Как найти вход резистора

Есть ли полярность у резистора

Автор Lithium задал вопрос в разделе Техника

есть ли разница(полярность) как паять резисторы?! и получил лучший ответ

Ответ от Вольдемар[гуру]
Для резисторов нет никакой разницы при распайке. Полярность соблюдайте при пайке всех активных элементов : транзисторов, диодов-их разновидностей: тиристоров, динисторов и т. д. При пайке активных элементов существует опасность их пробоя от статики: это для полевых транзисторов-паяльник-заземляйте. Не перегревайте их при пайке.

Резистор — это один из наиболее часто используемых элементов в современной электронике. Его название происходит от английского «resist», что означает сопротивление. С помощью резистора можно ограничить действие электрического тока и измерять его, разделять напряжение, задавать обратную связь в электрической цепи. Смело можно сказать, что без этого элемента не обходится ни одна электросхема, ни один прибор. Именно поэтому часто появляется необходимость в измерении сопротивления резистора мультиметром и проверке его работоспособности. В этом материале будет рассказано, как проверить плату на работоспособность мультиметром.

Что такое резистор

В русской научной литературе электрорезиторы часто называют просто «сопротивление». Из этого наименования сразу же становится понятно его предназначение — сопротивляться действию электрического тока. Резистор является пассивным электроэлементом, так как под его действием ток только уменьшается, в отличие от активных элементов, которые повышают его действие.

Из закона Ома и второго закона Кирхгофа следует, что если ток протекает через резистор, то его напряжение падает. Величина его равна силе протекающего тока, умноженной на сопротивление резистора.

Важно! Условное обозначение резистора на схемах — это прямоугольник, так что это легко запомнить. В зависимости от вида резистора он изображается как прямоугольник с обозначением внутри.

Резисторы подразделяют по методу монтажа. Они бывают:

• Выводными, то есть монтируются сквозь микросхему с радиальными или аксиальными выводами-ножками. Этот вид использовался повсеместно несколько десятков лет назад и сейчас используется для простых устройств;
• SMD, то есть электрорезисторы без выводов. Они имеют лишь незначительно выступающие ножки, поэтому они монтируются в саму плату. В современных приборах чаще всего используют именно их, так как при автоматической сборке платы конвейером это выгодно и быстро.

Что такое мультиметр

Мультиметр — это прибор, который может производить замеры силы постоянного или переменного тока, напряжения и сопротивления. Он заменяет собой сразу три аналоговых или цифровых прибора: амперметр, вольтметр и омметр. Также он способен изменять основные показатели любой электрической сети, производить ее прозвон. Существует два вида мультиметров: цифровые и аналоговые. Первые представляют собой портативные устройства с дисплеем для отображения результатов. Большинство мультиметров на современном рынке — цифровые. Второй тип уже устарел и не пользуется былой популярностью. Он выглядит, как обычный измерительный прибор со шкалой делений и аналоговой стрелкой, показывающей значение измерений.

Прозвон резистора

Резистор можно и нужно прозванивать. Прозвонить можно и без выпаивания элемента с платы. Прозванивание элемента на обрыв производится следующим образом:

1. Включить мультиметр и выключить прибор, если прозвонка осуществляется без выпаивания;
2. Мультиметром без учета полярности прикоснуться к выводам электрорезистора;
3. Зафиксировать значение. Если оно равно единице, то это свидетельствует о неисправности и произошел обрыв, а сам элемент следует заменить.

При невыпаивании следует учитывать тот факт, что если схема сложная, то, возможно, придется делать прозвонку через обходные пути и цепи. О 100 % неисправности элемента сказать можно лишь тогда, когда хотя бы одна из его ножек выпаяна.

Полярность резистора

Многие интересуются тем, как узнать полярность резистора, чтобы точно определить, каким контактом выхода и куда его вставлять. Чтобы не вводить людей в заблуждение, сразу можно сказать, что полярности у электрорезистора нет и быть не может. Данный радиоэлемент бесполярен. Считается, что резисторы неполярны и подключаться к печатной плате могут при любом положении своих выводов, в любой их комбинации. Как и с предохранителем, проверять работоспособность резистора можно в любой комбинации контактов мультиметра и выводов, а порядок его припайки к электрическим схемам разницы не имеет. Важно лишь учитывать и проверять номинальную сопротивляемость элемента перед припоем, так как потом в случае появившихся неисправностей сделать это будет тяжелее за счет влияния на измерение других элементов и цепей платы.

Номинальное сопротивление

Основной параметр любого резистора — это номинал сопротивления. Равномерностью этого сопротивления является единица измерения Ом. Номинальное значение любого приобретенного резистора маркируется на нем самом, то есть на его корпусе с помощью обозначений в виде полосочек различного цвета. Это было сделано в первую очередь для удобства конвейерного монтажа, где автоматы с машинным зрением с легкостью определяют элемент, который нужно использовать.

Важно! Узнать номинал можно несколькими способами: с помощью специальных справочников и таблиц обозначений, а также любым измерительным прибором.

Таблицы представлены в любом справочнике по электронике и электротехнике, а также идут в комплекте с купленным набором резисторов. Второй способ определения более удобный и понятный, так как все, что нужно сделать — это измерить сопротивление собственноручно. Это поможет определить, насколько сопротивление отличается от номинального, и даст характеристику элемента.

Проверка мультиметром

Для того чтобы проверить электрорезистор, следует действовать следующим образом:

1. Взять требующий проверки радиоэлемент;
2. Включить мультиметр и настроить его на измерение сопротивления;
3. Задать шкалу измерения и ее границы;
4. Любым способом подключить один щуп мультиметра к одной из сторон резистора, а второй — к оставшейся стороне;
5. Зафиксировать измерения на экране или аналоговой шкале и закончить тестирование.

Если значение равно нулю или сильно отличается от номинального, то элемент неисправен и подлежит утилизации, так как изменение значения может вывести из строя всю схему. Если значение в норме, то электрорезистор можно использоваться для создания электронных схем. При проверке значений, не выпаивая электрорезистор, следует учитывать влияние шунтирующих цепей.

Таким образом, был разобран вопрос: как проверить резистор мультиметром или тестером. На самом деле сложного ничего нет, так как данный радиоэлемент является одним из самых простых и распространенных среди всех и имеет всего два выхода-контакта без учета полярности. Именно поэтому проверить его сможет каждый, у кого есть мультиметр, тестер или омметр.

Светодиоды – одни из самых популярных электронных компонентов, использующиеся практически в любой схеме. Словосочетание “помигать светодиодами” часто используется для обозначений первой задачи при проверке жизнеспособности схемы. В этой статье мы узнаем, как работают светодиода, сделаем краткий обзор их видов, а также разберемся с такими практическими вопросами как определение полярности и расчет резистора.

Устройство светодиода

Светодиоды — полупроводниковые приборы с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении.

Излучаемый светодиодом свет лежит в узком диапазоне спектра. Иными словами, его кристалл изначально излучает конкретный цвет (если речь идёт об СД видимого диапазона) — в отличие от лампы, излучающей более широкий спектр, где нужный цвет можно получить лишь применением внешнего светофильтра. Диапазон излучения светодиода во многом зависит от химического состава использованных полупроводников.

Светодиод состоит из нескольких частей:

• анод, по которому подается положительная полуволна на кристалл;
• катод, по которому подается отрицательная полуволна на кристалл;
• отражатель;
• кристалл полупроводника;
• рассеиватель.

Эти элементы есть в любом светодиоде, вне зависимости от его модели.

Светодиод является низковольтным прибором. Для индикаторных видов напряжение питания должно составлять 2-4 В при токе до 50 мА. Диоды для освещения потребляют такое же напряжение, но их ток выше – достигает 1 Ампер. В модуле суммарное напряжение диодов оказывается равным 12 или 24 В.

Подключать светодиод нужно с соблюдением полярности, иначе он выйдет из строя.

Цвета светодиодов

Светодиоды бывают разных цветов. Получить нужный оттенок можно несколькими способами.

Первый – покрытие линзы люминофором. Таким способом можно получить практически любой цвет, но чаще всего эта технология используется для создания белых светодиодов.

RGB технология. Оттенок получается за счет применения в одном кристалле трех светодиодов красного, зеленого и синего цветов. Меняется интенсивность каждого из них, и получается нужное свечение.

Применение примесей и различных полупроводников. Подбираются материалы с нужной шириной запрещенной зоны, и из них делается кристалл светодиода.

Принцип работы светодиодов

Любой светодиод имеет p-n-переход. Свечение возникает при рекомбинации электронов и дырок в электронно-дырочном переходе. P-n переход создается при соединении двух полупроводников разного типа электропроводности. Материал n-типа легируется электронами, p-типа – дырками.

При подаче напряжения электроны и дырки в p-n-переходе начинают перемещаться и занимать места. Когда носители заряда подходят к электронно-дырочному переходу, электроны помещаются в материал p-типа. В результате перехода электронов с одного энергетического уровня на другой выделяются фотоны.

Не всякий p-n переход может излучать свет. Для пропускания света нужно соблюсти два условия:

• ширина запрещенной зоны должна быть близка к энергии кванта света;

• полупроводниковый кристалл должен иметь минимум дефектов.

Реализовать подобное в структуре с одним p-n-переходом не получится. По этой причине создаются многослойные структуры из нескольких полупроводников, которые называются гетероструктурами.

Для создания светодиодов используются прямозонные проводники с разрешенным прямым оптическим переходом зона-зона. Наиболее распространенные материалы группы А3В5 (арсенид галлия, фосфид индия), А2В4 (теллурид кадмия, селенид цинка).

Цвет светоизлучающего диода зависит от ширины запрещенной зоны, в которой происходит рекомбинация электронов и дырок. Чем больше ширина запрещенной зоны и выше энергия квантов, тем ближе к синему излучаемый свет. Путем изменения состава можно добиться свечения в широком оптическом диапазоне – от ультрафиолета до среднего инфракрасного излучения.

Светодиоды инфракрасного, красного и желтого цветов изготавливаются на основе фосфида галлия, зеленый, синий и фиолетовый – на основе нитридов галлия.

Виды светодиодов, классификация

По предназначению выделяют индикаторные и осветительные светодиоды. Первые используются для стилизации, декоративной подсветки – например, украшение зданий, рекламные баннеры, гирлянды. Осветительные приборы используются для создания яркого освещения в помещении.

По типу исполнения выделяют:

Dip светодиоды. Они представляют собой кристаллы, заключенные в цилиндрическую линзу. Относятся к индикаторным светодиодам. Существуют монохромные и многоцветные устройства. Используются редко из-за своих недостатков: большой размер, малый угол свечения (до 120 градусов), падение яркости излучения при долгом функционировании на 70%, слабый поток света. Dip светодиоды

Sp >

• Smd – светодиоды для поверхностного монтажа. Могут относиться как к индикаторным, так и к осветительным светодиодам. Smd

Cob (Chip-On-Board) – кристалл установлен непосредственно на плате. К преимуществам такого решения относятся защита от окисления, малые габариты, эффективный отвод тепла и равномерное освещение по всей площади. Светодиоды такой марки являются самыми инновационными. Используются для освещения. На одной подложке может быть установлено более 9 светодиодов. Сверху светодиодная матрица покрывается люминофором. Активно используются в автомобильной индустрии для создания фар и поворотников, при разработке телевизоров и экранов компьютеров. Cob

Волоконные – разработка 2015 года. Могут использоваться в производстве одежды. Волоконные

Filament также является инновационным продуктом. Отличаются высокой энергоэффективностью. Используются для создания осветительных ламп. Важное преимущество – возможность осуществления монтажа напрямую на подложку из стекла. Благодаря такому нанесению есть возможность распространения света на 360 градусов. Конструкция состоит из сапфирового стекла с диаметром до 1,5 мм и специально выращенных кристаллов, которые соединены последовательно. Число кристаллов обычно ограничивается 28 штуками. Светодиоды помещаются в колбу, которая покрыта люминофором. Иногда филаментные светодиоды могут относить к классу COB изделий. Filament

Oled. Органические тонкопленочные светодиоды. Используются для построения органических дисплеев. Состоят из анода, подложки из фольги или стекла, катода, полимерной прослойки, токопроводящего слоя из органических материалов. К преимуществам относятся малые габариты, равномерное освещение по всей площади, широкий угол свечения, низкая стоимость, длительный срок службы, низкое потребление электроэнергии. Oled

• В отдельную группу выделяются светодиоды, излучающие в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах. Они могут быть с выводами, так и в виде smd исполнения. Используются в пультах дистанционного управления, бактерицидных и кварцевых лампах, стерилизаторах для аквариумов.

Светодиоды могут быть:

• мигающими – используются для привлечения внимания;
• многоцветными мигающими;
• трехцветными – в одном корпусе есть несколько несвязанных между собой кристаллов, которые работают как по отдельности, так и все вместе;
• RGB;
• монохромными.

Светодиоды классифицируются по цветовой гамме. Для максимально точной идентификации цвета в документации прибора указывается его длина волны излучения.

Белые светодиоды классифицируются по цветовой температуре. Они бывают теплых оттенков (2700 К), нейтральных (4200 К) и холодных (6000 К).

По мощности выделяют светодиоды, потребляющие единицы мВт до десятков Вт. Напрямую от мощности зависит сила света.

Полярность светодиодов

При неправильном включении светодиод может сломаться. Поэтому важно уметь определять полярность источника света. Полярность – это способность пропускать электрический ток в одном направлении.

Полярность моно определить несколькими способами:

• Визуально. Это самый простой способ. Для нахождения плюса и минуса у цилиндрического диода со стеклянной колбой нужно посмотреть внутрь. Площадь катода будет больше, чем площадь анода. Если посмотреть внутрь не получится, полярность определяется по контактам – длинная ножка соответствует положительному электроду. Светодиоды типа SMD имеют метки, указывающие на полярность. Они называются скосом или ключом, который направлен на отрицательный электрод. На маленькие smd наносятся пиктограммы в виде треугольника, буквы Т или П. Угол или выступ указывают на направление тока – значит, этот вывод является минусом. Также некоторые светодиоды могут иметь метку, которая указывает на полярность. Это может быть точка, кольцевая полоска.
• При помощи подключения питания. Путем подачи малого напряжения можно проверить полярность светодиода. Для этого нужен источник тока (батарейка, аккумулятор), к контактом которого прикладывается светодиод, и токоограничивающий резистор, через который происходит подключение. Напряжение нужно повышать, и светодиод должен загореться при правильном включении.

• При помощи тестеров. Мультиметр позволяет проверить полярность тремя способами. Первый – в положении проверка сопротивления. Когда красный щуп касается анода, а черный катода, на дисплее должно загореться число , отличное от 1. В ином случае на экране будет светиться цифра 1. Второй способ – в положении прозвонка. Когда красный щуп коснется анода, светодиод загорится. В ином случае он не отреагирует. Третий способ – путем установки светодиода в гнездо для транзистора. Если в отверстие С (коллектор) будет помещен катод – светодиод загорится.
• По технической документации. Каждый светодиод имеет свою маркировку, по которой можно найти информацию о компоненте. Там же будет указана полярность электродов.

Выбор способа определения полярности зависит от ситуации и наличия у пользователя нужного инструмента.

Расчет сопротивления для светодиода

Диод имеет малое внутреннее сопротивление. При подключении его напрямую к блоку питания, элемент перегорит. Чтобы этого не случилось, светодиод подключается к цепи через токоограничивающий резистор. Расчет производится по закону Ома: R=(U-Uled)/I, где R – сопротивление токоограничивающего резистора, U – питание источника; Uled – паспортное значение напряжения для светодиода, I – сила тока. По полученному значению и подбирается мощность резистора.

Важно правильно рассчитать напряжение. Оно зависит от схемы подключения элементов.

Можно не производить расчет сопротивления, если использовать в цепи мощный переменный или подстроечный резистор. Токоограничивающие резисторы существуют разного класса точности. Есть изделия на 10%, 5% и 1 % – это значит, что погрешность варьируется в указанном диапазоне.

Выбирая токоограничивающий резистор, нужно обратить внимание и на его мощность. почти всегда, если при малом рассеивании тепла устройство будет перегреваться и выйдет из строя. Это приведет к разрыву электрической цепи.

Когда нужно использовать токоограничивающий резистор:

• когда вопрос эффективности схемы не является основным – например, индикация;

• лабораторные исследования.

В остальных случаях лучше подключать светодиоды через стабилизатор – драйвер, что особенно это актуально в светодиодных лампах.

Онлайн – сервисы и калькуляторы для расчета резистора:

8 годов назад


от
Ильсур Х

Содержание

• Назначение и принцип работы,
• Основные характеристики и разновидности,
• Стандартные номиналы и комбинации,
• Примеры использования,
• Выводы,
• FAQ.

---

Назначение и принцип работы

Резистор, он же “сопротивление”, он же “резюк” – простейший, но, не побоюсь этого слова, важнейший элемент любой электрической цепи. Не могу представить ни одной работоспособной схемы, где не используется хотя бы один резистор. Так что же это такое и зачем он нужен? А нужен он, согласно названию, для электрического сопротивления, которое, в свою очередь, применяется для преобразования силы тока в напряжение и наоборот, а также для ограничения силы тока. Звучит немного запутанно, но на примерах все станет понятнее.

Закон Ома – основное правило для электрических цепей, описывающее взаимоотношения между главными ее параметрами: напряжением, силой тока и сопротивлением. За один из этих параметров – сопротивление – и отвечает наш резистор. Закон Ома, как все фундаментальное, гениален и прост. Выглядит так:

U=I*R, где:
U – напряжение в Вольтах (В, V);
I – сила тока в Амперах (А);
R – сопротивление в Омах (Ом, Ohm).

Его же, повинуясь законам математики, можно записать как: I=U/R и R=U/I. Таким образом, зная или специально задавая любые два параметра из трех, мы всегда можем точно вычислить или установить третий.

Например, если подключить светодиод, практически не имеющий внутреннего сопротивления, напрямую к питанию, мы получим в цепи ток, стремящийся к бесконечности (U/0), то есть, по факту, короткое замыкание. Светодиод попросту сгорит, не верите – проверьте. Поэтому, даже в такую простейшую схему обязательно следует добавить резистор, он уменьшит силу тока с бесконечности до того значения, которое обеспечит светодиоду долгие годы счастливой жизни. Номинал резистора подбирается исходя из вольтажа питания и характеристик светодиода, в нашем случае для подключения сигнального светодиода к Ардуино достаточно резистора на 220-240 Ом.

Примечание для перфекционистов: светодиоды в зависимости от цвета (читай, состава материала полупроводника), немного отличаются по характеристикам, и для каждого из них стоило бы выбрать собственный, максимально подходящий. Но, как правило, в реальной жизни никто этим не заморачивается и применяет к ним всем первый более-менее близкий к заветным 220-240 Ом “резюк”, что вполне допустимо и оправдано.

Это лишь один простейший пример использования резистора в качестве ограничителя тока, а еще они применяются для двунаправленного преобразования “ток-напряжение”, создания делителей напряжения, в том числе для измерителей тока, в RC-цепях для сглаживания пульсаций и борьбы с “дребезгом” контактов и многого другого. Часть применений мы рассмотрим ниже на конкретных примерах.

---

Основные характеристики и разновидности

Резистор выбирается для каждого случая применения в зависимости от назначения и параметров конкретной цепи. К основным характеристикам относятся:

• Номинальное сопротивление. Основное свойство, измеряемое в Ом и его производных: кОм, МОм и так далее.
• Точность. На сколько процентов может отличаться реальное сопротивление от заявленного.
• Предельная рассеиваемая мощность. Какую мощность способен выдерживать (рассеивать) резистор при долгой стабильной работе. Мощность измеряется в Ваттах и вычисляется по формуле P=I^2*R. Чем мощнее резистор, тем он крупнее и тем толще его “ноги”.
• Предельное рабочее напряжение. Тут все понятно и так.

Резисторы также отличаются по:

• Способу монтажа: DIP и SMD,
• Конструкции: проволочный или металлопленочный,
• Характеру изменения сопротивления, и об этом поговорим немного подробнее.

Несмотря на одинаковую роль – ограничение тока – резисторы могут сильно отличаться по возможности изменения сопротивления, которое определяется стоящими перед ним задачами. Итак, резистор бывает:

• Постоянным. “Обычный” резистор с четко установленным номинальным сопротивлением, которое не меняется, во всяком случае при допустимых режимах работы.

• Переменным. Используются в качестве регуляторов-крутилок или ползунков, а также как датчиков положения.

• Подстроечным. Почти то же самое, что переменный, но более точный и не рассчитанный на частую регулировку, а потому, обычно, более мелкий и “под отвертку”.

• Термистором. Сопротивление меняется в зависимости от температуры, применяется как грубый, но надежный “градусник” в измерительных приборах и системах автоматизации.

• Фоторезистором. Сопротивление меняется в зависимости от освещенности. Применений масса, от управления освещением, до датчиков охранных систем.

• Тензорезистором. Сопротивление зависит от деформации, которая, в свою очередь, зависит от приложенной нагрузки. Используются в весах и прочих приборах для измерения физических воздействий.

• Варистором. Сопротивление зависит от приложенного напряжения, незаменим в качестве локального предохранителя. При превышении заданного порога напряжения резко увеличивает сопротивляемость, тем самым спасая остальные элементы цепи от мучительного и, порой, недешевого сгорания.

Номинал постоянного резистора в корпусе DIP кодируется на корпусе в виде цветных полос, включая класс точности и температурный коэффициент.

В интернете существует масса онлайн калькуляторов, способных облегчить задачу “дешифровки” номинала.

Номинал SMD резистора пишется прямо на корпусе цифрами и буквами.

Переменные, как термисторы и варисторы, метятся уже по-разному, в зависимости от типа, размера, вида и производителя. Обычно в виде надписи на корпусе.

В любом случае, номинал всегда можно узнать “вручную”, имея под рукой омметр, обычно входящий в состав мультиметра. Но следует иметь в виду, что мультиметры тоже имеют ограничения, слишком малые и слишком большие значения способны зафиксировать далеко не все, особенно из класса любительских. А для сопротивлений ниже 1 Ом и выше 1 МОм вообще есть специальные приборы, называемые соответственно, миллиомметр и мегаомметр, используемые для специальных задач, таких как измерение сопротивления изоляции и заземления.

---

Стандартные номиналы и комбинации

Выпускаемые современной промышленностью резисторы имеют ряд стандартных номиналов. Точнее даже не ряд, а 6 рядов: Е6, Е12, Е24, Е48, Е96, Е192. Цифра после буквы “”Е” указывает на число логарифмических шагов. Не вдаваясь в матан, можно сказать так – каждый следующий ряд имеет шаг вдвое мельче, чем у предыдущего. Например, для номинала 100 по шкале E6, есть 16 номиналов по шкале Е192, от 100 до 120 включительно. Разумеется, это находит отражение и в точности резистора, от 20% для Е6, до 0.1% и выше для Е192. Требуемая точность, зависит от конкретной задачи и выбирается конструктором сети (то есть вами) каждый раз индивидуально. По опыту, для большинства DIY-проектов достаточен ряд Е24 (5%), он же широко представлен в точках продаж радиодеталей.

Однако, иногда нам требуется нестандартное сопротивление, которого нет в любимом спичечном коробке с резисторами и даже в соседнем магазине. В этом случае можно и нужно прибегнуть к комбинированию двух и более имеющихся. Есть всего три вида этого приема – два простых: последовательное и параллельное соединение;

и одно сложное, то есть комбинация из предыдущих двух комбинаций, называемое “смешанным соединением”.

Результирующее сопротивление при последовательном соединении считается как сумма сопротивлений входящих в него резисторов:

R=R1+R2+R3+….

При параллельном – как частное от деления произведения сопротивлений на их сумму, что звучит страшнее, чем выглядит:

R=(R1*R2*R3*…)/(R1+R2+R3+…)

Смешанное же считается по тем же правилам, но в два этапа, сначала разбивается на участки, которые можно посчитать по правилам последовательного или параллельного соединения, затем умозрительно заменяем эти участки на сопротивления с полученными результатами и считаем еще раз общую картину.

Таким образом из подручных материалов мы можем быстро получить сопротивление практически любого номинала, в том числе такое, которое не купить даже на заказ и за бешеные деньги. Изредка комбинирование очень выручает, а значит должно состоять на вооружении каждого электронщика.

---

Примеры использования

В начале статьи я привел самый простой пример использования резистора в качестве ограничителя тока, не будем повторяться. Таким же образом резистор применяется на сигнал ключа некоторых транзисторов, к управляющей линии адресных светодиодов и так далее, где слишком высокий ток не нужен, но может сжечь электронные компоненты.

Следующее интересное и востребованное применение: резистивный делитель напряжения.

Входящее напряжение уменьшается пропорционально отношению резисторов, входящих в этот делитель, которые еще в народе называются “плечи”. Для расчета напряжения, которое мы получим на выходе, используем простую формулу:

Uout = Uin * R2/(R1+R2)

Нетрудно подсчитать, что, к примеру, при равных “плечах” мы получим напряжение вдвое меньше входящего. Подбирая резисторы, можно установить на выходе любое напряжение в диапазоне от U- до U+, что иногда очень полезно.

Практически, это самый простой, хоть и не самый лучший, способ получить нужное напряжение в пределах имеющегося, важно лишь помнить о мощности резисторов, если речь идет об относительно большом токе, а также о том, что КПД такого “источника питания” далек от идеального.

Принцип резистивного делителя используется в потенциометрах. Скользящий контакт делит резистор на две половины, передвигаясь между ними, благодаря чему на среднем контакте устанавливается уровень напряжения в зависимости от его положения.

Фоторезистор, меняющий сопротивление от освещения, подключается в схему как один из плеч делителя. Вторым плечом выступает резистор постоянный. Таким образом выходное напряжение будет полностью зависеть от освещенности, и его легко измерить при помощи АЦП.

Точно так же работает тензодатчик и любой другой датчик, основанный на принципе переменного сопротивления.

Отдельный частный случай резистивного делителя – измеритель силы тока. В этом случае роль одного плеча играет измеряемая нагрузка, а второго так называемый шунт или токоизмерительный резистор. Его главной особенностью является низкое и сверхнизкое сопротивление, от 0.1 Ом. Да, он вызывает некоторое падение напряжения, несколько десятых процента, но обычно это не сказывается на работоспособности схемы. Если же подобное понижение критично, берется резистор еще более низкоомный, например 0.01 Ом, при нем падение будет в пределах сотых процента, что соизмеримо с погрешностью даже самого малошумного блока питания. Вообще, расчет резистивного датчика тока – это тема отдельной статьи, подробно останавливаться на этом здесь не будем, рассмотрим лишь принцип работы в общих чертах.

На рисунке приведена схема простого резистивного “амперметра”.

Слева цепь с нагрузкой в виде лампочки, которую следует измерять. Токоизмерительный резистор устанавливается между нагрузкой и “землей” (обведен красным квадратом), его задача формировать делитель сильно “перекошенный” в сторону нагрузки, чтобы создавать небольшое напряжение между центральным контактом делителя и “землей”. Напряжение это исчисляется милливольтами (то самое драгоценное падение на питании нагрузки, которое желательно минимизировать), поэтому справа мы пририсовали схему неинвертирующего операционного усилителя, доводящего измеряемое напряжение до размеров, уверенно определяемых АЦП. Так как чаще всего DIY- мастера используют родной АЦП Ардуино, питание усилителя и резисторы на входе подобраны под максимальное напряжение 5В.

Внимательный читатель наверняка заметит, что на неинвертирующем входе усилителя, по иронии судьбы, сигнал подается тоже через резистивный делитель (обведен синим квадратом), его соотношение плеч формирует коэффициент усиления. Вот и еще один пример применения, никуда без делителей и резисторов!

Еще одна полезная в хозяйстве схема – RC-цепь. Фактически это тоже разновидность делителя, только в качестве одного из плеч вместо резистора установлен конденсатор. Отсюда и название “RC”: R (resistor) – резистор, C (capacitor) – конденсатор. Замечательное свойство этой сборки состоит в том, что она обладает некоторой инертностью, на зарядку конденсатора через резистор требуется время и на разрядку тоже. Это время называется “постоянной времени RC-цепи”. Постоянная времени напрямую зависит от емкости и сопротивления и вычисляется по формуле: T=RC. Например, при резисторе 1 кОм и конденсаторе 100 мкф постоянная будет равна 100 мс. В течение этого времени цепь держит заряд, в результате чего сглаживаются резкие перепады, например дребезг контактов. Да, дребезг можно не только “переждать” программно, но и подавить аппаратно, что иногда гораздо проще и правильнее сделать, например, если сигнал подается на ножку прерывания.

RC-цепь отлично сглаживает помехи и усредняет неровный, колеблющийся сигнал. Вместо длинного программного кода с множеством замеров и обработкой различными алгоритмами зачастую достаточно впаять на вход АЦП две копеечные радиодетальки.

Пример из жизни. На первом скриншоте с осциллографа сигнал – нагрузка от вентилятора, как она есть.

Сигнал весьма неровен, вычислять среднее арифметическое значение, медиану или применять фильтр Калмана – это грузить и без того не безграничную память и не беспредельные вычислительные ресурсы микроконтроллера, причем без гарантии на успех. Попробуем сделать это проще и изящнее. Глядя на сетку и ее масштаб, видим, что всплеск длится около миллисекунды, значит постоянная времени должна быть не меньше, а лучше больше раза в два-три. Согласно формуле подбираем конденсатор на 10 мкф и резистор на 220 Ом, расчетная постоянная 2.2 мс, вполне достаточно. Собираем, смотрим что получилось.

Просто шикарная прямая линия! Снимать показания с такого сигнала – одно удовольствие для АЦП контроллера.

Необходимы Ардуино запчасти для проектов? Купить Arduino комплектующие можно в нашем магазине 3DIY!

---

Выводы

Великое в малом – так можно сказать про резистор и прочие минимальные электронные “кубики”: конденсатор, транзистор, диод и прочие. Несмотря на кажущуюся простоту, нельзя недооценивать важность этих фундаментальных элементов, ведь именно из них состоит все многообразие огромного мира электроники. Без знаний их свойств и возможностей невозможно познать работу более крупных деталей и компонентов, и тем более уметь полноценно применять их на практике.

---

FAQ

1. Какой мощности следует выбирать токоизмерительный резистор, чтобы не сжечь его, ведь нагрузка в цепи может быть довольно большой?
Мощность, которую рассеивает резистор, считается по формуле P=I^2*R. Например, при нагрузке 1 А и резисторе 0.1 Ом, мощность будет равна 1*1*0.1 = 0.1 Ватт, значит надо выбирать от этого значения и выше. Минимальная мощность крошечного smd резистора, какую я видел, составляет 0.25 Ватт. Проволочный резистор стандартного размера рассчитан на 5 Ватт. Есть более мощные с радиаторами охлаждения на десятки Ватт. Кроме того, всегда можно использовать резистор 0.01 Ом, он выдержит еще в десять раз больше при тех же вводных.

2. В каких случаях стоит использовать RC-цепь, а в каких предпочесть программную борьбу с помехами.
Зависит от типа сигнала, параметров RC-цепи и общей задачи. Какой длины сигнал считается полезным, а какой помехой? Какая должна быть скорость реакции системы? Может быть, нужно отреагировать быстрее, чем разрядится конденсатор? В каждом случае следует принимать отдельное решение.

3. Когда есть смысл использовать точные резисторы от 1% и меньше?
Тогда, когда это явно указано в схеме. Если не указано, то руководствуйтесь здравым смыслом, для светодиода, например, на глаз вы разницы не увидите, а если ваш прибор требует точности и не допускает разгула демократии плюс-минус 10%, то применяйте резисторы Е24 и выше, благо не такие они дорогие.

4. Что такое “керамический резистор”?
“Керамический”, также известный как “цементный”, это обычный проволочный резистор, заключенный в прочный керамический корпус. Как правило, их делают более мощными, за счет лучшего теплообмена, от 5 Ватт и выше.

5. Что такое реостат и чем он отличается от потенциометра?
Потенциометр регулирует напряжение, а реостат силу тока. Разница в подключении. У потенциометра средний контакт образует делитель напряжения с двумя крайними контактами, а у реостата средний, скользящий, контакт образует пару с одним из крайних контактов, являясь резистором переменного сопротивления. Чем больше расстояние, тем больше сопротивление и тем меньше сила тока. Таким образом, к примеру, можно регулировать яркость светодиода или скорость вращения асинхронного двигателя.

Входное и выходное сопротивление является очень важным в электронике.

Предисловие

Ладно, начнем издалека… Как вы знаете, все электронные устройства состоят из блоков. Их еще часто называют каскады, модули, узлы и тд. В нашей статье будем использовать понятие «блок». Например, источник питания, собранный по этой схеме:

состоит из двух блоков. Я их пометил в красном и зеленом прямоугольниках.

В красном блоке мы получаем постоянное напряжение, а в зеленом блоке мы его стабилизируем. То есть блочная схема будет такой:

Блочная схема — это условное деление. В этом примере мы могли бы даже взять трансформатор, как отдельный блок, который понижает переменное напряжение одного номинала к другому. Как нам удобнее, так и делим на блоки нашу электронную безделушку. Метод «от простого к сложному» полностью работает в нашем мире. На низшем уровне находятся радиоэлементы, на высшем — готовое устройство, например, телевизор.

Ладно, что-то отвлеклись. Как вы поняли, любое устройство состоит из блоков, которые выполняют определенную функцию.

— Ага! Так что же получается? Я могу просто тупо взять готовые блоки и изобрести любое электронное устройство, которое мне придет в голову?

Да! Именно на это нацелена сейчас современная электроника 😉 Микроконтроллеры  и конструкторы, типа Arduino, добавляют еще больше гибкости в творческие начинания молодых изобретателей.

На словах все выходит прекрасно, но всегда есть подводные камни, которые следует изучить, чтобы начать проектировать электронные устройства. Некоторые из этих камушков называются входным и выходным сопротивлением.

Думаю, все помнят, что такое сопротивление и что такое резистор. Резистор хоть и обладает сопротивлением, но это активное сопротивление. Катушка индуктивности и конденсатор будут уже обладать, так называемым, реактивным сопротивлением. Но что такое входное и выходное сопротивление? Это уже что-то новенькое. Если прислушаться к этим фразам, то входное сопротивление — это сопротивление какого-то входа, а выходное — сопротивление какого-либо выхода. Ну да, все почти так и есть. И где же нам найти в схеме эти входные и выходные сопротивления?  А вот «прячутся» они в самих блоках радиоэлектронных устройств.

Входное сопротивление

Итак, имеем какой-либо блок. Как принято во всем мире, слева — это вход блока, справа — выход.

Как и полагается, этот блок используется в каком-нибудь радиоэлектронном устройстве и выполняет какую-либо функцию. Значит, на его вход будет подаваться какое-то входное напряжение U_вх от другого блока или от источника питания, а на его выходе появится напряжение U_вых (или не появится, если блок является конечным).

Но раз уж мы подаем напряжение на вход (входное напряжение U_вх), следовательно, у нас этот блок будет кушать какую-то силу тока I_вх.

Теперь самое интересное… От чего зависит I_вх ? Вообще, от чего зависит сила тока в цепи? Вспоминаем закон Ома для участка цепи :

Значит, сила тока у нас зависит от напряжения и от сопротивления. Предположим, что напряжение у нас не меняется, следовательно, сила тока в цепи будет зависеть от… СОПРОТИВЛЕНИЯ. Но где нам его найти?  А прячется оно в самом каскаде и называется входным сопротивлением.

То есть, разобрав такой блок, внутри него мы можем найти этот резистор? Конечно же нет). Он является своего рода сопротивлением радиоэлементов, соединенных по схеме этого блока. Скажем так, совокупное сопротивление.

Как измерить входное сопротивление

Как мы знаем, на каждый блок подается какой-либо сигнал от предыдущего блока или это может быть даже питание от сети или батареи. Что нам остается сделать?

1)Замерить напряжение U_вх, подаваемое на этот блок

2)Замерить силу тока I_вх, которую потребляет наш блок

3) По закону Ома найти входное сопротивление R_вх.

Если у вас входное сопротивление получается очень большое, чтобы замерить его как можно точнее, используют вот такую схему.

Мы  с вами знаем, что если входное сопротивление у нас большое, то входная сила тока в цепи у нас будет очень маленькая (из закона Ома).

Падение напряжения на резисторе R обозначим, как U_R

Из всего этого получаем…

Когда мы проводим эти измерения, имейте ввиду, что напряжение на выходе генератора не должно меняться!

Итак, давайте посчитаем, какой же резистор нам необходимо подобрать, чтобы как можно точнее замерять это входное сопротивление. Допустим, что у нас входное сопротивление R_вх=1 МегаОм, а резистор взяли  R=1 КилоОм. Пусть генератор выдает постоянное напряжение U=10 Вольт. В результате, у нас получается цепь с двумя сопротивлениями. Правило делителя напряжения гласит: сумма падений напряжений на всех сопротивлениях в цепи равняется ЭДС генератора.

В результате получается цепь:

 Высчитываем силу тока в цепи в Амперах

Получается, что падение напряжения на сопротивлении R в Вольтах будет:

Грубо говоря 0,01 Вольт. Вряд ли вы сможете точно замерить такое маленькое напряжение на своем китайском мультиметре.

Какой отсюда вывод? Для более точного измерения высокого входного сопротивления надо брать добавочное сопротивление также  очень большого номинала.  В этом случае работает правило шунта: на бОльшем сопротивлении падает бОльшее напряжение, и наоборот, на меньшем сопротивлении падает меньшее напряжение.

Измерение входного сопротивления на практике

Ну все, запарка прошла ;-). Давайте теперь на практике попробуем замерить входное сопротивление какого-либо устройства. Мой взгляд сразу упал на Транзистор-метр. Итак, выставляем на блоке питания рабочее напряжение этого транзистор-метра, то есть 9 Вольт, и во включенном состоянии замеряем потребляемую силу тока. Как замерить силу тока в цепи, читаем в этой статье. По схеме все это будет выглядеть вот так:

А на деле вот так:

Итак, у нас получилось 22,5 миллиАмпер.

Теперь, зная значение потребляемого тока, можно найти по этой формуле входное сопротивление:

Получаем:

Выходное сопротивление

Яркий пример выходного сопротивления — это закон Ома для полной цепи, в котором есть так называемое «внутреннее сопротивление». Кому лень читать про этот закон, вкратце рассмотрим его здесь.

Что мы имели? У нас был автомобильный аккумулятор, с помощью которого мы поджигали галогенную лампочку. Перед тем, как цеплять лампочку, мы замеряли напряжение на клеммах аккумулятора:

И как только  подсоединяли лампочку, у нас напряжение на аккумуляторе становилось меньше.

Разница напряжения,  то есть 0,3 Вольта (12,09-11,79) у нас падало на так называемом внутреннем сопротивлении r 😉 Оно же и есть ВЫХОДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ. Его также называют еще сопротивлением источника или эквивалентным сопротивлением.

У всех аккумуляторов есть это внутреннее сопротивление r, и «цепляется» оно последовательно с источником ЭДС (Е).

Но только ли аккумуляторы и различные батарейки обладают выходным сопротивлением? Не только. Выходным сопротивлением обладают все источники питания. Это может быть блок питания, генератор частоты, либо вообще какой-нибудь усилитель.

В теореме Тевенина (короче, умный мужик такой был)  говорилось, что любую цепь, которая имеет две клеммы и содержит в себе туеву кучу различных источников ЭДС и резисторов разного номинала можно привести тупо к источнику ЭДС с каким-то значением напряжения (E_{эквивалентное}) и с каким-то внутренним сопротивлением (R_{эквивалентное}).

E_экв  — эквивалентный источник ЭДС

R_экв  — эквивалентное сопротивление

То есть получается, если какой-либо источник напряжения питает нагрузку, значит, в источнике напряжения есть ЭДС и эквивалентное сопротивление, оно же выходное сопротивление.

В режиме холостого хода (то есть, когда к выходным клеммам не подцеплена нагрузка) с помощью мультиметра мы можем замерить ЭДС (E). С замером ЭДС вроде бы понятно, но вот как замерить R_вых ?

В принципе, можно устроить короткое замыкание. То есть замкнуть выходные клеммы толстым медным проводом, по которому у нас будет течь ток короткого замыкания I_кз.

В результате у нас получается замкнутая цепь с одним резистором. Из закона Ома получаем, что

Но есть небольшая загвоздка. Теоретически  — формула верна. Но на практике я бы не рекомендовал использовать этот способ. В этом случае сила тока достигает бешеного значения, да вообще, вся схема ведет себя неадекватно.

Измерение выходного сопротивления на практике

Есть другой, более безопасный способ. Не буду повторяться, просто скопирую со статьи закон Ома для полной цепи, где мы находили внутреннее сопротивление аккумулятора. В той статье, мы к акуму цепляли галогенную лампочку, которая была нагрузкой R. В результате по цепи шел электрический ток. На лампочке и на внутреннем сопротивлении у нас падало напряжение, сумма которых равнялась ЭДС.

Итак, для начала замеряем напряжение на аккумуляторе без лампочки.

Так как у нас в этом случае цепь разомкнута (нет внешней нагрузки), следовательно сила тока в цепи I равняется нулю. Значит, и падение напряжение на внутреннем резисторе U_r тоже будет равняться нулю. В итоге, у нас остается только источник ЭДС, у которого мы и замеряем напряжение. В нашем случае E=12,09 Вольт.

Как только мы подсоединили нагрузку, то у нас сразу же упало напряжение на внутреннем резисторе и на нагрузке, в данном случае на лампочке:

Сейчас на нагрузке (на галогенке) у нас упало напряжение U_R=11,79 Вольт, следовательно, на внутреннем резисторе падение напряжения составило U_r=E-U_R=12,09-11,79=0,3 Вольта. Сила тока в цепи равняется I=4,35 Ампер. Как я уже сказал, ЭДС у нас равняется E=12,09 Вольт. Следовательно, из закона Ома для полной цепи высчитываем, чему у нас будет равняться внутреннее сопротивление r:

Заключение

Входное и выходное сопротивление каскадов (блоков) в электронике играют очень важную роль. В этом мы убедимся, когда начнем рассматривать статью по согласованию узлов радиоэлектронных схем. Все качественные вольтметры и осциллографы также стараются делать с очень высоким входным сопротивлением, чтобы оно меньше сказывалось на замеряемый сигнал и не гасило его амплитуду.

С выходным сопротивлением все намного интереснее. Когда мы подключаем низкоомную нагрузку, то чем больше внутреннее сопротивление, тем больше напряжение падает на внутреннем сопротивлении. То есть в нагрузку будет отдаваться меньшее напряжение, так как разница осядет на внутреннем резисторе. Поэтому, качественные источники питания, типа блока питания либо генератора частоты, пытаются делать как можно с меньшим выходным сопротивлением, чтобы напряжение на выходе «не проседало» при подключении низкоомной нагрузки. Даже если сильно просядет, то мы можем вручную подкорректировать с помощью регулировки выходного напряжения, которые есть в каждом нормальном источнике питания. В некоторых источниках это делается автоматически.