Резистор и Закон Ома

Резисторы

 

 Резистор — 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 (current-limiting resistor)

 Стягивающий, подтягивающий резистор (pull-down / pull-up resistor)

 Делитель напряжения (voltage divider)

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! 

 

Рези́стор (англ. resistor, от лат. resisto — сопротивляюсь) — пассивный элемент электрической цепи, в идеале характеризуемый только сопротивлением электрическому току, то есть для идеального резистора в любой момент времени должен выполняться закон Ома для участка цепи: мгновенное значение напряжения на резисторе пропорционально току проходящему через него . На практике же резисторы в той или иной степени обладают также паразитной ёмкостью, паразитной индуктивностью и нелинейностью вольт-амперной характеристики.