Резистор

Типовий резистор з дротяними аксіальними виводами для навісного монтажу

Вугільний плівковий резистор Tesla TR-212 1 КОм для навісного монтажу (без захисного лакофарбового покриття)

Резистори поверхневого монтажу на електронній платі

Підлаштовні резистори змінного опору

Мікрозбірка резисторів

Фоторезистор

Рези́стор або о́пір  (від лат. resisto — опираюся) — елемент електричного кола, призначений для використання його електричного опору. Основною характеристикою резистора є величина його електричного опору. Для випадку лінійної характеристики значення електричного струму через резистор в залежності від електричної напруги описується законом Ома.

Загальний опис

Резистори відносяться до електричних компонентів, що застосовуються в схемах електротехніки та електроніки для обмеження сили струму та розподілу напруги. Резистори — найпоширеніші пасивні компоненти електронної апаратури, що використовуються як навантаження, споживачі та подільники в колах живлення, як елементи фільтрів, шунтів в колах формування імпульсів і т.д.

Основні параметри резисторів

Резистори характеризують номінальним значенням електричного опору (від декількох Ом до 1000 ГОм), прийнятним відхиленням від нього (0,001...20 %), максимальною потужністю розсіювання (від сотих часток Вт до декількох сотень Вт), граничною електричною напругою та температурним коефіцієнтом електричного опору.

Класифікація резисторів

В залежності від призначення резистори діляться на дві групи: резистори загального призначення та резистори спеціального призначення, до яких належать: високоомні резистори, високовольтні резистори, високочастотні резистори та прецизійні резистори.

За видом резистивного матеріалу резистори класифікуються на:

• дротяні резистори — відрізок дроту з високим питомим опором намотаний на неметалевий каркас. Можуть мати значну паразитну індуктивність;
• плівкові металеві резистори — тонка плівка металу з високим питомим опором, напилена на керамічне осердя, на кінці якого надіті металеві ковпачки з дротяними виведеннями. Це найпоширеніший тип резисторів;
• металофольгові резистори — у якості резистивного матеріалу використовується тонка металева стрічка;
• вугільні резистори — бувають плівковими і об’ємними. Використовують високий питомий опір графіту;
• напівпровідникові резистори — використовують опір слабколегованого напівпровідника. Ці резистори можуть бути як лінійними, так і можуть мати значну нелінійність вольт-амперної характеристики. В основному використовуються у складі інтегральних мікросхем, де інші типи резисторів застосувати важче.

За характером зміни опору резистори поділяються на:

• резистори сталого опору;
• регульовані резистори змінного опору (потенціометри);
• підналагоджувані резистори змінного опору.

За видом монтажу резистори бувають:

• для навісного монтажу (з дротяними виводами);
• для поверхневого монтажу (англ. SMD — Surface mount device);
• комбінації резисторів в одному загальному блоці, зазвичай мініатюрного виконання (збірки, мікромодулі, матриці, мікросхеми).

За видом вольт-амперної характеристики:

• лінійні резистори;
• нелінійні (напівпровідникові) резистори:
  • варистори — опір залежить від прикладеної напруги;
  • терморезистори — опір залежить від температури;
  • фоторезистори — опір залежить від освітленості;
  • тензорезистори — опір залежить від деформації резистора;
  • магніторезистори — опір залежить від величини напруженості магнітного поля.

Характеристики

Для резистора з електричним опором $R \,$ при проходженні струму із силою $I \,$ падіння напруги $U \,$ на складає (вольт-амперна характеристика):

$U = IR \,$.

Потужність $P \,$, що розсіюється на резисторі, дорівнює

$P = I^2 R \,$.

Позначення резисторів на принципових електричних схемах

Умовні графічні позначення резисторів на принципових електричних схемах регламентуються ГОСТ 2.728-74. У відповідності з ним постійні резистори у залежності від виду і потужності позначаються наступним чином :

	Потенціометр
Резистор		Змінний резистор

Європейські симоволи для позначення
резисторів в електричних схемах,
у тому числі і за ГОСТ 2.728-74

Позначення за ГОСТ 2.728-74	Опис
	Сталий резистор без вказання номінальної потужності, що розсіюється
	Сталий резистор з номінальною потужністю, що розсіюється 0,05 Вт
	Сталий резистор з номінальною потужністю, що розсіюється 0,125 Вт
	Сталий резистор з номінальною потужністю, що розсіюється 0,25 Вт
	Сталий резистор з номінальною потужністю, що розсіюється 0,5 Вт
	Сталий резистор з номінальною потужністю, що розсіюється 1 Вт
	Сталий резистор з номінальною потужністю, що розсіюється 2 Вт
	Сталий резистор з номінальною потужністю, що розсіюється 5 Вт
	Сталий резистор з номінальною потужністю, що розсіюється 10 Вт

За ГОСТ 2.710-81 буквений код резистора, змінного резистора, потенціометра, варистора, терморезистора на електричних схемах — R. Наприклад: R2.

Схеми сполучення декількох резисторів

Еквівалентна схема послідовно сполучених резисторів

Еквівалентна схема паралельно сполучених резисторів

Змішане сполучення резисторів

Приклади маркування резисторів кольоровими мітками

Послідовне сполучення резисторів

При сполученні резисторів послідовно, їх еквівалентною схемою буде резистор з опором рівним сумі опору окремих резисторів:

$R=R_{1}+R_{2}+\dots +R_{N}=\sum_{i=1}^{N}R_{i}.$

Паралельне сполучення резисторів

При паралельному сполученні резисторів, обернена величина еквівалентного опору (провідність) дорівнює сумі обернених величин усіх опорів (провідностей).

$\frac{1}{R}=\frac{1}{R_{1}}+\frac{1}{R_{2}}+\dots +\frac{1}{R_{N}}=\sum_{i=1}^{N}\frac{1}{R_{i}}.$

Змішане сполучення резисторів

Схема складається з двох паралельно сполучених блоків, один з них складається з послідовно сполучених резисторів $~ R_1$ та $~ R_2$, загальним опором $~ R_1 + R_2$, інший з резистора $~ R_3$, загальна провідність буде становити $\frac{1}{R} = \frac{1}{(R_1 + R_2)} + \frac{1}{R_3}$ . Таким чином загальний опір можна обчислити за рівнянням $R = \frac{R_3 (R_1+R_2)}{R_1+R_2+R_3}$.

Застосування

Резистори застосовуються в електричних схемах для встановлення сили струму на інших елементах кола, для демпфування коливань у фільтрах тощо.

Резистори, що випускаються промисловістю

Резистори

Промислові резистори одного і того ж номіналу мають розкид опорів. Значення можливого розкиду визначається точністю резистора. Випускають резистори з точністю 20%, 10%, 5%, і т. д. аж до 0,01% . Номінали резисторів не довільні: їх значення вибираються зі спеціальних номінальних рядів за ГОСТ 28884-90 (IEC 63-63), найчастіше з номінальних рядів E6 (20%), E12 (10%) або E24 (для резисторів з точністю до 5%), для точніших резисторів використовуються точніші ряди (наприклад, E48).

Резистори, що випускаються промисловістю характеризуються також певним значенням максимальної розсіюваної потужності (випускаються резистори потужністю 0,065 Вт; 0,125 Вт; 0,25 Вт; 0,5 Вт; 1 Вт; 2 Вт; 5 Вт аж до 150 Вт).

Маркування резисторів для навісного монтажу

Відповідно до ГОСТ 28883-90 (IEC 62-74) кольорове маркування наноситься у вигляді 3, 4, 5 або 6 кольорових кілець.

Колір	Значення		Множник	Допустиме відхилення ± %	Темп.коеф.опору ± 10-6/K
	1 кільце	2 кільце	3 кільце	4 кільце	Останнє кільце
відсутнє				20
сріблястий			0,01 Ω	10
золотистий			0,1 Ω	5
чорний	0	0	x 1 Ω	20	200
коричневий	1	1	x 10 Ω	1	100
червоний	2	2	x 100 Ω	2	50
оранжевий	3	3	x 1 kΩ	3	15
жовтий	4	4	x 10 kΩ	0,1	25
зелений	5	5	x 100 kΩ	0,5
голубий	6	6	x 1 MΩ	0,25	10
фіолетовий	7	7	x 10 MΩ	0,1	5
сірий	8	8		0,05	1
білий	9	9

• якщо нанесено три кільця, вони позначають величину опору (у тому числі третє — множник) а допустиме відхилення становить ± 20%;
• якщо нанесено чотири кільця, то перші три (як у пункті, наведеному вище) позначають значення опору, а четвертий — допустиме відхилення;
• якщо є п'ять кілець, перші три позначають опір, четверте — множник, а п'яте — допустиме відхилення;
• якщо є шість кілець, це точний резистор і перші три кільця позначають опір, четверте — множник, п'ятий — допустиме відхилення, шостий — температурний коефіцієнт опору (це кільце може знаходитись на самому краю резистора).

Маркування резисторів поверхневого монтажу (SMD-резисторів)

SMD—резистор опором 2 МОм типорозміру 1206

Паяння SMD—резистора 0805 типорозміру за допомогою паяльного пінцета

Резистори для поверхневого монтажу випускаються з низкою типорозмірів: 0201, 0402, 0603, 0805, 1206, 1210, 1218 і т.д. Зазвичай, типорозмір корпусу складається з чотирьох цифр, які вказують на його довжину і ширину. Наприклад, корпус 0805 означає наступне: 0805 = довжина х ширина = (0,08 х 0,05) дюйма. Іноді ці цифри задаються в міліметрах, наприклад корпус 5763 має габарити (5,7 х 6,3) мм.

Корпуси з однаковою назвою можуть мати різну висоту, різні контактні площадки і виконані з різних матеріалів, але розраховані для монтажу на стандартне установче місце.

• Маркування 3-ма цифрами

Перші дві цифри вказують значення в омах, остання — кількість нулів. Поширюється на резистори з ряду номіналів Е24 з допуском 1 % и 5%, типорозмірів 0603, 0805 та 1206. Буква R грає роль десяткової коми.

Приклад:

103 = 10 000 = 10 кОм;

100 = 10 Ом;

3R3 = 3,3 Ом.

• Маркування 4-ма цифрами

Перші три цифри вказують значення в омах, остання — число нулів. Поширюється на резистори з ряду номіналів Е96 з допуском 1% , типорозмірів 0805 та 1206. Буква R грає роль десяткової коми.

Приклад:

4402 = 440 00 = 44 кОм;

15R0 = 15,0 Ом.

• Маркування 3-ма символами цифра-цифра-буква (JIS-C-5201)

Перші два символи — цифри, що вказують код значення опору в омах, що взяті з приведеної нижче таблиці, останній символ — буква, що вказує значення множника: S=10^-2; R=10^-1; B=10; C=10²; D=10³; E=10⁴; F=10⁵. Поширюється на резистори з ряду Е96 з допуском 1% і типорозміру 0603.

код	Ω		код	Ω		код	Ω		код	Ω		код	Ω		код	Ω
01	100		17	147		33	215		49	316		65	464		81	681
02	102		18	150		34	221		50	324		66	475		82	698
03	105		19	154		35	226		51	332		67	487		83	715
04	107		20	158		36	232		52	340		68	499		84	732
05	110		21	162		37	237		53	348		69	511		85	750
06	113		22	165		38	243		54	357		70	523		86	768
07	115		23	169		39	249		55	365		71	536		87	787
08	118		24	174		40	255		56	374		72	549		88	806
09	121		25	178		41	261		57	383		73	562		89	825
10	124		26	182		42	267		58	392		74	576		90	845
11	127		27	187		43	274		59	402		75	590		91	866
12	130		28	191		44	280		60	412		76	604		92	887
13	133		29	196		45	287		61	422		77	619		93	909
14	137		30	200		46	294		62	432		78	634		94	931
15	140		31	205		47	301		63	442		79	649		95	953
16	143		32	210		48	309		64	453		80	665		96	976

Приклад:

10C = 124 x 10² = 12,4 кОм.

• Маркування 3-ма символами буква-цифра-цифра

Степінь при 10 кодується буквою (так же, як і для 1%-них опорів, див. список вище), мантиса значення опору і точність кодується 2 цифрами (див. таблицю нижче). Поширюється на резистори з рядів номіналів E12 та E24 з точністю 2 %, 5 % і 10 %.

Приклади:

S01 2 %, 1,00 Ом;

S25 5 %, 1,00 Ом;

A42 5 %, 510 Ом;

S49 10 %, 1,00 Ом.

2 %			5 %			10 %
код	Ω		код	Ω		код	Ω
01	100		25	100		49	100
02	110		26	110		50	120
03	120		27	120		51	150
04	130		28	130		52	180
05	150		29	150		53	220
06	160		30	160		54	270
07	180		31	180		55	330
08	200		32	200		56	390
09	220		33	220		57	470
10	240		34	240		58	560
11	270		35	270		59	680
12	300		36	300		60	820
13	330		37	330
14	360		38	360
15	390		39	390
16	430		40	430
17	470		41	470
18	510		42	510
19	560		43	560
20	620		44	620
21	680		45	680
22	750		46	750
23	820		47	820
24	910		48	910

Деякі додаткові властивості резисторів

Залежність опору від температури

Опір металевих і дротяних резисторів трохи залежить від температури. При цьому залежність від температури практично лінійна $~R=R_0 (1+ \alpha (t-t_0))$, оскільки коефіцієнти 2 і 4 порядку достатньо малі і при звичайних вимірах ними можна знехтувати. Коефіцієнт $~\alpha$ називають температурним коефіцієнтом опору. Така залежність опору від температури дозволяє використовувати резистори в якості термометрів. Опір напівпровідникових резисторів може залежати від температури сильніше, можливо, навіть експоненційно за законом Арреніуса, однак у практичному діапазоні температур і цю експоненційну залежність можна замінити лінійною.

Шум резисторів

Навіть ідеальний резистор при температурі вище абсолютного нуля є джерелом шуму. Це випливає з фундаментальної флуктуативно-дисипативної теореми (у застосуванні до електричних кіл це твердження відоме також як теорема Найквіста). При істотно меншій частоті, ніж $k_B T/h$ (де $~k_B$ — стала Больцмана, $~T$ — абсолютна температура, $~h$ — стала Планка) спектр теплового шуму рівномірний («білий шум»), спектральна густина шуму (перетворення Фур'є від корелятора напруг шуму) $|U|^2_\omega=4 R k_BT$, де $U^2_\omega=\int dt \langle U(t) U(0)\rangle e^{i\omega t}$. Видно, що чим більший опір, тим більша ефективна напруга шуму, також, ефективна напруга шуму пропорційна квадратному кореню з температури.

Навіть при абсолютному нулі температур у резисторів, складених з квантових точкових контактів буде шум, який зумовлений Фермі-статистикою. Однак такий шум усувається шляхом послідовного та паралельного підключення кількох контактів.

Рівень шуму реальних резисторів вищий. В шумі реальних резисторів також завжди присутня компонента, інтенсивність якої пропорційна оберненій частоті, тобто 1/f шум або «рожевий шум». Цей шум виникає з кількох причин, одна з головних перезарядка іонів домішок, на яких локалізовані електрони.

Шуми резисторів виникають за рахунок проходження в них струму. У змінних резисторах є так звані «механічні» шуми, що виникають при роботі рухомих контактів.

Особливості виробництва резисторів

Дротяні резистори

Дротяний резистор

Дротяні резистори постійного опору зазвичай виконують на циліндричній ізоляційній підкладці з одно- або багатошаровим намотуванням. Провід та контактні вузли захищають, як правило, силікатними емалевими покриттями. Дротяні резистори характеризуються високою стабільністю опору, низьким рівнем власних шумів, великою допустимою потужністю розсіювання, високою точністю опору. Ці резистори мають порівняно великі паразитні реактивні параметри і тому використовуються лише на порівняно низьких частотах. Як обмотувальних проводів використовуються проводи високого опору (ніхром, манганин, константан) з малим значенням температурного коефіцієнта питомого опору. Для зменшення паразитних параметрів дротяних резисторів застосовують намотування спеціальних видів.

Постійні дротяні резистори мають номінали 3 Ом...51 кОм і номінальну потужність до 150 Вт. Промисловість випускає наступні типи дротяних резисторів:

• з одношаровим намотуванням:
  • ПЕ — дротові емальовані;
  • ПЕВ — дротові емальовані вологостійкі;
  • ПЕВТ — дротові емальовані і волого- і термостійкі;
  • ПЕВР — дротові емальовані вологостійкі регульовані, що мають латунний рухливий з затискним гвинтом хомут, котрий має можливість переміщатись вздовж корпусу резистора по витках дроту, вільних від ізоляції;
• регульовані з багатошаровим намотуванням:
  • ПТ — дротові точні;
  • ПТН, ПТМ, ПТК — дротові точні, відповідно з ніхромового, магнанинового чи константанового дроту;
  • ПТМН, ПТММ, ПТМК — дротові точні малогабаритні, відповідно з ніхрому, манганину чи константану.

Резистори з одношарової намотуванням мають допустимі відхилення від номіналу ± 5; ± 10%, а резистори з багатошаровим намотуванням — ± 0,25; ± 0,5; ± 1%.

Металоплівкові резистори

Металоплівкові резистори містять резистивний елемент у вигляді дуже тонкої (десяті частки мікрометра) металевої плівки (танталу, хрому і ніхрому), нанесеної на підкладку з кераміки, скла, шаруватого пластику, ситалу або іншого ізоляційного матеріалу. Металоплівкові резистори характеризуються високою стабільністю параметрів, слабкою залежністю опору від частоти й напруги і високою надійністю. Недоліком деяких металоплівкових резисторів є знижена надійність при підвищеній номінальній потужності, особливо під час імпульсних навантажень. Температурний коефіцієнт опору (ТКО) резисторів типів ОМЛТ не перевищує 0,02·10⁻² K⁻¹. Рівень шумів резисторів групи А не більший за 1 мкВ/В, групи Б — не більший за 5 мкВ/В.

Вуглецеві (вугільні) резистори

Резистивний елемент цих резисторів являє собою тонку плівку вуглецю, нанесену на стрижневу або трубчасту підкладку з кераміки. Вуглецеві резистори характеризуються високою стабільністю опору, низьким рівнем власних шумів, невеликим негативним ТКО, слабкою залежністю опору від частоти і прикладеної напруги. Боровуглецеві резистори типу БЛП за стабільністю опору можуть не поступатися дротяним резисторам. ТКО цих резисторів дорівнює — (0,012 ... 0,025)·10⁻² K⁻¹. Боровуглецеві резистори одержують термічним розкладанням (піролізом) бороорганічних сполук.

Композиційні резистори

Резистивний елемент цих резисторів виготовляють на основі композицій, що складаються з суміші порошкоподібного провідника (сажа, графіт, порошки срібла, паладію, напівпровідникові матеріали, такі, як оксиди цих металів, карбіди кремнію, вольфраму та ін.) і органічного або неорганічного діелектрика (полімери, порошкоподібне скло, неорганічні емалі). Композиційні резистори випускають плівкового і об'ємного видів. Плівкові композиційні резистори по конструкції подібні до вуглецевих, але відрізняються більшою товщиною плівки. Об'ємні резистивні елементи виготовляють у вигляді стрижня шляхом пресування композиційної суміші, плівкові — шляхом нанесення композиційної суміші на ізоляційну підкладку.

Плівки керметного типу наносять методом випаровування у вакуумі суміші порошків металів (Cr, Ni, Fe) і оксидів (SiO, Nd₂O₃, TiO₂), причому співвідношення між кількістю тих і інших компонентів визначає основні властивості плівок. Керметні плівки відрізняються гарною однорідністю властивостей, підвищеною термостійкістю; широко використовують для виготовлення резисторних мікрозбірок.

Плівкові композиційні резистори характеризуються сильною залежністю опору від напруги, низькою стабільністю параметрів і дуже високою надійністю. Об'ємні композиційні резистори з органічними сполучними матеріалами відрізняються високою стабільністю параметрів, порівняно низькою надійністю і зниженим рівнем власних шумів, а з неорганічними в'яжучими матеріалами — дуже високою надійністю, низькою стабільністю опору до значень частоти 50 кГц. Опір цих резисторів практично не залежить від напруги.

Металооксидні резистори

Металооксидні резистори виготовляються на основі оксиду металів, найчастіше діоксиду олова. По конструкції вони не відрізняються від металоплівкових, характеризуються середньою стабільністю параметрів, слабкою залежністю опору від частот і напруги, високою надійністю.

Дивіться також

• Електричний опір
• Електричне коло

Література

• Мала гірнича енциклопедія. В 3-х т. / За ред. В. С. Білецького. — Донецьк: Донбас, 2004. — ISBN 966-7804-14-3.
• Основи мікроелектроніки : навч. посіб. до лаб. практикуму / М. Є. Лещенко, І. К. Васильєва, О. М. Замірець, В. Є. Овчаренко. – Х. : Нац. аерокосм. ун-т "Харк. авіац. ін-т", 2010. – Ч. 1. – 64 с.
• Резисторы (справочник) / под ред. И. И. Четверткова — М.:Энергоиздат, 1991
• Аксенов А. И., Нефедов А. В. Серия Массовая радиобиблиотека; Вып. 1203. Элементы схем бытовой радиоаппаратуры. Конденсаторы. Резисторы: Справочник М. Радио и связь, 1995.- 272 с.
• Справочник по элементам радиоэлектронных устройств / под ред. В. Н. Дулина, М. С. Жука — М.:Энергия, 1978

Посилання

• Резистор
• Цветная маркировка резисторов (рос.)
• Ibrahim Kamal Resistors, Volt and Current — Ілюстрований посібник по резисторах (англ.)
• Rod Elliott Beginners' Guide to Potentiometers — Довідник по потенціометрах (англ.)

Це незавершена стаття з фізики. Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.