Резистор

Резистор — это пассивный электронный компонент, предназначенный для создания заданного электрического сопротивления в цепях постоянного или переменного тока. Основной характеристикой резистора является номинальное сопротивление, измеряемое в омах (Ом), килоомах (кОм) и мегаомах (МОм). Резисторы используются для ограничения тока, деления напряжения, создания цепей обратной связи, согласования сигналов и в качестве нагрузочных элементов. Они являются одними из наиболее распространённых компонентов в электронной аппаратуре.

История

Открытие электрического сопротивления

Понятие электрического сопротивления было введено немецким физиком Георгом Омом в 1827 году, который установил закон, связывающий напряжение, ток и сопротивление (закон Ома). Первые практические резисторы представляли собой отрезки проволоки с высоким удельным сопротивлением, намотанные на изоляционный каркас.

Развитие технологий

В конце XIX века с развитием электротехники возникла потребность в компактных и стабильных резисторах. В 1880-х годах начали применяться угольные резисторы, изготавливаемые из смеси углерода и связующего вещества. В 1920-х годах появились проволочные резисторы с керамическим корпусом. Массовое производство плёночных резисторов, основанных на напылении тонкой проводящей плёнки на керамическую подложку, началось в середине XX века с развитием печатного монтажа.

Классификация

Резисторы классифицируются по нескольким основным признакам.

По материалу проводящего элемента

• Проволочные — изготавливаются намоткой проволоки из сплавов с высоким удельным сопротивлением (нихром, константан, манганин) на каркас. Отличаются высокой точностью, стабильностью и способностью рассеивать большую мощность, но имеют значительную паразитную индуктивность.
• Углеродистые (композиционные) — проводящий элемент выполнен из смеси графита и связующего вещества. Дешёвы, просты в производстве, но имеют высокий уровень шумов и нестабильность сопротивления.
• Металлоплёночные (металлооксидные) — на керамическое основание наносится тонкая плёнка металла (например, нихрома) или его оксида. Обладают низким уровнем шума, хорошей стабильностью и малыми габаритами.
• Металлостеклянные (керметные) — проводящая плёнка состоит из смеси металлического порошка и стекла. Используются для прецизионных (высокоточных) резисторов.
• Полупроводниковые — изготавливаются на основе полупроводниковых материалов (кремний, германий) и используются в интегральных микросхемах.

По способу монтажа

• Выводные (THT, Through-Hole Technology) — имеют гибкие выводы для монтажа в отверстия печатной платы. Классический тип, удобный для ручной сборки и экспериментов.
• SMD (Surface Mount Device) — компоненты для поверхностного монтажа, не имеющие выводов. Контактные площадки расположены на корпусе. Отличаются малыми размерами и пригодны для автоматизированной сборки.

По функциональному назначению

• Постоянные резисторы — имеют фиксированное сопротивление, не изменяющееся в процессе работы.
• Переменные резисторы (потенциометры) — позволяют изменять сопротивление вручную с помощью поворотного или движкового механизма. Используются для регулировки громкости, яркости, напряжения.
• Подстроечные резисторы — предназначены для однократной или редкой подстройки параметров схемы с помощью инструмента (отвёртки).
• Терморезисторы (термисторы) — сопротивление которых сильно зависит от температуры. Делятся на NTC-термисторы (с отрицательным температурным коэффициентом) и PTC-термисторы (с положительным).
• Фоторезисторы — сопротивление изменяется под действием света.
• Варисторы — сопротивление нелинейно зависит от приложенного напряжения; используются для защиты от перенапряжений.

Основные характеристики

Номинальное сопротивление

Значение сопротивления, указанное на корпусе резистора или в документации. Стандартные ряды номиналов (например, E6, E12, E24, E48, E96, E192) определяют допустимые значения сопротивлений с определённым шагом. Наиболее распространён ряд E24, содержащий 24 значения на декаду.

Допуск (точность)

Отклонение фактического сопротивления от номинального, выраженное в процентах. Стандартные допуски: ±0.1%, ±0.5%, ±1%, ±2%, ±5%, ±10%, ±20%. Для большинства бытовой электроники достаточно допуска ±5% или ±10%, в измерительной технике требуются прецизионные резисторы с допуском ±0.1% и менее.

Рассеиваемая мощность

Максимальная мощность, которую резистор может рассеивать в виде тепла без разрушения. Измеряется в ваттах (Вт). Стандартные значения: 0.0625 Вт (1/16 Вт), 0.125 Вт (1/8 Вт), 0.25 Вт, 0.5 Вт, 1 Вт, 2 Вт, 5 Вт, 10 Вт и более. Превышение допустимой мощности приводит к перегреву и выходу резистора из строя.

Температурный коэффициент сопротивления (ТКС)

Параметр, характеризующий изменение сопротивления при изменении температуры на 1 °C. Измеряется в ppm/°C (миллионных долях на градус Цельсия). Для обычных резисторов ТКС составляет от ±50 до ±500 ppm/°C, для прецизионных — менее ±10 ppm/°C.

Максимальное рабочее напряжение

Напряжение, которое может быть приложено к резистору без риска пробоя или электрического разряда. Для маломощных резисторов обычно составляет 200–500 В, для мощных — до нескольких киловольт.

Маркировка

Цветовая маркировка

Для выводных резисторов широко применяется цветовая кодировка в виде полосок на корпусе. Количество полосок может быть от 3 до 6. Первые полоски обозначают значащие цифры, следующая — множитель, последняя — допуск (и, иногда, температурный коэффициент). Цвета соответствуют цифрам от 0 до 9 (чёрный — 0, коричневый — 1, красный — 2, оранжевый — 3, жёлтый — 4, зелёный — 5, синий — 6, фиолетовый — 7, серый — 8, белый — 9). Золотой и серебряный цвета используются для множителей 0.1 и 0.01 соответственно, а также для обозначения допуска.

Цифровая маркировка

На SMD-резисторах малых размеров (например, 0402, 0603) часто наносится трёх- или четырёхзначный код. Первые две (или три) цифры — значащие, последняя — количество нулей. Например, «472» означает 47 × 10² = 4700 Ом = 4.7 кОм. Для резисторов с сопротивлением менее 10 Ом используется буква R для обозначения запятой (например, 4R7 — 4.7 Ом).

Применение

Резисторы являются одним из самых распространённых компонентов в электронике. Основные области применения:

• Ограничение тока — в цепях светодиодов, транзисторных ключей, зарядных устройств.
• Делители напряжения — для получения опорного напряжения, снижения уровня сигнала.
• Цепи обратной связи — в усилителях, стабилизаторах напряжения, генераторах.
• Согласование линий — для предотвращения отражений сигналов в высокочастотных цепях.
• Термо- и фоторезисторы — в датчиках температуры и освещённости.
• Варисторы — в устройствах защиты от импульсных перенапряжений (например, в блоках питания).
• Нагрузочные резисторы — для имитации нагрузки при тестировании источников питания.

Интересные факты

• Самый маленький резистор в мире (по состоянию на 2020-е годы) имеет размеры всего 0.2 × 0.1 мм и используется в микроэлектронике.
• В некоторых старых радиолампах резисторы изготавливались из графитовых стержней, которые могли быть длиной до нескольких сантиметров.
• Резисторы с нулевым сопротивлением (перемычки) выпускаются в виде SMD-компонентов для удобства автоматизированной сборки плат.
• В мощных резисторах (свыше 10 Вт) для отвода тепла применяются алюминиевые радиаторы или керамические корпуса с ребристой поверхностью.

Источники

• ГОСТ 28884-90 (МЭК 60063-63) «Ряды номинальных сопротивлений и допуски резисторов».
• ГОСТ 21342-75 «Резисторы. Система параметров».
• Хоровиц П., Хилл У. «Искусство схемотехники» (издание 3-е, 2003).
• Справочник по электронным компонентам (серия «Электроника»), издательство «Радио и связь».
• Техническая документация производителей (Yageo, Vishay, Panasonic).