Перша сходинка. Резистори, частина перша.


Статью просмотрели: 2577 человек

Вітаю вас, шановний читачу!

Сьогодні перша сходинка циклу.

Та перш ніж перейти до розгляду теми, хочу остудити деякі "гарячі голови". Електроніка – наука точна і якщо ви вважали, що можна вивчити електроніку без знання математики та формул – вам не в ті двері. Я припускаю, що вам доводилося де-небудь чути вислів «...візьмемо тут резистор омів так на 200-250 цього буде достатньо...», таке можна почути на Ю-тюбі, прочитати у деяких авторів. Повірте мені, паралельно із цими словами у голові коментатора, неначе у комп'ютері відбувається підрахунок. Такі слова – результат практичного досвіду та знань.

Звісно, якщо свій рівень знань електроніки ви обмежите здатністю збирати готові схеми, то вам немає потреби знати навіть базові основи. Достатньо навчитися читати схеми та володіти паяльником. Тут особливої творчості немає, є сліпе копіювання. Та коли пристрій не запрацює після збирання, ви не зможете його налагодити, бо не матимете ані найменшого уявлення – що ж робити далі. Я вже не кажу про самостійну розробку конструкцій, чи реалізацію власних ідей. Чому я так впевнено про це пишу, бо сам, свого часу, пройшов ці етапи.

Електроніка – це розуміння фізичних процесів, творчий підхід до роботи, хоча б з елементарними знаннями математики. Довідкова література, формули... розрахунки... Страшно? Отож... Та не лякайтеся, це зовсім не страшно. Такий процес викликає навіть творче задоволення.

Давайте згадаємо питомий опір з першої частини вступу. Ми вже знаємо, що опір провідника електричного струму: R = ρ•l/S. Ну то й що?

А те, що оперуючи наявною інформацією, ми можемо дізнатися скажімо про діаметр дроту, з якого виготовлено нитку розжарення лампочки на 6,0 В:

Похідна формула матиме вигляд: S = ρ•l/R.

Та S – це площа перетину, отже нам буде потрібна формула визначення діаметру від площі: D = 2(√S/π).

Давайте знайдемо товщину нитки розжарення, підставивши відомі нам значення, де:

            ρ – питомий опір з таблиці (найчастіше дроти розжарення у лампочках виготовляються саме з вольфраму);

            l – довжина дроту (у метрах);

            R – опір провідника струму (в омах);

            S – площа перетину (в мм2);

            π – константа Пі.

Виміряйте опір холодного дроту розжарення своєї лампочки (не забуваючи скоригувати його величину на власний опір дротів мультиметра, адже на таких розмірностях це може суттєво вплинути на подальші розрахунки), у моєму випадку опір = 10,2 Ом (у вас може бути інший результат), питомий опір вольфраму = 0,055 Ом•мм2/м (його ви дізнаєтесь із таблиці у першій частині вступу), приблизно оцініть довжину дротини, хай це буде 4 мм (не забувайте перевести цю величину у метри!).

            S = 0,055•(0,004/10,2) = 0,0000216

У нас вийшло 0,0000216 мм2, це площа перетину дротини розжарення.

Застосуємо формулу визначення діаметру D = 2(√0,0000216/3,14), отримаємо 0,0052 мм.

Беручи до уваги те, що діаметр людської волосини менший за 0,05 мм вважається надтонким, діаметр нашої нитки розжарення у десять разів менший за тонку людську волосинку!

Попередній розрахунок швидше для прикладу, а наступний більш практичний:

Скажімо нам потрібен опір величиною 30 Ом. У нас є ніхромовий дріт діаметром 0,25 мм, питомий опір якого 1,1 Ом•мм2/м (значення знову ж таки із таблиці першої частини вступу).

Скільки нам його слід узяти для того, щоб отримати опір 30 Ом?

Знаходимо площу перетину:

S = πr2 або виходячи з цього 1/4πd2, беручи до уваги, що 1/4π = 0,785 приймаємо 0,785•d2, тобто d•d•0,785,

        отже 0,25•0,25•0,785 = 0,049 мм2

Тепер скористаємося формулою визначення довжини: l = R•S/ρ.

Підставляємо значення:

l = 30(потрібний опір)•0,049(знайдена площа перетину)/1,1(значення питомого опору ніхрому) = 1,34 м.

Отже, для того щоб отримати опір 30 Ом, нам слід узяти шматок наявного ніхромового дроту довжиною 1,34 м.

У подальших своїх розрахунках, не забувайте щодо співвідношення величин для значень питомого опору в Ом•мм2/м: довжина – метри, опір – оми, площа перетину – мм2.

В літературі ви можете зустріти стандартні значення питомого опору подані через Ом•м2/м, навіть Ом•см2/м. Не забувайте коригувати, або значення питомого опору, або отримані результати. Подання значень питомого опору через Ом•мм2/м, найбільш вживане в електроніці.

Десь приблизно так!

До речі, а чи знаєте ви, як визначити діаметр дроту? Так, скаже дехто – потрібно виміряти його мікрометром. Звісно, це найкращий спосіб. А якщо мікрометра немає, відсутній навіть штангенциркуль – що робити?

Є простий, хоч і не досить точний спосіб.

Слід на олівець, щільно – виток до витка, намотати таку кількість дроту, щоб довжина намотаного шару була більшою за 1 сантиметр. Тепер рахуємо кількість витків, які припадають на 10 мм і ділимо їх на це число. Матимемо приблизне значення діаметра дроту. Інколи такий спосіб виручає.

Якщо я вас не дуже сильно налякав повернемося до теми нашого першого допису.

Отже. Компоненти в електроніці поділені на дві групи: пасивні та активні.

Пасивні компоненти – це ті, які не потребують для свого функціонування джерела живлення, вони готові до роботи зажди і під час такої роботи розсіюють потужність, хоч її кількість інколи мізерна. Жоден, суто пасивний компонент, не може мати виходу, який би забезпечував більшу потужність, аніж потужність на вході. Активні компоненти, навпаки, потребують для своєї роботи джерело живлення, як правило постійної напруги, тому потужність сигналу активного компонента на виході може бути вищою за потужність сигналу на вході. Типові пасивні компонентирезистори, конденсатори та індуктивності. Добре знайомі активні компонентитранзистори та інтегральні схеми.

Почнемо з розгляду пасивних компонентів.

 

Сходинка 1: Резистори.

Тут ми розглянемо резистори, з'ясуємо те, які вони бувають, їхні конструктивні особливості, характеристики. Розглянемо ті параметри, на які особливо слід звертати увагу аматору при підборі резисторів для своїх конструкцій. Особливо при повторенні сторонніх конструкцій, адже не завжди ви знайдете там рекомендації стосовно певних критеріїв необхідних компонентів.

Резистор та опір – хіба це не одне й те ж саме? По суті – так. Різниця полягає лише в тому, що опір – величина розмірна, фізична. А резистор, це компонент, деталь, яка використовується в електроніці та має чітко визначену величину опору.

Подпись:  Тут слід зауважити, що чітко визначену та сталу величину опору мають так звані постійні резистори. Практично існують ще й змінні та підстроювальні резистори. Змінні зустрічаються вам досить часто у повсякденному житті, це, скажімо, регулятор гучності радіоприймача. Тобто, це резистор величину опору якого можна оперативно змінювати.

Так само, величину опору, можна змінити і у підстроювального резистора. Різниця лише в тому, що останні розташовані всередині пристрою, найчастіше безпосередньо на монтажних платах, і не призначені для оперативного втручання, а тому не мають зручних важелів управління; це, найчастіше, просто шліц під викрутку. Таким резистором налагоджують певні параметри роботи пристрою і надалі він виконує роль постійного. Досить розповсюджена назва мініатюрного підстроювального резистор – тример.

Про змінний резистор у якого використовують лише два виводи – один з кінцевих та середній кажуть, що він включений реостатним способом, тобто він виконує роль звичайного резистора зі змінним опором. А якщо у схемі задіяні всі три його кінці, то такий резистор виконує роль подільника напруги (ми з цим розберемося), саме тому змінний резистори ще називають – потенціометр.

В електроніці існують ще деякі різновиди резисторів.

Скажімо, резистор, який змінює величину свого опору під впливом температури називається терморезистор, які, до речі, у свою чергу поділяються на термістори (резистори, які зменшують свій опір при збільшенні температури) та позистори (резистори, які збільшують свій опір при збільшенні температури).

Резистор, який змінює величину свого опору під впливом освітлення, називається фоторезистор.

Існують навіть резистори, які змінюють опір, в залежності від прикладеної напруги, вони мають назву – варистор.

Технологічно, резистори поділяються на плівкові, дротяні та об'ємні. Плівкові резистори виготовляються напиленням шару матеріалу опору на керамічну основу. Це, власне кажучи, основна маса резисторів. Для виготовлення дротяних – використовують спеціальний дріт з високим сталим опором. Дротяними бувають як постійні резистори, так і змінні. Вони відрізняються підвищеною потужністю та сталістю параметрів. Їхній опір мало залежить від зміни температури.

Подпись:  Об'ємні резистори, зображені на фото, виготовляються зі спеціальної маси, яка має власний опір. Використовуються досить рідко у спеціалізованих пристроях. Для таких резисторів характерний досить високий рівень власного шуму та здатність витримувати величезні імпульсні напруги.

Маркування.

Сучасна електроніка, у зв'язку зі своєю мініатюризацією, використовує так звані SMD компоненти. Вони мають маленькі розміри, виготовляються із застосуванням новітніх технологічних розробок і монтуються безпосередньо на друкованій платі. Розмір таких резсторів починається із чверті міліметра!

Подпись:  Раніше маркування номіналів робилося написами, а зараз набуло широкого розповсюдження маркування кольоровими смужками та цифровим кодом, за допомогою яких кодують номінали резисторів. Втім маркування написами ще й досі застосовується, особливо на потужних дротяних резисторах.

Вигляд деяких потужних дротяних резисторів подано на світлинах з реальних плат.

 

Для визначення опору за кольоровим кодом можна користуватися таблицею:

 
  Подпись:

Наведене нижче фото – шматочок реальної плати з розсипом резисторів. На ньому досить добре видно смужки коду. Ви знайдете і чотири смужки, і п'ять смужки маркування. Потренуйтеся у визначенні номіналів резисторів використовуючи таблицю.

Подпись:

Типорозмірів SMD резисторів існує декілька, відрізняються вони лінійними розмірами, товщиною, виглядом контактних кінців, робочою напругою, потужністю, виготовлені із застосуванням різних матеріалів, але завжди відповідають стандартизованим розмірам контактних площинок.

У наведеній нижче таблиці перелічені найбільш вживані типорозміри та їхні основні характеристики:

 
  Подпись:

Це далеко не повний перелік, як типорозмірів, так і їхніх характеристик.

Слід відразу звернути увагу, що резистори типорозміру 0402 не маркуються (тобто, їхнє маркування міститься на котушці), резистори інших типорозмірів, на відміну від 0402 маркуються наступним чином:

Якщо допуск точності у SMD резисторів складає 2%, 5% чи 10%, то для їхнього маркування використовують три цифри: дві перші – позначають мантису, а третя – степінь для десятинної основи, таким чином утворюється значення опору резистора в Омах.

Наприклад: На резисторі написане число – 102, мантиса = 10, степінь = 2 отже 10х102 = 10+00 = 1000 Омів = 1 кОм.

Інколи до цифрового маркування резисторів додається латинська літера R – вона є показником розташування десятинної крапки (коми). Скажімо, резистор із позначенням R150, означає опір 0,15 Ом.

SMD резистори типорозміру 0805 і вище, а також ті, які мають точність 1% позначаються кодом з чотирьох цифр: перші три цифри – позначення мантиси, а четверта – степінь для десятинної основи, таким чином утворюється значення опору резистора в Омах. До такого коду теж інколи може додаватися буква R – позначення десятинної крапки (коми).

Наприклад: код резистора 4501, мантиса = 450, степінь = 1; отже 450х101 = 450+0 = 4500 Омів = 4,5 кОм.

Маркування SMD резисторів типорозміру 0603 з допуском в 1% виконується кодом – двома цифрами та літерою. Значення цифрового коду знаходимо у таблиці поданій нижче, – це буде мантиса, а літера – множник з десятинною основою, таким чином отримуємо значення опору резистора в Омах.

Наприклад: на резисторі зазначено 14R, перші дві цифри 14 – це код, відшукуємо по таблиці для коду 14 значення мантиси, це буде 137– степінь яка дорівнює 10-1, отже маємо 137х10-1 = 137+перенос коми на один знак ліворуч = 13,7 Ом.

 
  Подпись:

Не можу не сказати декілька слів стосовно альтернативної форми маркування, вона якнайкраще підходить для резисторів ряду E96 (про стандартні ряди ми поговоримо дещо пізніше) і дозволяє використовувати для значущих цифр літерні коди, а цифру, для вказівки на множник.

Такі коди наведені таблиці нижче:

 
  Подпись:

Хочу ще сказати про «резистори» з позначками «0» чи «00», або навіть «000» – це так звані «заглушки». Резистори з нульовим опором, які виступають в ролі звичайного безопірного провідника струму. Для чого вони. Інколи схеми модернізуються, змінюються. Для їхньої реалізації, у випадках неглибокої модернізації, якщо це можливо, використовуються друковані плати типового варіанту. Адже перехід на нову плату тягне за собою додаткові витрати, а це призводить або до втрат прибутків, або до здорожчання продукції. Саме у таких випадках, на місцях де вже не передбачено встановлення резисторів, але коло мусить існувати, використовують заглушки з нульовим опором, щоб з'єднати кінці площинок для розташування SMD елементів, для збереження цілості кола. Чому не звичайна дротяна перемичка? Тому, що дротяну перемичку може встановити людина – наладчик, а плати з SMD елементами компонуються, як правило, роботами, а вони «навчені» оперувати лише стандартними елементами.

Ви прочитали купу матеріалу щодо маркування резисторів і знаєте тепер досить багато, та я б радив вам завантажити програму, яка допоможе визначити номінал резистора і по кольоровими смужками, і по написам, і по маркуванню резисторів SMD. Це можна зробити за допомогою програми "resist22", вона невеличка, безкоштовна і її можна знайти в Інтернеті.

Стосовно потужності.

Тут все дуже просто. Чим менший опір долає струм, тим більша його кількість проходить через такий опір – тим більшу роботу він здійснює. Ну, а будь-яка робота електричного струму супроводжується виділенням тепла. Більший струм – більше тепла.

Подпись:  Такий ефект широко використовується у нагрівальних приладах, де дріт розжарюється до помітного почервоніння. У звичайних лампочках, де дротина розжарюється до яскравого стану, випромінюючи світло. Резисторам теж властива така реакція на струм, саме тому їхня потужність нормується. Якщо через резистор «потече» струм більший від нормованого – резистор вийде з ладу. Він або частково змінить свої характеристики, як елемент опору, або просто вигорить його резистивне напилення чи дріт. Інколи, миттєвий локальний нагрів великим струмом до високої температури, призводить навіть до нищення керамічної основи. Резистор руйнується – «вибухає». Зверніть увагу на світлину – переконаєтесь. Червоними кружечками помічені резистори, від яких лишився тільки слід.

Тож номінальною потужністю резистора буде така найбільша потужність, що створюється струмом, який протікає через резистор і при розсіванні якої він може довго і надійно працювати. Існують резистори потужністю: 0,05 Вт, 0,125 Вт, 0,250 Вт, 0,5 Вт, 1 Вт, 2 Вт і більше, перелічений ряд найбільш вживаний.

Стосовно напруги.

Напруга, прикладена до резистора також нормується. Граничною робочою напругою називають максимально допустиму напругу прикладену до виводів резистора, при якій він здатен надійно працювати. Вона залежить від здатності матеріалу, чи то конструктивних особливостей протистояти електричному пробою. На жаль мої матеріали не є довідковими і не претендують на енциклопедичність, тому всього, що можна написати про резистори сюди неможливо помістити. Аматору доведеться-таки  вчитися користуватися довідковою літературою. Скажу лише, що найбільш вживані різновиди резисторів потужністю 0,125 Вт мають граничну робочу напругу 200 В; 0,25 Вт – 250 В; 0,5 Вт – 350 В; 1 Вт – 500 В; 2 Вт – 750 В.

Позначення на схемах.

Резистори є найпоширенішим елементом електронних схем. Тож мають і власні позначеня, які не лише вказують на те, що це резистор, а й повідомляють про його різновид та потужність.

Подпись:

-----------------------------------------------------------------------------------------------

Стосовно Температурного Коефіцієнту Опору (ТКО)

Цей показник відображає коливання номінального значення опору резистора, що залежить від температури оточення, на 1°С. В залежності від матеріалу з якого виготовлений резистор, його опір, зі збільшенням температури, може збільшуватися або зменшуватися. Хай такі зміни будуть не надто великими, втім, у серйозних конструкціях обов'язково враховують цей параметр. Особливо у колах, що працюють в умовах підвищеної температури.

Давайте, для прикладу, дізнаємося яким буде опір резистора R – 6,8 кОм (0°С) при температурі 95°С.

З довідника дізнаємося про ТКО метало-окисної плівки, з якої напиляють резистивну плівку – 1,2х10-3 °С. Формула для визначення опору матиме вигляд:

        Rθ = R0(1+αθ)

підставимо значення:

        R95 = 6,8 (1 + 0,0012 х 95) = 7,57 кОм

Зміна опору явна. Ця формула наведена швидше для ознайомлення, бо в ній значення R (6,8 кОм) взято при 0°С, в реальності все трішечки інакше. Якщо опір R виміряний при якійсь іншій температурі, формула набуває іншого вигляду. Втім, не буду вас лякати. Якщо у вас виникне потреба, то знайдете спосіб розрахунку у довідниках.

Наостанок, стосовно ТКО дротяних резисторів. Я неодноразово наголошував, що дротяні резистори найменше реагують на зміну температури, а тепер ми можемо переконатися у цьому дізнавшись, що ТКО константану – 0,03х10-3°С, а манганіну – 0,02х10-3°С. Саме ці два матеріали найчастіше використовуються для їхнього виготовлення.   

Як ви вже зрозуміли наведена вище інформація стосується характеристик резисторів.

Ще хотілося б відмітити:

Стабільність

Стабільність значення опору вказує на максимальну зміну номіналу, що може статися при зберіганні, паянні та використанні за несприятливих умов, таких як валив високих температур у вологому середовищі. Такі зміни впливають на зменшення класу точності. Композитні резистори мають найгірші показники стабільності номіналу, з типовою зміною при зберіганні – 5%, зміною під час паяння на 2% та зміною від впливу «вологого тепла» на 15%. Найпоширеніший показник втрати номіналу при зберігання плівкових резисторів – 0,1%, при паянні – 0,15%, від впливу несприятливих умов – 1%.

Частотні властивості

Певні типи резисторів призначені для роботи у певному діапазоні частот, якщо це правило порушується, резистор вносить додаткові спотворення.

Рівень шуму

Шумовий сигнал завжди генерується резистором під час проходження через нього струму. Тому і цю властивість слід брати до уваги за певних умов.

Ну і нарешті остання з основних характеристик резистора – Номінальний опір.

Ми вже знаємо, що номінальний опір резистора позначається або літерно-цифровим, або кольоровим кодом. Втім, він не пишеться абияк. І ніхто з виробників не виготовляє резистори просто так, які заманеться. Усі виготовлені резистори підпорядковуються ряду номінальних значень. Що то є таке?

Ряди значень (номіналів) резисторів (до речі і конденсаторів також) відповідають певним стандартам:

У таблиці подані найбільш вживані, найбільш ходові ряди значень резисторів. Слід зауважити, що існують ще й інші ряди – Е48, Е96. Це ряди для резисторів класу точності ±2%, ±1%. Випускаються навіть резистори класу точності ±0,5%, ±0,2%, ±0,1%, ±0,05%, ±0,02% і навіть ±0,01%, це, так звані прецизійні резистори, які використовуються в системах де потрібна надвисока точність компонентів. Цифра у назві ряду є показником кількості значень основи ряду. Скажімо ряд Е6 має у своїй основі 6 значень, Е12 – дванадцять і так далі.

Значення у таблиці є основними, від них утворюються похідні, тобто: У нас є ряд Е24 з основою значень від 1,0 до 9,1 Ом, наступним кроком ряду будуть ці ж самі значення помножені на 10, тобто від 10 до 91 Ом, на 100 від 100 до 910 Ом і т.д. подекадно.

Клас точності ±5% каже про те, що відхилення від номіналу у цьому ряді допустиме на 5% як у бік зменшення, так і у бік збільшення значення. Чому це так?

Будь-який процес масового виробництва, метою якого є отримання цільового параметра розмірної величини, неминуче призводить до певної розбіжності. Значення коливатиметься навколо заданого номіналу, втім, для нього можна задати максимальний допуск. Допуск – це максимальна різниця між будь-якою фактичною і цільовою величиною, яка зазвичай вказується у відсотках. Наприклад, для партії резисторів 1,5 Ом 20% цілком допустимі значення від 1,2 Ом до 1,8 Ом.

Після виготовлення резистори проходять відбір. Спочатку цільовий номінал, потім відхилення на 1%, 5% та 10%, а те, що лишилося йде до продажу як ряд з 20%-м значенням допуску. Саме тому немає сенсу сортувати мішок резисторів 8К6 з 20%-м допуском, намагаючись знайти той, що буде мати точно 8K6. Резистор такої величини буде відібраний ще на попередньому етапі сортування виробником. Сьогодні можна зіткнутися з проблемою дефіциту резисторів з точністю вище аніж 5%, як на мене, це просто наслідок зменшення виробництва елементів такого типу.

Втім, я знаю вихід із цієї ситуації. Про це у другій частині допису.

Давайте зберемо наші знання докупки.

Отже. Основними характеристиками резистора є:

― номінальний опір;

― номінальна потужність;

― гранична робоча напруга;

― температурний коефіцієнт опору (ТКО).

слід також, при потребі, згадати про:

― стабільність;

― частотні властивості;

― рівень шуму.

--------------------------------------------------------------------------------------

ВІДСТУП
про компоненти

Хочу попередити. У вас із часом буде збільшуватися кількість компонентів. Це будуть не лише резистори. Слід подумати де ви їх будете зберігати. А зберігати слід так, щоб був легкий доступ, можливість контролю кількості. Тобто коробочки бажано мати або прозорі, або з легким доступом. Дехто з аматорів виготовляє такі касетниці із сірникових коробочок, дехто пристосовує для цього різноманітні коробочки з попід упакування. Скажімо SMD компоненти зручно зберігати у коробочках з під Tic-Tac.

Можу порадити касетниці-сортовки, які пропонує магазин Радіодеталі у розділі 31.07 Сортовики, касетниці, органайзери. Обирайте на свій смак і можливості.

Досить зручно виглядає касетниця Pro'SKit.

Ну, а касетниця Р-60 нашого, Українського виробництва, це просто мрія будь-якого аматора.

Нарівні з касетницями-сортовками я використовую і пакетики-струнки. Туди ж можна кинути і папірець із номіналом компонента, пакетики прозорі, тому завжди видно що лишилося і чи не слід поповнити запаси. Вони щільно закриваються захищаючи компоненти від зовнішнього впливу, не дають їм "тікати". Можна підібрати будь-який розмір для зберігання різноманітних компонентів. А найголовніше – це дешево, сердито і компактно. Ще одну перевагу мають такі пакетики – завжди можна взяти у кишеню потрібні деталі, багато місця не займуть.

Самі пакетики зберігаю у коробочках з картону, які підписані в залежності від групування. Можна мати одну коробочку з назвою "Резистори", а можна по групувати їх у різні коробочки, які матимуть назву "Резистори-0,125", "Резистори-0,25" і т. ін.

Все буде залежати від кількості елементів, їхнього асортименту та вашої потреби.

-------------------------------------------------------------------------

До наступної зустрічі. Продовження далі.

 

 

Автор статті: Володимир Пустовіт

Комментарии к статье

Отсутствуют
  • Вы, клиент нашего интернет-магазина? Войдите чтобы оставить комментарий
    Войдите
    Впервые в интернет-магазине? Чтобы продолжить вам нужно зарегистрироваться, это займет несколько минут
    Зарегистрируйтесь
Наверх