====== Резисторы: последовательное и параллельное соединение, токоограничивающие и подтягивающие сопротивления ====== Резистор (сопротивление) — один из наиболее распространённых компонентов в электронике. Его назначение — простое: сопротивляться течению тока, преобразовывая его часть в тепло. Основной характеристикой резистора является сопротивление. Единица измерения сопротивления — Ом (Ohm, Ω). Чем больше сопротивление, тем большая часть тока рассеивается в тепло. В схемах, питаемых небольшим напряжением (5 – 12 В), наиболее распространены резисторы номиналом от 100 Ом до 100 кОм. {{ :схемотехника:resistor.jpg?nolink& |}} {{ :схемотехника:resistors-0.png?nolink& |}} ===== Закон Ома ===== Закон Ома позволяет на заданном участке цепи определить одну из величин: силу тока //I//, напряжение //U//, сопротивление //R//, если известны две остальные: $$ I = \frac{U}{R} \hspace{40pt} U = I \cdot R \hspace{40pt} R = \frac{U}{I}$$ Для обозначения напряжения наряду с символом //U// используется //V//. Рассмотрим простую цепь {{ :схемотехника:resistors-1.png?nolink& |}} Расчитаем силу тока, проходящего через резистор //R1// и, соответственно, затем через лампу //L1//. Для простоты будем предполагать, что сама лампа обладает нулевым собственным сопротивлением. $$I = \frac{U}{R_1} = \frac{5\unit{В}}{240\unit{Ом}} \approx 0.02 \unit{А} = 20 \unit{мА}\,$$ Аналогично, если бы у нас был источник питания на 5 В и лампа, которая по документации должна работать при токе 20 мА, нам нужно бы было выбрать резистор подходящего номинала. $$R_1 = \frac{U}{I} = \frac{5 \unit{В}}{0.02 \unit{А}} = 250 \unit{Ом}\,$$ В данном случае, разница в 10 Ом между идеальным номиналом и имеющимся не играет большого значения: можно смело брать стандартный номинал — 240 или 220 Ом. Аналогично, мы могли бы расчитать требуемое напряжение, если бы оно было не известно, а на руках были значения сопротивления и желаемая сила тока. ===== Соединение резисторов ===== При последовательном соединении резисторов, их сопротивление суммируется: {{ :схемотехника:resistors-2.png?nolink& |}} $$ R_t = R_1 + R_2 + \ldots + R_N $$ При параллельном соединении, итоговое сопротивление расчитывается по формуле: {{ :схемотехника:resistors-3.png?nolink& |}} $$ R_t = \frac{1}{\frac1{R_1} + \frac1{R_2} + \ldots + \frac1{R_N}} $$ Если резистора всего два, то: $$ R_t = \frac{R_1 \cdot R_2}{R_1 + R_2} $$ В частном случае двух одинаковых резисторов, итоговое сопротивление при параллельном соединении равно половине сопротивления каждого из них. Таким образом можно получать новые номиналы из имеющихся в наличии. ===== Применеие на практике ===== Среди ролей, которые может выполнять резистор в схеме можно выделить следующие: - Токоограничивающий резистор (current-limiting resistor) - Стягивающий, подтягивающий резистор (pull-down / pull-up resistor) - Делитель напряжения (voltage divider) ==== Токоограничивающий резистор ==== Пример, на котором рассматривался Закон Ома представляет собой также пример токоограничевающего резистора: у нас есть компонент, который расчитан на работу при определённом токе — резистор снижает силу тока до нужного уровня. В случае с Ардуино следует ограничивать ток, поступающий с выходных контактов (output pins). Напряжение, в состоянии, когда контакт включен (high) составляет 5 В. Исходя из документации, ток не должен превышать 40 мА. Таким образом, чтобы безопасно увести ток с контакта в землю понадобится резистор номиналом //R = U / I = 5 В / 0.04 А = 125 Ом// или более. {{ :схемотехника:resistors-4.png?nolink& |}} ==== Стягивающие и подтягивающие резисторы ==== Стягивающие (pull-down) и подтягивающие (pull-up) резисторы используются в схемах рядом со //входными// контактами логических компонентов, которым важен только факт: подаётся ноль вольт (логический ноль) или не ноль (логическая единица). Примером являются цифровые входы Ардуино. Резисторы нужны, чтобы не оставить вход в «подвешенном» состоянии. Возьмём такую схему {{ :схемотехника:resistors-5.png?nolink& |}} Мы хотим, чтобы когда кнопка не нажата (цепь разомкнута), вход фиксировал отсутствие напряжения. Но в данном случае вход находится в «никаком» состоянии. Он может срабатывать и не срабатывать хаотично, непредсказуемым образом. Причина тому — шумы, образующиеся вокруг: провода действуют как маленькие антенны и производят электричество из электромагнитных волн среды. Чтобы гарантировать отсутствие напряжения при разомкнутой цепи, рядом с входом ставится стягивающий резистор: {{ :схемотехника:resistors-6.png?nolink& |}} Теперь нежелательный ток будет уходить через резистор в землю. Для стягивания используются резисторы больших сопротивлений (10 кОм и более). В моменты, когда цепь замкнута, большое сопротивление резистора не даёт большей части тока идти в землю: сигнал пойдёт к входному контакту. Если бы сопротивление резистора было мало (единицы Ом), при замкнутой цепи произошло бы короткое замыкание. Аналогично, подтягивающий резистор удерживает вход в состоянии логической единицы, пока внешняя цепь разомкнута: {{ :схемотехника:resistors-7.png?nolink& |}} То же самое: используются резисторы больших номиналов (10 кОм и более), чтобы минимизировать потери энергии при замкнутой цепи и предотвратить короткое замыкание при разомкнутой. ==== Делитель напряжения ==== Делитель напряжения (voltage divider) используется для того, чтобы получить из исходного напряжения лишь его часть. Например, из 9 В получить 5. Он подробно описан в [[схемотехника:делитель-напряжения|отдельной статье]]. ===== Мощность резисторов ===== Резисторы помимо сопротивления обладают ещё характеристикой мощности. Она определяет нагрузку, которую способен выдержать резистор. Среди обычных керамических резисторов наиболее распространены показатели 0.25 Вт, 0.5 Вт и 1 Вт. Для расчёта нагрузки, действующей на резистор, используйте формулу: $$ P = U \cdot I = I^2 \cdot R = \frac{U^2}{R} $$ При превышении допустимой нагрузки, резистор будет греться и его срок службы может сильно сократиться. При сильном превышении — резистор может начать плавиться и вызвать воспламенение. Будьте осторожны! {{youtube>8xaAk9FnrVg?medium}}