegenskaper och är specifika för varje typ. De vanligaste orsakerna till fel på grund av felaktig användning av resistorer är: