что делают резисторы в цепи
Резисторы: последовательное и параллельное соединение, токоограничивающие и подтягивающие сопротивления
Резистор (сопротивление) — один из наиболее распространённых компонентов в электронике. Его назначение — простое: сопротивляться течению тока, преобразовывая его часть в тепло.
Основной характеристикой резистора является сопротивление. Единица измерения сопротивления — Ом (Ohm, Ω). Чем больше сопротивление, тем большая часть тока рассеивается в тепло. В схемах, питаемых небольшим напряжением (5 – 12 В), наиболее распространены резисторы номиналом от 100 Ом до 100 кОм.
Закон Ома
Закон Ома позволяет на заданном участке цепи определить одну из величин: силу тока I, напряжение U, сопротивление R, если известны две остальные:
Для обозначения напряжения наряду с символом U используется V.
Рассмотрим простую цепь
Расчитаем силу тока, проходящего через резистор R1 и, соответственно, затем через лампу L1. Для простоты будем предполагать, что сама лампа обладает нулевым собственным сопротивлением.
Аналогично, если бы у нас был источник питания на 5 В и лампа, которая по документации должна работать при токе 20 мА, нам нужно бы было выбрать резистор подходящего номинала.
В данном случае, разница в 10 Ом между идеальным номиналом и имеющимся не играет большого значения: можно смело брать стандартный номинал — 240 или 220 Ом.
Аналогично, мы могли бы расчитать требуемое напряжение, если бы оно было не известно, а на руках были значения сопротивления и желаемая сила тока.
Соединение резисторов
При последовательном соединении резисторов, их сопротивление суммируется:
При параллельном соединении, итоговое сопротивление расчитывается по формуле:
Если резистора всего два, то:
В частном случае двух одинаковых резисторов, итоговое сопротивление при параллельном соединении равно половине сопротивления каждого из них.
Таким образом можно получать новые номиналы из имеющихся в наличии.
Применеие на практике
Среди ролей, которые может выполнять резистор в схеме можно выделить следующие:
Токоограничивающий резистор
Пример, на котором рассматривался Закон Ома представляет собой также пример токоограничевающего резистора: у нас есть компонент, который расчитан на работу при определённом токе — резистор снижает силу тока до нужного уровня.
В случае с Ардуино следует ограничивать ток, поступающий с выходных контактов (output pins). Напряжение, в состоянии, когда контакт включен (high) составляет 5 В. Исходя из документации, ток не должен превышать 40 мА. Таким образом, чтобы безопасно увести ток с контакта в землю понадобится резистор номиналом R = U / I = 5 В / 0.04 А = 125 Ом или более.
Стягивающие и подтягивающие резисторы
Стягивающие (pull-down) и подтягивающие (pull-up) резисторы используются в схемах рядом со входными контактами логических компонентов, которым важен только факт: подаётся ноль вольт (логический ноль) или не ноль (логическая единица). Примером являются цифровые входы Ардуино. Резисторы нужны, чтобы не оставить вход в «подвешенном» состоянии. Возьмём такую схему
Мы хотим, чтобы когда кнопка не нажата (цепь разомкнута), вход фиксировал отсутствие напряжения. Но в данном случае вход находится в «никаком» состоянии. Он может срабатывать и не срабатывать хаотично, непредсказуемым образом. Причина тому — шумы, образующиеся вокруг: провода действуют как маленькие антенны и производят электричество из электромагнитных волн среды. Чтобы гарантировать отсутствие напряжения при разомкнутой цепи, рядом с входом ставится стягивающий резистор:
Теперь нежелательный ток будет уходить через резистор в землю. Для стягивания используются резисторы больших сопротивлений (10 кОм и более). В моменты, когда цепь замкнута, большое сопротивление резистора не даёт большей части тока идти в землю: сигнал пойдёт к входному контакту. Если бы сопротивление резистора было мало (единицы Ом), при замкнутой цепи произошло бы короткое замыкание.
Аналогично, подтягивающий резистор удерживает вход в состоянии логической единицы, пока внешняя цепь разомкнута:
То же самое: используются резисторы больших номиналов (10 кОм и более), чтобы минимизировать потери энергии при замкнутой цепи и предотвратить короткое замыкание при разомкнутой.
Делитель напряжения
Делитель напряжения (voltage divider) используется для того, чтобы получить из исходного напряжения лишь его часть. Например, из 9 В получить 5. Он подробно описан в отдельной статье.
Мощность резисторов
Резисторы помимо сопротивления обладают ещё характеристикой мощности. Она определяет нагрузку, которую способен выдержать резистор. Среди обычных керамических резисторов наиболее распространены показатели 0.25 Вт, 0.5 Вт и 1 Вт. Для расчёта нагрузки, действующей на резистор, используйте формулу:
При превышении допустимой нагрузки, резистор будет греться и его срок службы может сильно сократиться. При сильном превышении — резистор может начать плавиться и вызвать воспламенение. Будьте осторожны!
Все про резисторы
Свойства в теории и практике
Основное свойство этой радиодетали – это сопротивление. Измеряется в омах (Ом).
Разберем для начала понятие активного сопротивления. Оно так называется потому, что есть у всех материалов (даже у сверхпроводников, пусть и 0,00001 Ом). И именно оно является основным у резисторов.
Что говорит теория
В теории у резистора есть постоянное сопротивление, которое на зависит от внешних условий (температуры, давления, напряжения и т.п.).
График зависимости тока от напряжения прямолинеен. 
В идеальных и математических условиях у резистора только активное сопротивление. По типам бывают нелинейные и линейные резисторы.
Что на самом деле
На самом у всех резисторов непрямолинейная зависимость тока от напряжения. То есть, его сопротивление тоже зависит от внешних условий, конкретно от температуры. 
Конечно, эта зависимость не такая, как у полупроводников, но она есть. И самое главное, у этой радиодетали есть емкость и индуктивность. Помимо активного сопротивления, есть еще и реактивное.
Реактивное сопротивление отличается от активного тем, что оно по разному пропускает электрический ток на разных частотах.
Например, для постоянного тока сопротивление 200 Ом, а если есть высокие значения индуктивности, то на частотах выше 2 кГц, сопротивление будет уже 250 Ом.
Именно поэтому резисторы делаются из разных материалов. Они бывают керамическими, углеродными, проволочными и у них разные допуски и погрешности. SMD деталь обладает меньшей емкостью и индуктивностью, чем DIP.
Еще существует специальные типы резисторов с более выраженной нелинейной вольт-амперной характеристикой. Если у обычных резисторов вольт-амперный график чуть-чуть не линейный, то у такого типа деталей он лавинообразный.
У них сопротивление резко зависит от внешних условий, не так. как у обычных:
Кроме того, еще одна особенность активного сопротивления – выделение тепла, когда проходит электрический ток. Когда протекает электрический ток замкнутой цепи, электроны ударяются об атомы. И поэтому выделяется тепло. Тепло измеряется в мощности. Она рассчитывается исходя из напряжения и тока.
Одна из популярных функций резисторов это снижение напряжения и ограничения тока. Например, если через резистор проходит ток 0,25 А и на нем есть падение напряжения 1 В, то мощность, которая будет на нем рассеиваться это 0,25 Вт.
И из-за этого и существуют резисторы с разной рассеиваемой мощностью. Нельзя ставить резистор 0,125 Вт на место 1 Вт. Он начнет греться, трескаться, чернеть. А потом и сгорит. Потому, что не рассчитан на такую мощность.
Обозначения на схемах
На схемах в Европе и СНГ обознается прямоугольником и латинской букой R. Согласно ГОСТу, на отечественных схемах не указывается номинал сопротивления, а только номер детали (R). Однако, если под изображением детали указано число, например 120, оно по умолчанию читается как 120 Ом. 
| Основное обозначение |  |
| 0,125 Вт |  |
| 0,25 Вт |  |
| 0,5 Вт |  |
| 1 Вт |  |
| 2 Вт |  |
| 5 Вт |  |
| Переменный |  |
| Подстроечный |  |
Типы включения и примеры использования
Основные типы включения это последовательные и параллельные соединения.
Последовательно сопротивление рассчитывается просто. Достаточно все сложить.
При последовательном соединении напряжение распределяется по резисторам согласно их сопротивлениям.
Это второе правило Кирхгофа. Например, напряжение 12 В, а пара резисторов по 1 кОм.
Соответственно, на каждом из них по 6 В. Это простой пример делителя напряжения. Здесь пара деталей делит напряжение, и благодаря этому можно получить необходимое напряжение.
Однако, если вы хотите использовать делитель напряжения для питания цепи, то должны помнить, что нужно согласовать сопротивления. В этой схеме сопротивление 1 кОм. Если вы подключите к ней нагрузку меньше этого сопротивления, то она не получит напряжения на свои выводы в полном объеме. Поэтому, все схемы с делителями напряжения должны быть рассчитаны и согласованы друг с другом.
Здесь R1 и R2 образуют делитель напряжения, они выполняют роль делителя напряжения. Между этими двумя резисторами и базой транзистором протекает ток, который открывает транзистор.
Это необходимо для того, чтобы он работал без искажений.
Параллельное включение
При параллельном соединении радиодеталей, общее сопротивление цепи снижается. Если два резистора по 1 кОм соединены параллельно, то общее будет равно меньше 0,5 кОм, т.е. сопротивление цепи (эквивалентное) равно половине самого наименьшего.
В таком соединении наблюдается первое правило Кирхгофа. В точку соединения направляется ток в 1 А, а в узле он расходится на два направления по 0,5 А.
Формулы расчета
Для двух резисторов: 
Для более: 
Для тока параллельное соединение — это как вторая дорога или обходной путь. Еще такой тип соединения называют шунтированием. В качестве примера можно привести амперметр. Чтобы увеличить его шкалу показаний, достаточно подключить параллельно резистору еще один шунтирующий.
Его сопротивление рассчитывается по формуле:
Эквивалентное соединение
В схеме усилителя к эмиттеру транзистора VT1 подключена пара из резистора R3 и конденсатора C2. 
В этом случае VT1 и R3 подключены последовательно друг к другу. Зачем это надо? Когда усилитель работает, транзистор начинает нагреваться и его сопротивление снижается. R3, как и в случае со светодиодом, не позволяет транзистору перегреваться. Он балансирует общее сопротивление, чтобы транзистор не вносил искажения в сигнал. Это называется режим термостабилизации.
А конденсатор C2 подключен к R3 параллельно. И это нужно для того, чтобы при нормальном режиме работы усилителя, переменный сигнал прошел без потерь. Так работает параллельный фильтр.
Фильтры и резисторы
С помощью резисторов и конденсаторов можно делать фильтры. Так называются RC фильтры.
Эта пара может разделять сигнал на постоянные и переменные составляющие.
В качестве примера рассмотрим ФНЧ и ФВЧ.
В схеме фильтра низких частот конденсатор C1 забирает на себя высокочастотные токи. Его сопротивление для них намного меньше, чем у нагрузки. Он шунтирует нагрузку. Таким образом, можно получить низкую частоту, отделив от нее все высокие составляющие. 
В фильтре высоких частот наоборот. Высокие частоты свободно проходят через C1, и если в сигнале есть низкочастотные, то они пойдут через R1.
Такие фильтры бывают разные по конструкции. П образные, Г образные и т.п. Конкуренцию резистору может составить катушка индуктивности или дроссель. У них меньше активное сопротивление, но реактивное больше. Благодаря этому снижаются потери от активного сопротивления.
Что необходимо знать о резисторах?
Резистор: кусочек материала, сопротивляющийся прохождению электрического тока. К обоим концам присоединены клеммы. И всё. Что может быть проще?
Оказывается, что это совсем не просто. Температура, ёмкость, индуктивность и другие параметры играют роль в превращении резистора в довольно сложный компонент. И использовать его в схемах можно по-разному, но мы сконцентрируемся на разных видах резисторов фиксированного номинала, на том, как их делают и как они могут пригодиться в разных случаях.
Начнём с самого простого и старого.
Углеродные композиционные резисторы
Углеродный композит в проигрывателе
Их часто называют «старыми» резисторами. Они широко применялись в 1960-х, но с появлением других типов резисторов и благодаря достаточно большой себестоимости, их использование сейчас ограничено. Они состоят из смеси керамического порошка с углеродом, связанных при помощи смолы. Углерод хорошо проводит ток, и чем больше его в смеси, тем меньше сопротивление. Провода присоединяются с концов. Они покрываются краской или пластиком, служащими изоляцией, а сопротивление и допуск обозначаются цветными полосками.
Сопротивление таких резисторов можно перманентно изменить, подвергнув их высокой влажности, высокому напряжению или перегреву. Допуск составляет 5% или более. Это просто твёрдый цилиндр с хорошими высокочастотными характеристиками. Также они хорошо переносят перегрев, несмотря на свой малый размер, и всё ещё используются в блоках питания и сварочных контроллерах.
Однако их возраст не остановил меня от использования мешка таких резисторов, купленных мною в комиссионке с целью изготовления различных сопротивлений, которые были нужны мне для моего проекта муз. проигрывателя 555. На фото как раз моя поделка.
Углеродно-плёночные резисторы
Производятся нанесением слоя чистого углерода на керамический цилиндр и последующего удаления углерода с целью формирования спирали. Итог покрывается кремнием. Толщина слоя и ширина оставшегося углерода управляют сопротивлением, а допуск таких резисторов бывает от 2%, лучше, чем у предыдущих. Благодаря чистому углероду сопротивление меньше меняется с температурой.
Температурный коэффициент сопротивления углеродно-плёночных резисторов составляет от 200 до 500 ppm/C – миллионных долей на градус Цельсия. 200 ppm/C значит, что с каждым градусом сопротивление не изменится больше, чем на 200 Ом на каждый МОм общего сопротивления. В процентах это можно выразить как 0,02%/C. Если температура изменится на 80 С, при показателе 200 ppm/C сопротивление резистора поменяется на 1,6%, или на 16 кОм.
Такие резисторы выпускаются номиналом от 1 Ом до 10 кОм, мощностью от 1/16 Вт до 5 Вт и выдерживают напряжения в несколько киловольт. Обычно используются в высоковольтных блоках питания, рентгеновских аппаратах, лазерах и радарах.
Металлическая плёнка
Металлическая плёнка делается схожим с углеродной образом, путём размещения металлического слоя (часто это никель хром) на керамике, с последующим вырезанием спирали. Согласно документации от производителя Vishay, после присоединения клемм спираль раньше обрабатывали шлифовкой, но сейчас для этого используют лазеры. Результат покрывается лаком и помечается цветовой кодировкой или текстом.
Сопротивление резисторов из металлической плёнки меняется меньше, чем у углеродно-плёночных. ТКС находится в районе 50-100 ppm/C. 50 ppm/C аналогичны 0,005%/C. Использовав аналогичный приведённому выше пример с резистором в 1 МОм, изменение температуры на 80 С приведёт в случае резистора 50 ppm/C к изменению сопротивления на 0,4%, или на 4 кОм.
Допуск у них меньше, порядка 0,1%. Также обладают хорошими шумовыми характеристиками, низкой нелинейностью и хорошей стабильностью по времени, и используются для множества целей.
Плёнка из оксида металла
Случай схож с металлической плёнкой, только обычно используется оксид олова с примесью оксида сурьмы. Ведут себя такие резисторы лучше, чем углеродные или металлические плёнки, если говорить о напряжении, перегрузках, скачках и высоких температурах. Резисторы на углеродной плёнке работают до 200 С, на металлической – до 250-300 С, а резисторы на плёнке из оксида – до 450 С. При этом их стабильность весьма хромает.
Проволочные резисторы
Производятся намоткой провода на пластиковый, керамический или стекловолоконный цилиндр. Поскольку провод можно отрезать довольно точно, номинал их сопротивления можно выбрать с большой точностью с допуском не хуже 0,1%. Чтобы получить резистор с высоким сопротивлением, нужно использовать очень тонкий и длинный провод. Провод можно сделать тоньше для меньшей мощности или толще для большей мощности. Его можно изготавливать из большого числа металлов и сплавов, включая никель хром, медь, серебро, хромистой стали и вольфрама.
Разрабатываются с прицелом на возможность работы при высоких температурах: вольфрамовые выдерживают температуры до 1700 С, серебряные – от 0 до 150 С. ТКС у высокоточных проволочных резисторов составляет порядка 5 ppm/C. У резисторов, предназначенных для высоких мощностей, ТКС выше.
Работают на мощностях от 0,5 Вт до 1000 Вт. Резисторы на несколько сотен Вт могут быть покрыты высокотемпературным кремнием или стекловидной эмалью. Для увеличения теплоотвода могут быть оборудованы алюминиевым кожухом с пластинами, работающими как радиатор.
Виды намотки
Поскольку это практически катушки, у них присутствует индуктивность и ёмкость, из-за чего на высоких частотах они ведут себя плохо. Для уменьшения этих эффектов применяются различные хитрые схемы намотки, например, бифилярная, намотка на плоском носителе, и намотка Аэртона-Перри.
У бифилярной намотки отсутствует индукция, но высокая ёмкость. Намотка на плоском и тонком носителе сближает провода и уменьшает индукцию. Намотка Аэртона-Перри, благодаря тому, что провода идут в разных направлениях и находятся близко друг от друга, уменьшает самоиндукцию и ёмкость, поскольку в местах пересечения напряжение одинаково.
Потенциометры делают на основе проволочных резисторов благодаря их надёжности. Также они используются в прерывателях и предохранителях. Их индукцию можно увеличить и использовать их как датчики тока, измеряя индуктивное сопротивление.
Фольговые резисторы
Используют фольгу толщиной в несколько микрон, обычно из никель хрома с добавлениями, расположенную на керамической подложке. Они наиболее стабильные и точные из всех, даром что существуют с 1960-х. Необходимое сопротивление достигается фототравлением фольги. Не имеют индуктивности, обладают низкой ёмкостью, хорошей стабильностью и быстрой тепловой стабилизацией. Допуск может быть в пределах 0,001%.
ТКС составляет 1 ppm/C. При изменении температуры на 80 С мегаомный резистор поменяет сопротивление всего на 0.008% или 80 Ом. Интересен способ, которым достигается подобная точность. При увеличении температуры увеличивается и сопротивление. Но резистор делается так, что увеличение температуры приводит к сжатию фольги, из-за чего сопротивление падает. Суммарный эффект приводит к тому, что сопротивление почти не меняется.
Хорошо подходят для аудиопроектов с токами высоких частот. Также подходят для проектов, требующих высокую точность, например, электронных весов. Естественно, используются в областях, где ожидаются большие колебания температуры.
Толстоплёночные и тонкоплёночные резисторы
В основном применяются для поверхностного монтажа. Плёнка в толстоплёночных резисторах в 1000 раз толще, чем в тонкоплёночных. Это самые дешёвые резисторы, так как толстая плёнка дешевле.
Тонкооплёночные резисторы изготавливаются ионным напылением никель хрома на изолирующую подложку. Затем применяется фототравление, абразивная или лазерная чистка. Толстоплёночные изготавливаются печатью по трафарету. Плёнка представляет собой смесь связующего вещества, носителя и оксида металла. В конце процесса применяется абразивная или лазерная чистка.
Допуск тонкоплёночных резисторов находится на уровне 0,1%, а ТКС – от 5 до 50 ppm/C. У толстоплёночных допуск бывает 1%, а ТКС — 50 до 200 ppm/C. Тонкоплёночные резисторы меньше шумят.
Тонкоплёночные резисторы применяются там, где требуется высокая точность. Толстоплёночные можно использовать практически везде – в некоторых ПК можно насчитать до 1000 толстоплёночных резисторов поверхностного монтажа.
Существуют и другие виды резисторов постоянного номинала, но в ящичках для резисторов вы, скорее всего, встретите один перечисленных.