Резисторы переменные, постоянные вся истина!

Друзья, всем привет! На дворе зима а календарь говорит мне, что будни перетекают в приятные праздничные выходные, так что самое время для  новой статьи.  Для тех кто меня не знает, скажу, что меня зовут Владимир Васильев и я веду вот  этот  самый радиолюбительский блог, так что добро пожаловать!

В прошлой статье мы разбирались с понятием электрического тока и напряжения. В ней буквально на пальцах я постарался объяснить  что представляет собой электричество. В помощь применял некие «сантехнические аналогии».

Боле того, я наметил для себя написать ряд обучающих статей для совсем начинающих   радиолюбителей- электронщиков, так что дальше будет больше  — [urlspan]не пропустите.[/urlspan]

---

Содержание статьи

• Что такое сопротивление?
• Как выглядит резистор?
• Постоянные резисторы.
• Переменные резисторы
• Подстроечные резисторы.
• Формулы и свойства
• Последовательное соединение резисторов
• Параллельное соединение резисторов
• Преобразование звезды в треугольник и обратно

---

Сегодняшняя статья будет не исключением, сегодня я постараюсь как можно подробнее осветить тему резисторов. Резисторы хоть и являются, наверно самыми простыми радиокомпонентами, но у начинающих  могут вызвать массу вопросов. А отсутствие  ответов на них может привести к полному бардаку в голове и привести к отсутствию мотивации и желанию развиваться.

Что такое сопротивление?

Резистор — это пассивный элемент электрической цепи, обладающий фиксированным или переменным значением электрического сопротивления.

Резисторы обладают сопротивление, а что такое сопротивление? Постараемся с этим разобраться.

Чтобы ответить на этот вопрос, давайте вернемся снова к нашей сантехнической аналогии. Под действием силы тяжести или под действием давления насоса, вода устремляется от точки большего давления в точку с меньшим давлением. Так и электрический ток под действием напряжения течет из точки большего потенциала в точку с меньшим потенциалом.

Что может помешать движению воды по трубам? Движению воды может помешать состояние труб, по которым она бежит. Трубы могут быть широкими и чистыми, а могут быть загажены и вообще представлять собой печальное зрелище. В каком случае скорость водного потока будет больше? Естественно, что вода будет течь быстрее если ее движению не будет оказываться никакого сопротивления.

В случае с чистым трубопроводом так и будет, воде будет оказываться наименьшее сопротивление и ее скорость будет практически неизменной. В загаженной трубе сопротивление на водный поток будет значительным, и соответственно скорость движения воды будет не очень.

Хорошо, теперь переносимся из нашей водопроводной модели в реальный мир электричества. Теперь становится понятно, что скорость воды в наших реалиях представляет собой силу тока измеряемую в амперах. Сопротивление которое оказывали трубы на воду, в реальной токоведущей системе будет сопротивление проводов измеряемое в омах.

Как и трубы, провода могут оказывать сопротивление на ток. Сопротивление напрямую зависит от материала из которого сделаны провода. Поэтому совсем не случайно провода часто изготавливают из меди, так как медь имеет небольшое сопротивление.

Другие металлы могут оказывать очень большое сопротивление электрическому току. Так для примера, удельное сопротивление (Ом*мм²) нихрома составляет 1.1Ом*мм². Величину сопротивления нетрудно оценить сравнив с медью у которой удельное сопротивление 0,0175Ом*мм². Неплохо да?

При пропускании тока через материал с высоким сопротивлением, мы можем убедиться, что ток в цепи будет меньше, достаточно провести несложные замеры.

Как выглядит резистор?

В природе встречаются абсолютно различные резисторы. Есть резисторы с постоянным сопротивление, есть резисторы с переменным сопротивлением. И каждый вид резисторов находит свое применение. Так давайте остановимся и постараемся уделить вниманием некоторые из них.

Постоянные резисторы.

Само название говорит о том, что они обладают постоянным фиксированным сопротивлением.  Каждый такой резистор изготавливается с определенным сопротивлением, определенной рассеиваемой мощностью.

Рассеиваемая мощность — это еще одна характеристика резисторов, так же как и сопротивление. Мощность рассеяний говорит о том, какую мощность может рассеять резистор в виде тепла (вы наверное замечали, что резистор во время работы может значительно нагреваться).

Естественно, что на заводе не могут изготавливать резисторы абсолютно любые. Поэтому постоянные резисторы имеют определенную точность указываемую в процентах. Эта величина показывает в каких пределах будет гулять результирующее сопротивление.И естественно, чем точнее резистор, тем дороже он будет. Так зачем переплачивать?

Также сама величина сопротивления не может быть любой. Обычно сопротивление постоянных резисторов соответствует определенному номинальному ряду сопротивлений. Эти сопротивления обычно выбираются из рядов типо Е3, Е6, Е12,Е24

Как видите резисторы из ряда Е24 имеют более богатый набор сопротивлений. Но это еще не предел так как существуют номинальные ряды E48, E96, E192.

На электрических схемах постоянные резисторы обозначаются эдаким прямоугольником с выводами. На самом условном графическом обозначении может надписываться мощность рассеяния.

	Так изображается обычный постоянный резистор. Мощность рассеивания может не указываться
	Резисторы с рассеиваемой мощностью 0,125 Вт
	Это изображение резистора с мощностью рассевания 0,25 Вт.
	Резистор с рассеиваемой мощностью 1 Вт
	Резистор с рассеиваемой мощностью 2 Вт.

Переменные резисторы

Вы когда-нибудь обращали внимание на различные «крутилки» в старой аналоговой технике. Например, задумывались ли о том что вы крутите, прибавляя громкость в старом, возможно даже ламповом телевизоре?

Многие регуляторы и различные «крутилки»представляют  собой переменные резисторы. Так же как и постоянные резисторы, переменные также имеют различную рассеивающую мощность. Однако их сопротивление может меняться в широких пределах.

Переменные резисторы служат для регулирования напряжения или тока в уже готовом изделии. Как я уже упоминал этим резистором может регулироваться сопротивление в схеме формирования звука. Тогда громкость звука будет меняться пропорционально углу поворота ручки резистора.  Так сам корпус находится внутри устройства, а та самая крутилка остается на поверхности.

Более того, бывают еще и сдвоенные , строенные , счетверенные и так далее переменные резисторы. Обычно их  применяют, когда нужно параллельное изменение сопротивления сразу в нескольких участках схемы.

Условное графическое изображение резистора на электрических схемах.

Подстроечные резисторы.

Переменный резистор это очень хорошо, но что если нам нужно изменение или подстройка сопротивления лишь на этапе сборки изделия?

Переменный резистор нам в этом  не очень подходит. Переменный резистор обладает меньшей точностью нежели постоянный. Это плата за возможность регулировки, в результате которой сопротивление может гулять в некоторых пределах.

Конечно на этапе налаживания изделия может применяться так называемый подборочный резистор. Это обычный постоянный резистор, только при монтаже он подбирается из кучки резисторов с близкими номиналами.

 Подбор резисторов имеет место быть когда требуется регулировка параметров изделия и при этом требуется высокая точность работы (чтобы требуемый параметр как можно меньше плавал). Таким образом  нужно чтобы резистор был как можно большей точностью  1% или даже 0,5%.

Так для подстройки параметров схемы чаще всего применяют подстроечные резисторы. Эти резисторы специально придуманы для этих целей.  Подстройка осуществляется посредством тоненькой часовой отвертки, причем после достижения  требуемой величины сопротивления ползунок резистора часто фиксируют краской или клеем.

Условное графическое изображение подстроечного резистора

Формулы и свойства

При выборе резистора, помимо его конструктивной особенности, следует обращать внимания на основные его характеристики. А основными его характеристиками, как я уже упоминал, являются сопротивление и мощность рассеяния.

Между этими двумя характеристиками есть взаимосвязь. Что это значит? Вот допустим в схеме у нас стоит резистор с определенной величиной сопротивления. Но по каким-либо причинам мы выясняем, что сопротивление резистора должно быть значительно меньше того, что есть сейчас. 

И вот что получается,  мы ставим резистор с значительно меньшим сопротивлением и в соответствии с законом Ома мы можем получить небольшое западло.

Так как сопротивление резистора было большим, а напряжение в цепи у нас фиксированное, то вот что получилось. При уменьшении номинала резистора общее сопротивление в цепи упало, следовательно ток в проводах возрос.

Но что если мы поставили резистор  с прежней мощностью рассеяния? При возросшем токе , новый резистор может и не выдержать нагрузки и умереть, его душа улетит вместе с клубком дыма из бездыханного тельца резистора 🙂

Выходит, что при номинале резистора 10 Ом, в цепи будет течь ток равный 1 А.  Мощность которая будет рассеиваться на резисторе будет равняться

Видите какие грабли могут подстерегать на пути.  Поэтому при выборе резистора, обязательно нужно  смотреть его допустимую мощность рассеяния.

Последовательное соединение резисторов

А давайте теперь  посмотрим как будут меняться свойства цепи при последовательном расположении резисторов. Итак у нас есть источник питания и далее стоят  последовательно три резистора с различным сопротивлением.

 

Попробуем определить какой ток протекает в цепи.

Здесь хочется упомянуть, для тех кто не в теме, что электрический ток в цепи только один.  Есть правило Кирхгофа, которое гласит что сумма токов втекающих в узел равно сумме токов вытекающих из узла. А так как в данной схеме у нас последовательное расположение резисторов и никаких узлов и в помине нет , то ясно, что ток будет один.

Для  определения тока, нам нужно определить полное сопротивление цепи. Находим сумму всех резисторов показанных на схеме. 

Здесь я приведу формулу  полного сопротивления  при последовательном расположении резисторов.

Полное сопротивление получилось равным 1101 Ом. Теперь зная что полное напряжение (напряжение источника питания)равно 10 В, а полное сопротивление равно 1101 Ом, тогда ток в цепи равняется I=U/R=10В/1101 Ом=0,009 А =9 мА

Зная ток мы можем определить напряжение, высаживаемое на каждом резисторе. Для этого также воспользуемся законом Ома. И получается напряжение на резисторе R1 будет равно U1=I*R1=0.009А*1000Ом=9В. Ну и тогда для остальных резисторов U2=0.9В, U3=0.09В. Теперь можно и проверить сложив все эти напряжения, ну и получив в результате значенье близкое напряжению питания.

Ах да вот вам и делитель напряжения. Если сделать отвод после каждого резистора то можно убедиться в наличии еще некоторого набора напряжений. Если при этом использовать равные сопротивления то эффект делителя напряжения будет еще более очевиден.

 

На изображении видно как меняется напряжение между разными точками -потенциалами.

Так как резисторы сами по себе являются хорошими потребителями тока, то понятно, что при использовании делителя напряжения, стоит выбирать резисторы с минимальными сопротивлениями. Кстати мощность расходуемая на каждом резисторе будет одинаковой.

Для резистора R1 мощность будет равняться P=I*R1=3.33A*3.33В=11,0889Вт.  Округляем и получаем 11Вт. И каждый резистор естественно должен быть на это рассчитан. Потребляемая мощность всей цепи будет P=I*U=3.33A*10В=33,3Вт.

Сейчас я вам покажу какая  мощность будет для резисторов имеющих разное сопротивление.

Мощность потребляемая всей цепочкой,  изображенной на рисунке, будет равняться P=I*U=0.09A*10В=0,9Вт.

Теперь рассчитаем мощность потребляемую каждым резистором:
Для резистора R1: P=I*U=0.09A*0.9В=0,081Вт;

Для  резистора R2: P=I*U=0.09A*0.09В=0,0081Вт;

Для резистора R3: P=I*U=0.09A*9В=0,81Вт.

Из этих наших расчетов становится понятной закономерность:

• Чем больше общее сопротивление цепочки резисторов, тем меньше будет ток в цепи
• Чем больше сопротивление конкретного резистора в цепи, тем большая мощность будет на нем выделяться и тем больше он будет греться.

Поэтому становится понятной необходимость подбирать номиналы резисторов в соответствии с их потребляемой мощностью.

Параллельное соединение резисторов

С последовательным расположение резисторов думаю более менее понятно. Так давайте рассмотрим параллельное соединение резисторов.

Здесь на этом изображении схемы показано различное расположение резисторов. Хотя в заголовке я упомянул о параллельном соединении, думаю наличие  последовательно соединенного резистора R1 позволит нам разобраться в некоторых тонкостях.

Итак суть заключается в том что последовательная схема соединения резисторов  является делителем напряжения, а вот параллельное соединение представляет собой делитель тока.

Рассмотрим это подробнее.

Ток течет от точки с большим потенциалом к точке с меньшим потенциалом. Естественно, что ток из точки с потенциалом 10В стремится к точке нулевого потенциала — земле.  Маршрут тока будет : Точка10В —>>точка А—>>точка В—>>Земля.

На участке пути Точка 10 —Точка А, ток будет максимальным, ну просто потому, что ток бежит по прямой и не разделяется на развилках.

Далее по правилу Кирхгофа, ток будет раздваиваться. Получается ток в цепи резисторов R2 и R4 будет одним а в цепи с резистором R3 другим. Сумма токов этих двух участков будет равняться току  на самом первом отрезке (от источника питания до точки А).

Давайте рассчитаем эту схему и узнаем  значение тока на каждом участке.

Для начала узнаем  сопротивление участка цепи резисторов R2, R4

 

Значение резистора R3 нам известен и равен 100Ом.

Теперь находим сопротивления участка АВ. Сопротивление цепи резисторов, соединенных параллельно будет вычислено по формуле:

Ага, подставили в формулу наши значения для суммы резисторов R2 и R4 (Сумма равна 30 Ом и подставляется вместо формульной R1) и значение резистора R3 равное 100 Ом (Подставляется вместо формульной R2). Вычисленное значение сопротивления на участке АВ равняется 23 Ом.

Как видите выполнив несложные вычисления наша схема упростилась и свернулась и стала нам уже более знакомой.

Ну и полное сопротивление цепи будет равняться R=R1+R2=23Ом+1Ом=24Ом. Это мы нашли уже по формуле для последовательного соединения. Мы это рассматривали так что на этом останавливаться не будем.

Теперь ток на участке до разветвлений (участок Точка 10В —>>Точка А)  мы сможем найти по формуле Ома.

I=U/R=10В/24Ом=0,42A . Получилось 0,42 ампера.  Как мы уже обсуждали этот ток будет один на всем пути от точки максимального потенциала, до точки А. На участке А В, значение тока будет равно сумме токов с участков полученных после разделения.

 Чтобы определить ток на каждом участке между точками А и В, нам нужно найти напряжение между точками А и В.

Оно как уже известно  будет меньше  напряжения питания 10В. Его мы найдем по формуле U=I*R=0.42A*23Ом=9,66В.

Как вы могли заметить полный ток в точе А (равный сумме токов параллельных участков) умножается на результирующее сопротивление  запараллеленных (сопротивление резистора R1 мы не учитываем) участков цепи.

Теперь мы можем найти ток в цепи резисторов R2, R4. Для этого напряжение между точками А и В разделим на сумму этих двух резисторов. I=U/(R2+R4)=9.66В/ 30Ом=0,322А.

Ток в цепи резистора R3 тоже найти не сложно. I=U/R3=9.66В/100Ом=0,097А.

Как видите при параллельно соединении резисторов ток делится пропорционально значениям сопротивлений. Чем больше сопротивление резистора, тем меньше будет ток на этом участке цепи.

В тоже время напряжение между точками А и В, будет относиться  к каждому из параллельных участков (напряжение U=9.66В мы использовали для расчетов и там и там ).

Здесь хочется сказать как напряжение и ток  распределяются  по схеме.

Как я уже говорил ток до разветвления равен сумме токов после развилки. Впрочем умный мужик Кирхгоф нам это уже рассказывал.

Получается следующее: Ток I на развилке разделится на три I1, I2, I3, а затем снова воссоединится  в I как было и в самом начале, получаем I=I1+I2+I3.

Для напряжения или разности потенциалов, что есть одно и тоже будет следующее. Разность потенциалов между точками А и С (далее буду говорить напряжение  AC), не равна  напряжениям BE, CF,DG. В тоже время напряжения BE, CF,DG , будут равны между собой. Напряжение на участке FH вообще равно нулю, так как напряжению просто не на чем высаживаться (нет резисторов).

Думаю тему параллельного соединения резисторов я раскрыл, но если есть еще какие-то вопросы то пишите в комментариях, чем смогу помогу 🙂

Преобразование звезды в треугольник и обратно

Существуют схемы, в которых резисторы соединены так, что не совсем понятно где есть последовательное соединение а где параллельное. И как же с этим быть?

Для этих ситуаций есть способы упрощения схем и вот одни из них это преобразование треугольника в эквивалентную звезду или наоборот, если это необходимо.

 

Для преобразования треугольника в звезду считать будем по формулам:

Для того чтобы совершить обратное преобразование нужно воспользоваться несколько другими формулами:

С вашего позволения я не буду приводить конкретные примеры, все что требуется это только подставить в формулы конкретные значения и получить результат.

Этот метод эквивалентного преобразования будет служить хорошим подспорьем в мутных случаях, когда не совсем понятно с какой стороны подступиться к схеме. А тут порой поменяв звезду на треугольник ситуация проясняется и становится более знакомой.

Ну чтож дорогие друзья вот и все, что я хотел вам сегодня рассказать. Мне кажется эта информация будет полезной для вас и принесет свои плоды.

Хочу еще добавить, что многое из того что я здесь выложил очень хорошо расписано в книгах «Искусство схемотехники» и «Занимательная микроэлектроника», так что рекомендую прочитать обзорные статьи и скачать себе эти книжки. А будет еще лучше, если вы их раздобудете где-нибудь в бумажном варианте.

P.S. У меня на днях возникла одна идея о том как можно получить интересный способ заработка на знаниях электроники и вообще радиолюбительском хобби так что обязательно [urlspan]подпишитесь на обновления.[/urlspan]

Кроме того относительно недавно появился еще один прогрессивный способ подписки через форму  сервиса Email рассылок, так что люди подписываются и получают некие приятные бонусы, так что добро пожаловать.

 

А на этом у меня действительно все, я желаю вам успехов во всем , прекрасного настроения и до новых встреч.

С н/п Владимир Васильев.

Конструктор ЗНАТОК 320-Znat «320 схем»

Конструктор ЗНАТОК 320-Znat «320 схем» — это инструмент, который позволит получить знания в области электроники и электротехники а также достичь понимания процессов происходящих в проводниках.

Конструктор представляет собой набор полноценных радиодеталей имеющих спец. конструктив,  позволяющий их монтаж без помощи паяльника. Радиокомпоненты монтируются на специальную плату — основание, что позволяет в конечном итоге получить вполне функциональные радиоконструкции.

Используя этот конструктор можно собрать до 320 различных схем,  для построения которых есть развернутое и красочное руководство.  А если подключить фантазию в этот творческий процесс то можно получить бесчисленное количество различных радиоконструкций и   научиться анализировать их работу. Этот опыт я считаю очень важен и для многих он может оказаться бесценным.

Вот несколько примеров того, что Вы можете сделать благодаря этому конструктору:

Летающий пропеллер;
Лампа,включаемая хлопком в ладоши или струей воздуха;
Управляемые звуки звездных войн, пожарной машины или скорой помощи;
Музыкальный вентилятор;
Электрическое световое ружье;
Изучение азбуки Морзе;
Детектор лжи;
Автоматический уличный фонарь;
Мегафон;
Радиостанция;
Электронный метроном;
Радиоприемники, в том числе FM диапазона;
Устройство, напоминающее о наступлении темноты или рассвета;
Сигнализация о том, что ребенок мокрый;
Защитная сигнализация;
Музыкальный дверной замок;
Лампы при параллельном и последовательном соединении;
Резистор как ограничитель тока;
Заряд и разряд конденсатора;
Тестер электропроводимости;
Усилительный эффект транзистора;
Схема Дарлингтона.