Как работает переменный резистор и схема подключения

Что такое резистор

Это название берет свое начало от англ. resist, что переводится как «сопротивляться». Поэтому резистор еще называют сопротивлением.

Электрический ток, поступающий к различным приборам, в силу разных причин испытывает сдерживающий эффект. Его величина зависит от типа проводника и внешних условий.

Величина такого влияния на электроток измеряется в омах. Чем лучше резистор способен рассеять мощность в тепловую энергию, тем он больше. Его работа не должна мешать соседним деталям схемы, поэтому учитывается тот нагрев, который выделяется при уменьшении силы тока.

Роль, которую играет в цепи этот элемент, переоценить трудно. Резистор позволяет обеспечить стабильность работы системы и контролирует напряжение.

Другие составляющие схемы также несколько рассеивают силу тока, однако у него это главная задача. Вот почему резистор — это сопротивление.

Это пассивный элемент электронной схемы. Но его роль тяжело переоценить.

Постоянные, переменные и подстрочные резисторы

Постоянный резистор — это деталь с двумя выводами, которая вносит в электрическую цепь постоянное сопротивление.

Постоянный резистор представляет собой стержень из диэлектрического материала (чаще всего из керамики) на поверхности которой нанесена токопроводящая пленка из углерода или металлического сплава.

На торцы стержня плотно насажены «чашечки», переходящие в проволочные выводы. Чем тоньше плёнка, тем больше сопротивление.

На поверхность стержня могут наноситься канавки, увеличивающие сопротивление. Резистор с небольшим значением сопротивления может представлять собой керамическое основание с намотанным на него тонким проводом.

Для защиты резистивного слоя сверху наносится слой компаунда или лака, поверх которого наносится буквенно-цифровая маркировка или маркировка в виде нескольких цветных колец.

Раньше выводы резисторов в большинстве случаев были медными. Теперь же часто основу этих выводов составляет железо (которое дешевле меди).

Очень часто возникает задача изменить вносимое в электрическую цепь сопротивление. Это задачу выполняют переменные или подстроечные резисторы, у которых три (или более) вывода.

Переменные резисторы отличаются тем, что токопроводящий слой на них нанесен виде подковы, к концам которой подключены два неподвижных вывода.

Третий вывод – подвижный — скользит по подкове, поэтому при перемещении его сопротивление между ним и крайними выводами меняется.

Положение подвижного вывода можно менять посредством соединенной с ним вращающейся рукоятки.

Подстроечный резистор отличается от переменного тем, что в нем труднее повернуть рукоятку.

Часто в рукоятке подстроечного резистора делают прорези под шлиц отвертки.

Иногда после регулировки электрической схемы рукоятку заливают компаундом или полиэтиленом — чтобы невозможно было ее повернуть и сбить настройку.

Кстати, регулятор громкости в ваших настольных акустических системах – это переменный резистор.

Материалы, из которых изготавливаются резисторы

В мире можно найти резисторы, изготовленные из самых разных материалов, каждый из которых имеет свои свойства и определенные области применения. Большинство инженеров-электронщиков используют типы, указанные ниже.

Проволочные резисторы

Рисунок 9 – Проволочные резисторы

Проволочные резисторы изготавливаются путем наматывания по спирали проволоки с высоким сопротивлением вокруг непроводящего сердечника. Обычно они применяются там, где нужна высокая точность или большая мощность. Сердечник обычно изготавливается из керамики или стекловолокна, а резистивная проволока из никель-хромового сплава, которая не подходит для приложений с частотами выше 50 кГц. Достоинствами проволочных резисторов являются низкий уровень шума и устойчивость к колебаниям температуры. Доступны резисторы со значениями сопротивления от 0,1 до 100 кОм и с точностью от 0,1% до 20%.

Металлопленочные резисторы

Рисунок 10 – Металлопленочные резисторы

Для металлопленочных резисторов обычно используют нитрид нихрома или тантала. Резистивный материал обычно составляет комбинация керамического материала и металла. Значение сопротивления изменяется путем вырезания с помощью лазера или абразива спирального рисунка в пленке, очень похожей на углеродную пленку. Металлопленочные резисторы обычно менее стабильны при изменениях температуры, чем проволочные резисторы, но лучше справляются с более высокими частотами.

Металлооксидные пленочные резисторы

Рисунок 11 – Металлооксидные пленочные резисторы

В металлооксидных резисторах используются оксиды металлов, такие как оксид олова, что немного отличает их от металлопленочных резисторов. Эти резисторы надежны и стабильны и работают при более высоких температурах, чем металлопленочные резисторы. По этой причине металлооксидные пленочные резисторы используются в приложениях, требующих высокой износостойкости.

Фольговые резисторы

Рисунок 12 – Фольговые резисторы

Фольговый резистор, разработанный в 1960-х годах, по-прежнему остается одним из самых точных и стабильных типов резисторов, которые вы найдете, и которые используются в приложениях с высокими требованиями к точности. Резистивный элемент составляет тонкая объемная металлическая фольга, которая приклеена на керамическую подложку. Фольговые резисторы имеют очень низкий температурный коэффициент сопротивления (ТКС).

Углеродные композиционные резисторы

Рисунок 13 – Углеродные композиционные резисторы

До 1960-х годов углеродные композиционные резисторы были стандартом для большинства приложений. Они надежны, но не очень точны (их допуск не может быть лучше примерно 5%). Для резистивного элемента углеродных резисторов используется смесь мелких частиц углерода и непроводящего керамического материала. Резистивному веществу придают форму цилиндра и запекают. Величину сопротивления определяют размеры корпуса и соотношение углерода и керамики. Использование большего количества углерода в процессе означает более низкое сопротивление. Углеродные композиционные резисторы по-прежнему полезны для определенных приложений из-за своей способности выдерживать мощные импульсы, хорошим примером применения может быть источник питания.

Углеродные пленочные резисторы

Углеродные пленочные резисторы представляют собой тонкую углеродную пленку (разрезанную по спирали для увеличения резистивного пути) на изолирующем цилиндрическом сердечнике. Такая конструкция позволяет получить более точное значение сопротивления, а также увеличивает величину сопротивления. Углеродные пленочные резисторы намного точнее, чем углеродные композиционные резисторы. В приложениях, требующих стабильности на высоких частотах, используются специальные углеродные пленочные резисторы.

Погрешность

Маркировка с четырьмя-пятью полосами для выводных резисторов стала уже традиционной. Она указывает на точность. Чем больше полос, тем выше этот показатель. SMD-резисторы для поверхностного монтажа на плате с допусками на 2, 5 и 10 процентов обозначаются цифрами. Первый порядок цифр необходимо умножить на десять в третьей степени.

Буква «R» указывает на точку десятичной дроби. Например, маркировка R473 показывает, что 0,47 необходимо умножить на десять в третьей степени, что в сумме составит 470 Ом. Остальные две цифры и букву применяют для обозначения типоразмеров. Буква указывает на показатель степени десятки.

Резисторы являются одним из важных компонентов печатной платы. Они не только понижают напряжение и ток, а также рассеивают тепло. Каждый компонент имеет цветные полоски, соответствующие их номинальным характеристикам.

Резюме

• Устройства, называемые резисторами, предназначены для обеспечения точного значения сопротивления в электрических цепях. Резисторы оцениваются как по их сопротивлению (Ом), так и по их способности рассеивать тепловую энергию (Вт).
• Номинальное сопротивление резистора не может быть определено по его физическому размеру, хотя судя по размеру можно сказать о приблизительном значении номинальной мощности. Чем больше резистор, тем большую мощность он может рассеять без повреждений.
• Любое устройство, которое выполняет с помощью электроэнергии какую-либо полезную задачу, обычно называют нагрузкой. Иногда символ резисторов используется в схемах для обозначения неконкретизированной нагрузки, а не для реального резистора.

Подключение светодиода через резистор

Схема подключения светодиода

С учетом представленных данных можно сделать несколько важных промежуточных выводов:

• резистивные защитные схемы применяют при маленькой мощности;
• они не выполняют функции стабилизации;
• пассивный элемент не способен гасить импульсные броски напряжения.

Приемлемые показатели эффективности можно получить при создании:

• датчиков;
• индикаторов;
• сигнализаторов.

Для маленькой локальной подсветки аквариума такое решение подойдет. Однако вряд ли будет приемлемым длительное потребление большого количества энергии. Отсутствие стабилизации проявляется заметным изменением яркости при увеличении/уменьшении напряжения.

Особенности измерения сопротивления резистора мультиметром

Для того, чтобы узнать сопротивление резистора, нужно воспользоваться обычным мультиметром. Принцип измерений основан на законе Ома, который гласит, что сила тока находится в прямой пропорциональной зависимости от напряжения и обратно пропорциональной от сопротивления. Определение сопротивления происходит косвенным путем по формуле R = U/I. То есть, при известных напряжении и силе тока легко определить сопротивление.

Если ранее применялись стрелочные тестеры, то сегодня радиолюбители для проверки исправности резисторов чаще всего используют цифровые мультиметры с круговым переключателем, с помощью которого выставляется тип рабочего режима и диапазон измерений.

Цифровой тестер для проверки резисторов

Для измерения величины R переключатель выставляют в диапазон Ω. В комплекте к такому прибору идет один комплект щупов, имеющих разную расцветку. Принято красный щуп вставлять в отверстие com, а черный – VΩCX+.

Основные параметры

Выбирать переменный резистор необходимо не только по стандартным параметрам — сопротивлению, рассеиваемой мощности и допустимой погрешности

Как вы уже, наверное, поняли, придется еще и другие принять во внимание:

• Диапазон изменения сопротивлений. Стоит обычно две цифры — минимальная и максимальная.
• Рабочая температура.
• Тепловое сопротивление. Показывает насколько увеличивается сопротивление при нагреве.
• Эффективный угол поворота регулятора.

Параметры мощных переменных резисторов

Конечно, основные параметр важны и именно они являются определяющими

Но стоит обращать внимание и на температурный режим

Если оборудование будет работать в помещении, важно, чтобы резистор не перегревался. Для техники, которая будет эксплуатироваться на открытом воздухе, важен нижний диапазон — если предусматривается работа в зимнее время, они должны переносить минусовые температуры

Для техники, которая будет эксплуатироваться на открытом воздухе, важен нижний диапазон — если предусматривается работа в зимнее время, они должны переносить минусовые температуры.

Подстроечные резисторы.

Подстроечные резисторы являются разновидностью переменных и служат для разовой и точной настройки радиоэлектронной аппаратуры в процессе ее монтажа, наладки или ремонта. В качестве подстроечных используют как переменные резисторы обычного типа с линейной функциональной характеристикой, ось которых выполнена «под шлиц» и снабжена стопорным устройством, так и резисторы специальной конструкции с повышенной точностью установки величины сопротивления.

В основной своей массе подстроечные резисторы специальной конструкции изготавливают прямоугольной формы с плоским

иликольцевым резистивным элементом. Резисторы с плоским резистивным элементом (а ) имеют поступательное перемещение контактной щетки, осуществляемое микрометрическим винтом. У резисторов с кольцевым резистивным элементом (б ) перемещение контактной щетки осуществляется червячной передачей.

При больших нагрузках используются открытые цилиндрические конструкции резисторов, например, ПЭВР.

На принципиальных схемах подстроечные резисторы обозначаются также как и переменные, только вместо знака регулирования используется знак подстроечного регулирования.

[править] Классификация переменных резисторов

По функциональному назначению

• Регулировочные резисторы — используются для многократной регулировки режимов работы электронной аппаратуры и имеют ресурс работы более 5000 циклов регулирования сопротивления.
• Подстроечные резисторы предназначены для разовой или периодической настройки сопротивления. Ресурс их работы — не менее 500 циклов.

По конструктивному исполнению

• Одноэлементные переменные резисторы.
• Многоэлементны пепеременные резисторы. Регулирование сопротивления резистивных элементов в многоэлементном резисторе может быть синхронным или независимым. сдвоенные
• строенные

Переменные резисторы, совмещённые с выключателем.

По типу подвижной системы резистора:

• с круговым перемещением подвижного контакта
• с прямолинейным перемещением подвижного контакта
• однооборотные и многооборотные
• с фиксацией и без фиксации

По конструктивному исполнению резистивного элемента:

• Проволочные (резистивный элемент выполнен из проволоки на основе сплавов с высоким удельным сопротивлением)
• Непроволочные Плёночные (тонкослойные). Резистивный элемент представляет собой плёнку толщиной не более 50 мкм, нанесённую на поверхность изоляционного основания.
• Объёмные. Резистивный элемент имеет толщину более 0,1 мм.

По климатическому исполнению :

• Обычное.
• Тропическое.

По способу монтажа

• Для печатного монтажа.
• Для навесного монтажа. Имеют выводы в виде лепестков.

Конструкция резистора может предусматривать фиксацию корпуса.

Как проверить резистор

Для проверки резистора подойдет практически любой мультиметр. С постоянным резистором могут произойти только две неприятности:

• Обрыв резистора — его сопротивление стремится к бесконечности;
• Сильное изменение сопротивления.

В электрической схеме легко заметить подгоревший резистор — в этом случае он обязательно должен был подвергнуть прозвонке при помощи мультиметра. Необходимо заметить, что обрыв резистора может произойти и без изменения внешнего вида (без «подгорания»).

Процесс проверки резистора следующий:

1. Определяете сопротивление по цифровой или цветовой маркировке;
2. Выставляете мультиметр в режим измерения сопротивления исходя из номинала резистора;
3. Проверяете соответствие сопротивления указанному на корпусе.

Если сопротивление резистора находится в допустимых пределах (для углеродистых отечественных резисторов С1-4 допустимые отклонения от номинала могут доходить до ±10 %), то резистор исправен. В противном случае он нуждается в замене.

Процесс проверки постоянных резисторов при помощи цифрового мультиметра продемонстрирован в видео ниже.

Проверка переменных резисторов немного сложнее. Необходимо проверить качество контакта щетки с токопроводящим элементом. В некоторых случаях неисправный переменный резистор можно отремонтировать.

Обозначение переменных резисторов на схемах.

На принципиальных схемах переменные резисторы обозначаются также как и постоянные, только к основному символу добавляется стрелка, направленная в середину корпуса. Стрелка обозначает регулирование и одновременно указывает, что это средний вывод.

Иногда возникают ситуации, когда к переменному резистору предъявляются требования надежности и длительности эксплуатации. В этом случае плавное регулирование заменяют ступенчатым, а переменный резистор строят на базе переключателя с несколькими положениями. К контактам переключателя подключают резисторы постоянного сопротивления, которые будут включаться в цепь при повороте ручки переключателя. И чтобы не загромождать схему изображением переключателя с набором резисторов, указывают только символ переменного резистора со знаком ступенчатого регулирования

. А если есть необходимость, то дополнительно указывают и число ступеней.

Для регулирования громкости и тембра, уровня записи в звуковоспроизводящей стереофонической аппаратуре, для регулирования частоты в генераторах сигналов и т.д. применяются сдвоенные потенциометры

, сопротивления которых изменяется одновременно при поворотеобщей оси (движка). На схемах символы входящих в них резисторов располагают как можно ближе друг к другу, а механическую связь, обеспечивающую одновременное перемещение движков, показывают либо двумя сплошными линиями, либо одной пунктирной линией.

Принадлежность резисторов к одному сдвоенному блоку указывается согласно их позиционному обозначению в электрической схеме, где R1.1

является первым по схеме резистором сдвоенного переменного резистора R1, аR1.2 — вторым. Если же символы резисторов окажутся на большом удалении друг от друга, то механическую связь обозначают отрезками пунктирной линии.

Промышленностью выпускаются сдвоенные переменные резисторы, у которых каждым резистором можно управлять отдельно, потому что ось одного проходит внутри трубчатой оси другого. У таких резисторов механическая связь, обеспечивающая одновременное перемещение, отсутствует, поэтому на схемах ее не показывают, а принадлежность к сдвоенному резистору указывают согласно позиционному обозначению в электрической схеме.

В переносной бытовой аудиоаппаратуре, например, в приемниках, плеерах и т.д., часто используют переменные резисторы со встроенным выключателем, контакты которого задействуют для подачи питания в схему устройства. У таких резисторов переключающий механизм совмещен с осью (ручкой) переменного резистора и при достижении ручкой крайнего положения воздействует на контакты.

Как правило, на схемах контакты включателя располагают возле источника питания в разрыв питающего провода, а связь выключателя с резистором обозначают пунктирной линией и точкой, которую располагают у одной из сторон прямоугольника. При этом имеется в виду, что контакты замыкаются при движении от точки, а размыкаются при движении к ней.

[править] Системы обозначения резисторов

Ранние системы обозначения

До 1968 года в СССР не существало стандартизированной системы обозначений резисторов. В основу обозначений брались различные конструктивные признаки и технические особенности.

Примеры обозначений

• ППБ — проволочные переменные бескаркасные;
• СПО — сопротивления переменные объёмные;
• СП-I — СП-IV — переменные композиционные плёночные;

ГОСТ 12453-68

Классификация введена начиная с 1968 года.

Обозначения переменных резисторов состоят из двух букв — СП

(сопротивление переменное) и двух цифр, первая из которых указываает на вид резистивного элемента, а вторая — номер конструктивной разработки изделия.

Наименование резистора	Вид резистивного элемента
СП2	Металлоплёночный или полупроводниковый тонкослойный металлоокисный
СП3	Плёночный композиционный
СП4	Объёмный композиционный
СП5	Проволочный

Резисторы в тропическом исполнении маркируются буквой Т

и разделяются на категории:

• А — для аппаратуры, предназначенной для работы на открытом воздухе;
• Н — для аппаратуры, предназначенной для работы в открытых производственных помещениях, защищённых от дождя и прямых солнечных лучей;

Виды функциональной характеристики переменных резисторов условно обозначаются буквами:

• А — линейная. (Допуск на функциональную характеристику составляет 10 — 30 %, для прецизионных потенциометров — 0,05 — 1 %.)
• Б — логарифмическая
• В — обратнологарифмическая
• С — s-образная
• Е — сопротивление резисторов типаЕ имеет близкое к нулю постоянное значение при повороте подвижной системы по часовой стрелке из начального положения в среднее, а затем при дальнейшем вращении из среднего положения в крайнее нелинейно возрастает до полного сопротивления резистора.
• И — сопротивление резисторов типаИ при повороте подвижной системы по часовой стрелке из начального положения в среднее нелинейно уменьшается от полного сопротивления резистора до сопротивления, близкого к нулю, постоянное значение, а затем при дальнейшем вращении из среднего положения в крайнее имеет постоянное малое значение.

История открытия

Существование электричества было обнаружено ещё в VII веке до н. э. греческими философами, но сам термин «электричество» появился только в 1600 году. Учёный Уильям Гилберт, проводя эксперименты с янтарём, обнаружил его способность притягивать другие вещества (электростатический заряд). Это явление получило название «янтарность». А уже через 60 лет Отто фон Герике создал конструкцию с шаром, надетым на металлический стержень, и фактически изготовил первую электростатическую машину.

В течение следующих лет учёные, экспериментаторы и инженеры открывали всё новые и новые свойства электричества, изучая его природу возникновения. Так, в 1800 году итальянец Алессандро Вольта изобрёл источник тока. Через 20 лет датчанин Кристиан Эрстед открыл электромагнитное взаимодействие, а Андре-Мари Ампер установил связь между электричеством и магнетизмом.

Продолжая исследования Джоуля, Ленца, Фарадея, Гаусса, Ома и Майкла Фарадея, будущий лауреат Нобелевской премии Джозеф Томсон охарактеризовал понятие электричества, введя термин «электрон». Таким образом было установлено, что электричество — это способность физических тел создавать вокруг себя поле, воздействующее на предметы. В каждом теле существуют элементарные частички, которые могут быть как свободными, хаотично перемещающимися, так и привязанными к атомам.

Если же к материалу, имеющему свободные электроны, поднести электромагнитное поле, то движение частичек становится направленным, и возникает электрический ток. Чтобы заряд переместился из одной точки в другую, необходимо затратить работу, которая называется напряжением. При перемещении частички сталкиваются с различными неоднородностями кристаллической решётки. В результате часть их потенциала передаётся этим дефектам, величина заряда электронов уменьшается, а сила тока снижается.

Что такое резистор?

Специальные компоненты, называемые резисторами, созданы специально для создания точного количества сопротивления, добавляемого в схему. Обычно они изготавливаются из металлической проволоки или углерода и спроектированы так, чтобы поддерживать стабильное значение сопротивления в широком диапазоне условий окружающей среды. В отличие от ламп, они не излучают свет, но выделяют тепло, поскольку в работающей схеме ими рассеивается электрическая энергия. Однако обычно резистор предназначен не для выработки полезного тепла, а просто для обеспечения точного количества электрического сопротивления.

Проводники, полупроводники и диэлектрики

С точки зрения прохождения электрического тока (движения заряженных частиц) все вещества можно условно разделить на три большие группы — проводники, полупроводники и диэлектрики.

Проводники — это вещества, которые, в первом приближении, хорошо проводят ток, полупроводники — это вещества, которые плохо проводят ток, диэлектрики — не проводят ток вообще. Класс вещества определяется степенью сопротивление электрическому току.

Степень сопротивления вещества определяется строением его молекул и наличием различного количества свободных заряженных частиц.

Меньше всего сопротивляются прохождению электрического тока проводники, больше всего — диэлектрики.

Большинство металлов и их сплавов являются проводниками.

Проводники используются для доставки электрической энергию от генератора к потребителю.

Чтобы энергия доходила без больших потерь, необходимо, чтобы проводники (провода и кабели) обладали низким сопротивлением. Лучшими проводниками являются серебро, медь и алюминий.

Полупроводники в чистом виде плохо проводят электрический ток.

Но при добавлении определенных веществ в них появляется избыток заряженных частиц того или иного знака (p – положительно заряженных частиц и n – отрицательно заряженных).

При соединении двух полупроводников различного знака получается такая фундаментальная вещь как p-n переход.

P-n переход является основой большинства полупроводниковых приборов (диодов, транзисторов и т.п.)

В компьютере присутствуют и проводники, и полупроводники, и диэлектрики.

Так, например, материнская плата вашего компьютера сделана из диэлектрического материала (стеклотекстолита), на поверхности которого расположены медные проводники, к которым припаяны различные детали.

Процессор вашего компьютера содержит в себе несколько миллионов полупроводниковых транзисторов.

Кроме того, на плате полно отдельных (дискретных) диодов, транзисторов, конденсаторов и резисторов.

Цветовая маркировка резисторов с проволочными выводами

Для резисторов применяют цветовую кодировку, которая наносится 3, 4, 5, 6 цветовыми кольцами. Если кольца смещены к одному из выводов, то первым (с него и начинается расшифровка кода) считается кольцо, находящееся к выводу ближе всего. Если кольца расположены приблизительно равномерно, то следует помнить, что первое кольцо не делают серебристым или золотистым. В некоторых моделях чтение кода начинают с той стороны, где находятся парные кольца, отдельно стоящее кольцо обычно находится в конце шифра.

Таблица расшифровки цветовых колец

Цвет	Число	Десятичный множитель	Класс точности, %	Температурный коэффициент сопротивления	% отказов
Черный	1*100	—	—	—
Коричневый	1	1*101	1	100	1
Красный	2	1*102	2	50	0,1
Оранжевый	3	1*103	—	15	0,01
Желтый	4	1*104	—	25	0,001
Зеленый	5	1*105	0,5	—	—
Синий	6	1*106	0,25	10	—
Фиолетовый	7	1*107	0,1	5	—
Серый	8	1*108	0,05	—	—
Белый	9	1*109	—	1	—
Серебристый	—	1*10-2	10	—	—
Золотой	—	1*10-1	5	—	—

В четырехполосном коде первые две полосы означают два знака номинала, третья полоска – это десятичный множитель, то есть это степень, в которую нужно возвести число, обозначающее номинал. Четвертая полоска указывает класс точности элемента. В пятиполосном шифре третья полоса обозначает знак номинала, четвертая – десятичный множитель, а пятая – класс точности. Если присутствует шестая полоса, то она обозначает температурный коэффициент. Если же это кольцо шире остальных в полтора раза, то оно характеризует процент отказов.

В расшифровке кодов проволочных резисторов помогут удобные онлайн-программы. Тем более имеет смысл к ним обратиться при расшифровке кода SMD-резистора, поскольку существует несколько вариантов маркировок, с которыми самостоятельно разобраться будет очень непросто.