Электронная схема абсолютно любого типа включает в себя резисторы. Главная задача данных элементов — замедление потока электричества в цепи и создание электросопротивления для управления напряжением и силой тока в различных электронных устройствах. Найти резисторы можно почти в любом современном приборе. Они бывают как с постоянным сопротивлением, так и такие, у которых электросопротивление можно менять (переменные и подстроечные).
Для правильного использования компонента деталь следует рассматривать параллельно или последовательно с другими резисторами, в зависимости от задач разработчика схемы. В этой статье мы подробно разберем схемы подключения резисторов, их особенности и формулы расчета.
Базовые понятия: обозначение и виды резисторов
Прежде чем рассматривать схемы подключения, важно понять базовые принципы. На электрических принципиальных схемах резистор обозначается прямоугольником (в зарубежных стандартах — зигзагом). Буквенное обозначение — латинская R.
Постоянные резисторы
Имеют фиксированное значение сопротивления, которое невозможно изменить в процессе работы устройства. Они подключаются в схему строго между двумя точками.
Переменные и подстроечные резисторы
Переменный резистор обычно имеет два фиксированных контакта и один ползунок (подвижный контакт). Скользящий контакт делит резистор на две половины, передвигаясь между ними. Благодаря этому на среднем контакте устанавливается уровень напряжения в зависимости от положения ползунка.
- Подстроечный резистор — компактного размера, устанавливается непосредственно на электронной плате. Применяется для вывода схемы в нужный режим только на стадии настройки и наладки, после чего фиксируется краской или клеем.
- Сдвоенные резисторы — могут быть выполнены с одним ползунком, управляющим двумя цепями одновременно. Часто применяются, например, для точной регулировки напряжения (в схемах «грубо-точно»).
- Фоторезистор, меняет сопротивление от освещения. Часто подключается в схему как один из плеч делителя напряжения.
Последовательное соединение резисторов
При последовательном подключении конец одного резистора соединяется с началом другого. Через все элементы такой цепи протекает один и тот же ток.
Особенности последовательной схемы:
- Сила тока на всех участках цепи одинакова: I = I₁ = I₂ = Iₙ
- Общее напряжение равно сумме напряжений на каждом резисторе: U = U₁ + U₂ + Uₙ
- Общее сопротивление равно сумме всех сопротивлений: R = R₁ + R₂ + Rₙ
Такая схема подключения используется, когда необходимо увеличить общее сопротивление цепи или разделить напряжение источника питания на несколько более низких значений.
Параллельное соединение резисторов
При параллельном подключении начало всех резисторов подключено к одной общей точке, а конец — к другой общей точке. То есть, имеется две точки (узлы), в которые сходятся все ветви.
Особенности параллельной схемы:
- Напряжение на всех параллельных ветвях одинаково: U = U₁ = U₂ = Uₙ
- Общий ток в цепи равен сумме токов в каждой ветви: I = I₁ + I₂ + Iₙ
- Общее сопротивление рассчитывается по формуле: 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + 1/Rₙ
Параллельные схемы часто используются для получения точного сопротивления, если под рукой нет резистора с требуемым номиналом. Также параллельное подключение применяется в качестве согласованных резисторов (терминаторов) в высокоскоростных линиях передачи данных, например TTL, для подавления отраженных сигналов.
Смешанное соединение резисторов
Разные схемы соединений резисторов используются с целью достижения различных электрических характеристик. На практике чисто последовательные или чисто параллельные схемы встречаются не всегда. Чаще всего применяется смешанное соединение.
Смешанное соединение представляет собой комбинацию параллельных и последовательных участков. Для расчета общего сопротивления такой цепи используют метод эквивалентных преобразований:
- На участках цепи, содержащие параллельно соединенные резисторы, вычисляют их эквивалентное сопротивление.
- Если участки содержат последовательно соединенные резисторы, то сначала вычисляют их сопротивление.
- После расчета эквивалентных сопротивлений отдельных участков, схему перерисовывают в упрощенном виде.
- Шаги повторяют до тех пор, пока вся цепь не будет сведена к одному эквивалентному резистору.
Специфические схемы подключения
Делитель напряжения
Классическая схема из двух последовательно соединенных резисторов. Она позволяет получить на выходе напряжение, которое меньше входного. Переменный резистор, подключенный по схеме делителя (напряжение снимается со среднего контакта), работает как потенциометр.
Подключение к микроконтроллерам (например, Arduino)
При подключении переменного резистора к Arduino или другим микроконтроллерам, он всегда включается по схеме делителя напряжения. Крайние выводы подключаются к питанию (VCC) и земле (GND), а средний (ползунок) — к аналоговому входу. Это позволяет считывать изменение сопротивления как изменение напряжения.
Симметричные схемы в силовой электронике
При симметричной схеме включения резисторов в фазы обмотки ротора (например, в мощных электродвигателях), мощность распределяется равномерно. В таких случаях мощность, приходящаяся на одну фазу, рассчитывается как общая мощность, деленная на три (P₍ф₎ = P₍общ₎ / 3). После этого определяется расчетный тепловой ток резистора для выбора подходящего компонента по ГОСТ.
Понимание того, как правильно соединять резисторы и рассчитывать их общее сопротивление при последовательном и параллельном включении — это основа основ электроники. В зависимости от количества резисторов и стоящих задач, элементы можно включать параллельно, последовательно или смешанно. Для каждого варианта подключения в схемах имеются свои формулы, по которым можно легко посчитать конкретное значение сопротивления и обеспечить надежную и безопасную работу всего электронного устройства.