Все, что вам нужно знать о том, как правильно выбрать резистор для вашего первого проекта печатной платы
Вы планируете приступить к вашему первому проекту печатной платы? Есть множество радиодеталей, которые вы в конечном итоге будете использовать. Однако нет другой такой детали, которая была бы так печально известна, как простой резистор. Если вы когда-либо видели печатную плату, то могли заметить резисторы по всей ее поверхности. Они контролируют силу тока и заставляют светиться светодиоды. Но что именно представляет собой резистор? Как он работает? Как вообще выбрать подходящий резистор для вашего первого проекта печатной платы? Не бойтесь, мы поможем вам и подскажем все необходимое, что вам нужно знать.
Итак… что такое резистор?
Резисторы – это одни из множества пассивных компонентов. Их задача относительно проста, но очень важна – создавать сопротивление току в электрической цепи. Видели, как загорается светодиод? За эту возможность необходимо поблагодарить резистор. Устанавливая в электрическую цепь резистор последовательно со светодиодом, вы получаете яркое свечение, при этом ничего не перегорает!
Основной характеристикой резистора является сопротивление, измеряемое в Омах (Ом). Если раньше вы прослушали базовый курс электроники, то, скорее всего, изучили закон Ома. При работе с резисторами вы будете вновь и вновь иметь с ними дело.
Закон Ома - это единственная формула для нахождения сопротивления
Найти обозначение резистора на схеме легко. Международное обозначение – стандартизированный прямоугольник, но в стандартах США резистор обозначается зигзагообразной линией – это сделано для простоты его нахождения. Вне зависимости от внешнего вида символа, каждый резистор на концах имеет выводы, обозначенные на схеме.
Обозначения резистора на схемах, принятое в США (слева) и соответствующее международным стандартам (справа). На схемах можно встретить оба обозначения.
Какие бывают резисторы?
Повсеместно встречаются резисторы совершенно разных конструкций. Все резисторы можно разделить на две категории по типу конструкции и по резистивному материалу. Рассмотрим обе категории.
Тип конструкции
Постоянные резисторы – как следует из названия, эти резисторы имеют постоянное сопротивление и точность, не зависящие от изменения температуры, освещенности и так далее.
Переменные резисторы – эти радиоэлементы обладают переменным сопротивлением. Потенциометр – великолепный пример такого резистора. У него есть регулятор, который можно вращать для увеличения или уменьшения сопротивления. Другие разновидности переменных резисторов – это подстроечный резистор и реостат.
Нелинейные резисторы – эти резисторы как хамелеоны, они могут изменять свое сопротивление в зависимости от той или иной физической величины, воздействующей на резистор – температуры, уровня освещенности и даже магнитного поля. Нелинейные резисторы – это термистор, фоторезистор, варистор и магниторезистор.
Резистивный материал
Все резисторы можно разбить на группы по материалам, из которых они изготовлены и которые в огромной степени влияют на их способность оказывать сопротивление электрическому току. Вот эти резисторы по используемым материалам:
Углеродистые композиционные резисторы;
Углеродистые пленочные резисторы;
Металлопленочные резисторы;
Тонко и толстопленочные резисторы;
Фольговые резисторы;
Проволочные резисторы.
Углеродистые композиционные резисторы – это резисторы, изготовленные по самой старой технологии, популярной в производстве резисторов малой точности. Их все еще можно найти в схемах, где могут быть импульсы высоких энергий.
Старый углеродистый пленочный резистор.
Такие резисторы все еще используются там, где точность не важна
Из всех вышеперечисленных типов резисторов по резистивному материалу старейшими являются проволочные резисторы. Их все еще можно встретить на старых печатных платах устройств большой мощности, в которых необходимо сопротивление, заданное с большой точностью. Эти древние резисторы широко известны благодаря тому, что большой надежностью обладают даже резисторы с малым сопротивлением.
Проволочный резистор – старейший и наиболее точный из доступных резисторов
Сегодня наиболее широко применяются металлопленочные и металлооксидные резисторы, они лучше всего обеспечивают с неизменной точностью номинальное сопротивление, а также меньше подвержены влиянию изменения температуры.
Наиболее широко применяемый металлооксидный резистор
обеспечивает неизменную точность номинального сопротивления
Как используются резисторы?
Можно найти резисторы, используемые самыми различными способами. Они применяются не только для того, чтобы оказывать сопротивление электрическому току. Резисторы используются в делителях напряжения, для производства тепла, в цепях сопряжения и нагрузки, для управления усилением и для настройки постоянных времени. Практическое применение резисторов можно найти в цепях питания электрических тормозов поездов, здесь они помогают высвобождению всей накопленной кинетической энергии.
Серьезное сопротивление – взгляните на тормоза у этого поезда,
которые высвобождают накопленную кинетическую энергию
Вот еще несколько замечательных устройств, в которых используются эти универсальные резисторы:
Измерение величины электрического тока – вы можете измерять падение напряжения на включенном в цепь прецизионном резисторе с заранее известным сопротивлением. Расчет тока производится по закону Ома;
Питание светодиодов – слишком большой ток, протекающий через светодиод, сожжет этот прекрасный фонарик. Соединив последовательно со светодиодом резистор, вы можете контролировать силу тока через светодиод, обеспечивая его яркое сияние.
Питание электромоторов вентиляторов – сердцем системы автомобильной вентиляции является электромотор вентилятора печки. Специальный датчик используется для управления скоростью вращения крыльчатки вентилятора. Резистор такого типа, используемый в датчике, называется, (кто бы мог подумать!) резистором мотора вентилятора!
Резистор мотора вентилятора в ответе за движение воздуха в машине
Как измеряется номинал резистора?
Эта характеристика, с которой вы будете сталкиваться снова и снова, называется сопротивлением. Величина сопротивления наносится на резистор различными способами. В настоящее время существуют два стандарта нанесения значения сопротивления резистора на корпус резистора – это цветовая маркировка или маркировка SMD-резисторов.
Цветовая маркировка
Возможно, вы уже сталкивались с системой цветовой маркировки, если когда-либо возились с макетом электронной схемы. Эта техника была изобретена в 20-х годах прошлого века. Значения величины сопротивления и точности резистора отображалась при помощи нескольких цветных полос, нанесенных на корпус резистора.
Обратите внимание, что цветные полосы на резисторах различаются,
обозначая их уникальные номинальные значения сопротивления и точности.
Большинство резисторов, которые могут попасть к вам в руки, будет иметь четыре цветные полосы. Вот как следует их читать:
Первые две полосы указывают первые цифры номинального значения сопротивления;
Третья полоса указывает множитель, на который следует умножить число, состоящее из двух цифр, указанных первыми двумя полосами.
И, наконец, четвертая полоса указывает точность резистора. Точность очень сильно влияет на стоимость используемого резистора и на цену готового изделия. Поэтому чтобы сэкономить деньги на производстве печатных плат, точность резисторов следует выбирать разумно.
Каждый цвет на резисторе соответствует определенному числу. Вы можете воспользоваться удобным калькулятором номинала резистора по его цветовому коду для быстрого определения номинала в будущем. Если вам легче запомнить наглядную информацию, то ниже мы приводим великолепное видео, в котором рассказано о принципе цветовой маркировки резисторов.
Резисторы для поверхностного монтажа – SMD-резисторы
Не у всех резисторов размеры позволяют нанести на него цветовую маркировку. Это особенно актуально, когда речь идет о радиоэлементах для поверхностного монтажа (SMD). Чтобы маркировка смогла поместиться на небольшой поверхности устройства, SMD-резисторы имеют цифровую маркировку. Если вы посмотрите на современную печатную плату, то заметите, что SMD-резисторы еще имеют одинаковые размеры. Это помогает стандартизировать процесс производства с использованием высокоскоростных автоматов размещения деталей.
Как читать номинал на верхней стороне SMD-резисторов
Как выбрать подходящий резистор
Итак, пришло время наиболее важной части нашей статьи. Давайте узнаем, как определить, какой именно резистор нам нужен для вашего первого проекта печатной платы. Мы разобьем эту задачу на следующие три шага:
Расчет требуемого сопротивления;
Расчет номинальной мощности;
И, наконец, выбор резистора исходя из двух значений найденных ранее.
Шаг 1 – Расчет требуемого сопротивления
Именно здесь для расчета требуемого сопротивления нам понадобится закон Ома. Вы можете воспользоваться одной из стандартных формул ниже, если значения напряжения и силы тока известны.
Шаг 2 – Расчет номинальной мощности
Теперь необходимо выяснить, какое количество энергии должен будет рассеивать резистор. Эту величину можно рассчитать по следующей формуле:
В данной формуле P – мощность рассеивания в Ваттах, V – падение напряжения на резисторе в Вольтах, а R – сопротивление резистора в Омах. Ниже мы привели краткий пример использования данной формулы для расчета в конкретной цепи.
Простая цепь для демонстрации расчета номинальной мощности
Цепь выше содержит светодиод, падение напряжения на котором составляет 2 В, резистор с сопротивлением 350 Ом и источник питания 9 В. Какая мощность будет рассеиваться на искомом резисторе? Давайте посмотрим. Сначала нам необходимо найти падение напряжения на резисторе. Поскольку источник питания дает 9 В, а на светодиоде падает 2 В, то получим:
9 В – 2 В = 7 В
Эти значения можно подставить в формулу:
P = 7 В * 7 В / 350 Ом = 0,14 Ватта
Шаг 3 – Выбор резистора
Теперь, когда у нас есть величины сопротивления и мощности, пора подобрать подходящий радиоэлемент у поставщика радиодеталей. Мы всегда рекомендуем выбирать из стандартных резисторов, которые поставляются в продажу каждым продавцом. Выбирая стандартные резисторы, вы значительно упростите себе жизнь, когда дело дойдет до производства устройства. В США тремя ведущими поставщиками радиоэлементов, качество которых не вызывает сомнений – это Digikey, Mouser и Farnell/Newark.
Сопротивление сильно
Теперь мы охватили всю информацию о резисторах, которая может вам понадобиться для вашего первого проекта печатной платы. Резисторы настолько многофункциональны, что вы увидите, как раз за разом используете их россыпи в своих электронных устройствах. В следующий раз, когда вам понадобиться выбрать резистор, вспомните три простых шага – рассчитайте сопротивление, найдите мощность и выберите поставщика!
Прежде чем вы броситесь размечать обозначения резисторов и их корпусов в вашем приложении для конструирования печатных плат, не было бы проще, если бы кто-то сделал это за вас? Уже сделали! Для многих систем проектирования печатных плат существует большое количество бесплатных библиотек радиоэлементов. И резисторы там тоже есть!