|
Сопротивление и резисторы
Теоретические основы электроники
(Основы электроники)
1.2. Сопротивление и резисторы
Интересно,
что ток, протекающий через
металлический проводник (или другой материал,
обладающий некоторой проводимостью),
пропорционален напряжению,
приложенному к проводнику. (Что касается
провода, который используется в качестве
проводников в схемах, то его обычно
берут достаточно большого сечения,
чтобы можно было пренебречь падениями
напряжения, о которых мы говорили
выше.) Это ни в коем случае не
обязательно для всех случаев жизни. Например,
ток, протекающий через неоновую лампу,
представляет собой нелинейную функцию
от приложенного напряжения (он
сохраняет нулевое значение до критического
значения напряжения, а в критической
точке резко возрастает). То же самое
можно сказать и о целой группе других
элементов-диодах, транзисторах, лампах
и др. Резисторы
изготавливают из проводящего материала
(графита, тонкой металлической или
графитовой пленки или провода, обладающего
невысокой проводимостью). К каждому концу
резистора прикреплен провод.
Резистор характеризуется величиной
сопротивления R=U/I.
Сопротивление R измеряется в омах, если
напряжение U выражено в вольтах, а ток
I в амперах. Это соотношение носит
название «закон Ома». Резисторы наиболее
распространенного типа - углеродистые
композиционные - имеют сопротивление
от 1 ома (1 Ом) до 22 мегаом (22 МОм).
Резисторы характеризуются также
мощностью, которую они рассеивают в
пространство (наиболее распространены
резисторы с мощностью рассеяния 1/4 Вт)
и такими параметрами, как допуск
(точность), температурный коэффициент,
уровень шума, коэффициент напряжения
(показывающий, в какой степени
сопротивление зависит от приложенного
напряжения), стабильность во времени,
индуктивность и пр.
Последовательное и параллельное
соединение резисторов. Из определения
сопротивления следует несколько выводов:
1. Сопротивление двух последовательно
соединенных резисторов равно:
R = R1 + R2.
При последовательном соединении
резисторов всегда получаем большее
сопротивление, чем сопротивление отдельного
резистора.
2. Сопротивление двух параллельно
соединенных резисторов равно R
= R1R2(R1 + R2) или R = 1/(1/R1 + 1/R2).
При параллельном соединении
резисторов всегда получаем меньшее
сопротивление, чем соединение отдельных
резисторов. Сопротивление измеряется в омах
(Ом). На практике, когда речь иДет о
резисторах с сопротивлением более 1000 Ом
(1 кОм), иногда оставляют только
приставку, опуская в обозначении «Ом», т. е.
резистор с сопротивлением 10 кОм
иногда обозначают как 10 К, а резистор с
сопротивлением 1 МОм - как 1 М. На
схемах иногда опускают и обозначение
«Ом», оставляя только число.
Мощность и резисторы. Мощность,
рассеиваемая резистором или любым другим
элементом, определяются как P = UI.
Пользуясь законом Ома, эту формулу
можно записать в эквивалентном виде:
P = I2R и P = U2/R.
Делители напряжения. В
любой настоящей схеме можно найти не
меньше полдюжины делителей
напряжения. Простейший делитель напряжения -
это схема, которая для данного
напряжения на входе создает на выходе
напряжение, которое является некоторой частью
входного. Простейший делитель
представлен на рис. ниже. Что такое Uвых?
Предположим здесь и далее, что нагрузки на
выходе нет, тогда ток определяется
следующим образом: Uвх/(R1 + R2).
Мы воспользовались формулой для
определения сопротивления резистора и
правилом для последовательного
соединения резисторов). Тогда для R2: Uвых = IR2=UвхR2/(R1+R2).
Обратите внимание, что выходное
напряжение всегда меньше входного (или
равно ему); поэтому мы говорим о
делителе напряжения. Если одно из
сопротивлений будет отрицательным, то можно
получить усиление (т.е. выходное
напряжение будет больше входного). Эта идея
не так невероятна, как кажется на первый
взгляд: вполне можно сделать устройство
с отрицательными «приращениями»
сопротивления (в качестве примера может
служить туннельный диод) или просто
с настоящим отрицательным
сопротивлением (например, преобразователь с
отрицательным импедансом, о котором мы
поговорим позже). Однако эти примеры
достаточно специфичны и не должны
занимать сейчас ваше внимание.
Делители напряжения часто
используют в схемах для того, чтобы получить
заданное напряжение из большего
постоянного (или переменного) напряжения.
Например, если в качестве R2 взять
резистор с регулируемым сопротивлением,
то мы получим не что иное,
как схему с управляемым выходом.
Простой делитель напряжения играет важную роль и в
тот момент, когда вы задумываете схему:
входное напряжение и сопротивление
верхней части резистора могут
представлять собой, скажем, выход усилителя, а
сопротивление нижней части резистора -
вход последующего каскада. В этом
случае, воспользовавшись уравнением для
делителя напряжения, можно определить,
что поступит на вход последнего каскада.
|
|
|