Сегодня электрика шагнула далеко за рамки простых выключателей и розеток, а граница между электрикой и электроникой стала более размывчатой, сместившись в сторону более сложных электронных устройств. Поэтому электрик в наше время должен знать хотя бы несложные электронные устройства. Ведь вряд ли кто-то для ремонта какой-либо лампы с регулятором мощности или зарядного устройства будет искать электронщика. С такими вещами все чаще обращаются к простым электрикам. К тому электрики при работе с современным оборудованием все чаще сталкиваются с разного рода датчиками, реле времени, таймерами и т.п. А если вы собираетесь стать инженером-электриком, то тем более должны быть с этим знакомы. К тому же эти знания помогут самому сделать или отремонтировать необходимые в быту несложные устройства.
Итак, немного о радиодеталях и не только.
Самое простое, с чем можно столкнуться или увидеть - это резисторы. По-другому их можно назвать сопротивлениями - это одно и то же. С сопротивлением также знакомство было в разделе "Про сопротивление", но только с физической точки зрения. Здесь мы обсудим действие сопротивления при включении в электрическую цепь. Но называть в дальнейшем данную деталь будем именно резистором, хотя бы потому, что на ценниках и в каталогах их так и обозначают.
Резисторы можно включать последовательно с источником питания либо параллельно. Причем источником питания в данном случае может служить не только, скажем, гальванический элемент, но и, например, напряжение, "осевшее" на диоде, переходе транзистора, на конденсаторе и т.д. Мы рассмотрим варианты попроще. Например, с помощью резистора можно понизить напряжение для питаемого устройства. Покажем это на простом примере.
схема гасящего резистораДопустим, у вас батарейка на 4,5В, а лампочка на 3,5В, при этом на лампочке обозначен потребляемый ею номинальный ток, равный Iном = 0,16А. Нам, соответственно, необходимо "убрать" лишний 1В и сохранить ток в цепи, чтобы он равнялся 0,16А, ведь к сопротивлению лампы мы добавим последовательно в цепь еще и резистор, который при таком включении называют еще "гасящим". По закону Ома это сопротивление будет равно "лишнему" напряжению, деленному на ток в цепи. В данном случае это 0,16А. Получим R=1В/0,16А=6,25Ом. Однако, это еще не все. Все резисторы, кроме своего номинального значения сопротивления, нормируются еще и по мощности. Это что-то вроде теплоты, которая может на нем выделиться и раствориться в окружающем воздухе. Если он нагреется свыше этого, т.е. на нем будет присутствовать мощность, превышающая его паспортные данные, то он от перегрева сгорит. Широко распространенные резисторы серии МЛТ (металлоокисное лакированное теплостойкое) обычно имеют мощность 0,125Вт(МЛТ-0,125); 0,25Вт(МЛТ-0,25); 0,5Вт(МЛТ-0,5); 1Вт(МЛТ-1) и 2Вт(МЛТ-2). Есть резисторы и помощнее, и других марок, например, ВС (влагостойкое сопротивление), УЛМ (углеродистое лакированное малогабаритное), ПЭВ (проволочный эмалированный влагостойкий).
А нам необходимо правильно по мощности подобрать резистор. Она определяется по простой формуле: Р=I²R=0,16*0,16*6,25=0,16Вт. Значит, нам подойдет МЛТ-0,25. Схема наших вычислений на рис. 1.

Делитель напряжения

Излишнее значение напряжения можно также "удалять", используя делитель напряжения. Выходное напряжение делителя зависит от значений используемых в двух его плечах сопротивлений резисторов.
Выходное напряжение делителя напряжения вычисляется по формуле: формула делителя напряжения. Используя данную формулу и задавшись тремя известными (используемыми) заранее величинами, всегда можно найти требуемую четвертую. Схема делителя напряжения приведена на рис.2.

схема делителя напряженияТаким образом, при соответствующем подборе резисторов R1 и R2 выходное напряжение будет представлять собой часть входного. При этом выходное напряжение при одном и том же входном будет зависеть не от конкретных значений R1 и R2, а от результата их деления. Например, если на рис.2 вместо 9кОм и 1кОм будет 18кОм и 2кОм или 27кОм и 3кОм, то выходное напряжение не изменится. Отношение большего номинала резистора к меньшему в этом случае всегда будет равно девяти. Отсюда это и следует.
Однако, при использовании схемы необходимо учесть следующее. Как видно из схемы делителя, выходное напряжение снимается с резистора R2. То есть, нагрузку, если ей требуется питание величиною в 1В, следует подключать к выводам (т.е. параллельно) R1. Однако, такое выходное напряжение будет сохраняться только при нагрузке, сопротивление которой само по себе должно во много раз превышать значение R2. Например, это может быть вход полевого транзистора. В этом случае их общее сопротивление, находимое по формуле 2-х параллельно включенных сопротивлений формула 2-х параллельно включенных резисторов, почти не изменится. А вот если величина сопротивления нагрузки будет соизмерима с величиною R2 и, например, будет составлять 5кОм, то их общее сопротивление составит чуть более 800Ом, а выходное напряжение по формуле формула делителя напряжения составит Uвых=0,85В. Поэтому в таких случаях при расчетах следует учитывать общее сопротивление 2-х параллельно включенных проводников.
Но, обучившись даже таким простым расчетам, вы можете столкнуться с такой проблемой, как отсутствие нужного номинала резистора или отсутствием резистора необходимой мощности. Выход из этого положения всегда есть. Применив последовательное или параллельное соединение резисторов (проводников - это то же самое), зачастую в большинстве случаев можно выйти из данной ситуации. Немного этот вопрос был затронут в разделе "Про сопротивление", но здесь осветим его более подробно.

последовательное соединение проводников (сопротивлений)

последовательное соединение проводниковПри последовательном соединении общее сопротивление равно сумме отдельных сопротивлений. В вычислениях это пишется в виде следующего выражения: Rобщ=R1+R2+R3.......и т.д. Например, если у вас два резистора с сопротивлениями 910Ом и 470Ом, то их общее сопротивление составит Rобщ=R1+R2=910+470=1380Ом или 1,38кОм, что то же самое. Последовательное сопротивление характеризуется тем, что через даже разные сопротивления протекает один и тот же ток. Это хорошо показано на рис.1. Через сопротивление лампы, равное R=U/I=3,5/0,16=21,875Ом и резистор R1=6,25Ом проходит один и тот же ток величиною I=0,16А. Значения напряжений на каждом элементе будут пропорциональны их сопротивлениям. Т.е., если напряжения на них различаются в 3,5раза (3,5В и 1В соответственно), то это связано с различием их сопротивлений именно в 3,5раза. Как мы выяснили, это сопротивление лампы R=21,875Ом и сопротивление гасящего резистора R1=6,25Ом.
Еще одно свойство. При последовательном соединении одинаковых по величине и мощности резисторов их мощности суммируются. Например, если вам по результатам каких-либо вычислений требуется резистор сопротивлением 15Ом и мощностью 3Вт, то его можно заменить двумя последовательно соединенными резисторами по 7,5Ом и мощностью не менее 1,5Вт каждый. Либо тремя последовательно соединенными резисторами по 5Ом и мощностью не менее 1Вт каждый. Последовательное соединение резисторов показано на рис.3.

читать далее...

Однако, если в этой цепи использовать хотя бы один резистор сопротивлением хоть и 5Ом, но мощностью 0,5Вт, то мощность всей цепочки будет ограничена мощностью именно этого резистора, поскольку при превышении этого предела он начнет перегреваться и в случае перегорания оборвет питание всей цепи, хотя два оставшихся резистора мощностью по 1Вт каждый так и не достигнут своего максимума. Поэтому в таких случаях составного сопротивления и берут резисторы только с одинаковой мощностью.

Параллельное соединение проводников (сопротивлений)

параллельное соединение проводников При параллельном соединении проводников(ну или резисторов) общее сопротивление всегда будет меньше самого меньшего из них и в общем виде находится по формуле: формула3+.....Для параллельного соединения 2-х сопротивлений формулу можно свести к более простому виду: формула4. Несложно вычислить, что если два одинаковых сопротивления соединены параллельно, то общее сопротивление равно половине величины каждого из них.
При параллельном соединении одинаковых по значению и мощности резисторов их мощности суммируются. Таким образом, из нескольких одинаковых резисторов можно получить общий резистор с бОльшей мощностью рассеивания. Параллельно соединение показано на рис.4.

Системы обозначений резисторов на схемах и корпусе

Обозначение номиналов резисторов на схемах и их корпусах несколько различаются. На схемах все пишется в привычном для глаз виде. Если сопротивление резистора, скажем, полтора килоома - на схеме так и пишут: 1,5К. Если триста килоом - 300К, если два целых и два десятых мегаома - 2,2М......ну и т.д. Единственное исключение - на схемах не пишут слово "Ом". И если сопротивление резистора составляет, к примеру, 51Ом, то на схеме пишут просто число 51.
А на корпусе резистора его номинал наносится в соответствии с ГОСТом. Единицу сопротивления Ом сокращенно обозначают буквой Е, килоом - буквой К, мегаом - буквой М. Буква на корпусе играет роль запятой. К примеру, на корпусе написано 51Е - это 51,0Ом, т.е. 51Ом. Если написано 5Е1 - это 5,1Ома. По аналогии: 10К - 10кОм; 1К - 1кОм; 9К1 - 9,1кОма; К1 - 0,1кОма, т.е. 100Ом; 2М - 2МОм; 2М2 - 2,2МОма. Полезно знать, резисторы каких номиналов выпускает промышленность. Они приведены в табл.1.

 
табл.2. Цветовой код номиналов резисторов
Цвет Кольцо или точки
1
1-ая цифра
1
1-ая цифра
1
1-ая цифра
1
1-ая цифра
черный -- 0 -- --
коричневый 1 1 0 1
красный 2 2 00 2
оранжевый 3 3 000 --
желтый 4 4 0000 --
зеленый 5 5 00000 --
синий 6 6 000000 --
фиолетовый 7 7 -- --
серый 8 8 -- --
белый 9 9 -- --
золотистый -- -- -- 5
серебристый -- -- -- 10
неокрашеный -- -- -- 20
табл.1. Номиналы сопротивлений резисторов
Е6 Е12 Е24 Е6 Е12 Е24 Е6 Е12 Е24
1,0 1,0 1,0 2,2 2,2 2,2 4,7 4,7 4,7
    1,1     2,4     5,1
  1,2 1,2   2,7 2,7   5,6 5,6
    1,3     3,0     6,2
1,5 1,5 1,5 3,3 3,3 3,3 6,8 6,8 6,8
    1,6     3,6     7,5
  1,8 1,8   3,9 3,9   8,2 8,2
    2,0     4,3     9,1
 

Ряду Е6 соответствуют сопротивления резисторов с допускаемыми отклонениями ±20%, ряду Е12 - с допускаемыми отклонениями ±10%, ряду Е24 - с допускаемыми отклонениями ±5%. Номиналы деталей получаются умножением чисел, приведенных в таблице, на 0,01; 0,1; 1; 10; 100 и т.д. Например, 5,1Ом, 51Ом, 510Ом, 5,1кОм и т.д. Постоянный резистор часто ставят в цепь высоких напряжений - 200...300В, например, последовательно с неоновой лампочкой. И подбор, как правило, ограничивается, подборомпо мощности в зависимости от протекающего тока. Однако, надежность работы резистора еще зависит и от напряжения на его выводах. Например, резисторы МЛТ-0,125 допускают напряжение 200В, МЛТ-0,25 - до 250, МЛТ-0,5 - до 350В, МЛТ-1 - до 500В. Это тоже желательно учитывать.
Для обозначения номиналов резисторов иногда используют цветовой код. Он состоит из четырех цветных колец или точек, нанесенных на одном конце корпуса резистора. Цвет первого кольца показывает первую цифру значения резистора, второго - вторую цифру, третьего - число нулей после первых двух цифр, цвет четвертого кольца обозначает допустимое отклонение. Значение цветов приведено в табл.2.
Еще один момент, на который необходимо обратить внимание - это обозначаемая на схемах мощность резистора. Самые распространенные мощности используемыз резисторов - это 0,125Вт, 0,25Вт, 0,5Вт. Несколько реже используются резисторы мощностью 1Вт и 2Вт. Совсем редко можно встретить использование резисторов мощностью 5Вт и уж совсем редко - 10Вт. Сокращенное обозначение мощности резисторов показано на рис.5.
обозначания мощности резисторовНа некоторых резисторах мощность нанесена на корпусе. Например, на широко распространенных резисторах серии МЛТ мощностью 1Вт и 2Вт на корпусе так и написано: МЛТ-1 или МЛТ-2. Однако, в общем случае, мощность вообще не наносится. Но радиолюбитель может распознать эту мощность по размерам сопротивления. Например, все те же резисторы серии МЛТ мощностью от 0,125Вт до 0,5Вт можно на глаз отличить по мощности благодаря увеличению их габаритов согласно увеличению их мощности.
Помните, что электрическая мощность, которую рассеивает резистор, должна быть меньше или равна максимальной его мощности. Мощность резистора соответствует его мощности, которую он может рассеять в окружающую среду при ее температуре 20...25°С. Иногда можно пойти на хитрость и использовать резистор несколько меньшей мощности по сравнению с расчетной при условии, что он будет эксплуатироваться при более низких температурах. Например, это может быть функция обогрева чего-либо в зимний период.