Радиоэлектроника-с компьютером и паяльником
Шрифт:
Согласно элементарной электронной теории нагрев металла при протекании по нему электрического тока происходит за счет передачи энергии, получаемой свободными электронами от поля, в столкновениях с кристаллической решеткой. Количественно рассеиваемая на резисторе активная мощность определяется законом Джоуля-Ленца: она прямо пропорциональна величине сопротивления резистора и квадрату протекающего через него тока.
Энергия, приводящая к нагреву проводников, поступает из электромагнитного поля распространяющегося вдоль них в окружающем пространстве. Ее часть, заходящая в глубь проводников, вызывает протекание в нем тока и соответствующие потери мощности. В высокочастотных полях эти токи протекают лишь в тонком поверхностном слое («скин-эффект»).
Допустимая мощность рассеяния также является паспортной величиной резисторов. Когда это выделяемое тепло используется для пользы дела, например в паяльнике, то это хорошо, но зачем же напаивать кучи резисторов на материнскую плату? Ведь не для ее же украшений их цветовой маркировкой или чтобы потом еще поставить внутри вентилятор и использовать системный блок в качестве интеллектуального ультрамодного фена? Разумеется, нет.
Здесь мы встречаемся с обычным случаем, о котором в народе говорят: «Нет худа без добра». А «добро» вытекает из закона Ома: на резисторе происходит падение напряжения прямо пропорциональное величине сопротивления резистора и протекающему через него току.
На первый взгляд кажется, что это опять один вред, поскольку опять потери не мощности, так напряжения. Ан, нет. Это самый простой способ снизить питающее напряжение на других компонентах до необходимого уровня. Такие резисторы часто называют «гасящими», так как их включают между источником и нагрузкой последовательно. Они автоматически выполняют и ограничение тока в нагрузке (по закону Ома) и поэтому их называют также «токоограничивающими». Если подобный резистор сделать с изменяемой (переменной) величиной, то получится знакомый всем регулятор — реостат.
Перечисленными примерами, разумеется, не исчерпываются возможности использования резисторов, поскольку они гораздо обширнее, но не будем забегать вперед. Что же касается активных потерь мощности, то с этим придется смириться: без трения шин о дорожное покрытие обыкновенный автомобиль не повезет вас по горизонтальной дороге, а домашний холодильник нагревает помещение и зимой и летом (он будет это делать, даже если его дверцы держать открытыми!) — таковы законы природы.
Из чего делают резисторы и как их обозначают
Обычно, когда я громко выясняю, у кого горит резистор, инженер или техник робко отвечает: «Я только что поджарил свою схему…».
Роберт А. Пиз. Практическая электроника аналоговых устройств
Да, «рукописи не горят», но сгорают резисторы, нарушая работу устройств и выделяя удушливый запах гари и фенола. Обоняние не подведет радиолюбителя в критический момент, а уж постфактум черный цвет выдаст виновника: «На воре шапка горит». (Правда, часто резисторы становятся лишь первой жертвой, и истинного виновника неисправностей после этого еще предстоит отыскать.)
По используемым материалам и технологии изготовления различают резисторы постоянные углеродистые и бороуглеродистые, металлопленочные и металлоокисные, композиционные и проволочные. Естественно, что они отличаются своими характеристиками и внешним видом и обозначениями (рис. 2).
Рис. 2. Постоянные резисторы:
а — внешний вид; б — УГО на принципиальных схемах при разной мощности; в — компонент EWB
При выборе резисторов в ответственных случаях учитывается
Номинальное значение сопротивления резистора указывается производителем на корпусе изделия. Там же указывают и ряд других его характеристик. Для маркировки резисторов используют специальные кодировки: буквенно-цифровую, цифровую и цветовую.
При буквенно-цифровой кодировке указывают непосредственно значение сопротивления резистора, иногда ставят букву R, чтобы обозначить омы, или букву К, обозначающую килоомы. Здесь перечисленные буквы, поставленные за числом, являются его десятичными множителями (R = 1, К = 1000), а — перед или между числами, играют роль разделителя целой и дробной части. Например, 15R и 15К означают, что сопротивления этих резисторов равны 15 Ом и 15 кОм = 15 000 Ом соответственно, а для R15 и 1К5, аналогично 0,15 Ом и 1,5 кОм = 1500 Ом. Кроме этого, часто проставляют и допустимую мощность (см. рис. 2, б).
При чисто цифровой маркировке величина сопротивления резистора наносится тремя цифрами, из которых две первые показывают ее мантиссу, а третья служит показателем степени 10 для дополнительного множителя. Например, 150 означает 15 Ом, 151 это 150 Ом, 152 — 1500 Ом и т. д. Соответственно, на резисторе с сопротивлением 15 МОм увидим в этом коде: 156.
К цветовой кодировке прибегли в связи с миниатюризацией изделий. «Хотели как лучше, получилось как всегда». Вот резисторы с двумя видами цветовых колец-поясков: на одних их 4, на других — 5. Всего цветов 12, так что любимой присказки гимназистов про цвета в спектре радуги: «Каждый охотник желает знать, где сидит фазан» (или «Как однажды Жак-звонарь головой разбил фонарь») явно не хватает для запоминания. Эта известная последовательность цветов использована, но перед ней еще цвета: серебристый, золотистый, черный и коричневый, а после нее — серый и белый. Красиво, нет слов, но, поди теперь, ломай голову над этими знаками, напоминающими древние цивилизации (схожая кодировка, но не резисторов, обнаружена у племен майя). Кому охота, пусть лезет в справочник, а проще взять в руки омметр да и измерить. Правда, получим только номинал сопротивления, но этого часто хватает для работы. О многом другом говорит их вид и размер. Ну да ладно, странно только, что в наш интеллектуально-просвещенный век не взяли на вооружение, например, электронные системы обычного штрих-кодирования, применяемые в любом супермаркете, автомобилестроении или на фотокассетах. Как говорится: «Сапожник без сапог».
Помимо постоянных резисторов для регулировок и подстроек используют переменные (рис. 3), в которых имеется подвижный контакт, перемещаемый по дуге окружности или по отрезку прямой.
Рис. 3. Переменные резисторы:
а — внешний вид; б — УГО; в — компонент EWB
Могут встретиться три случая зависимости величины сопротивления от угла поворота: линейная (А), логарифмическая (Б) и антилогарифмическая (В). Указанные буквы входят в маркировку отечественных переменных резисторов наряду с другими параметрами.
При конкретном применении резисторов необходимо обратить внимание на то, что номинальное значение сопротивлений указывается с допуском, выраженным в % от номинала. Для особо точных (прецизионных) резисторов допуск составляет ±0,001, а наиболее грубых ±30.
Кроме того, следует помнить, что для резисторов, выполненных из материалов с электронной проводимостью, их сопротивление будет расти по мере нагрева. Иногда и это надо брать в расчет, поэтому производители указывают соответствующий тепловой коэффициент сопротивления изделий.