Как работят резисторите и техните приложения в електрически циркуита

Резисторът е обикновен електронен компонент, който ограничава размера и посоката на тока. Резисторите работят чрез използването на съпротивителните свойства на материал, които определят колко добре той блокира протичането на електричество. Единицата за съпротива е ом (Ω) и големината на съпротивата зависи от типа, формата и температурата на материала. Стойността на съпротивата на резистора обикновено се идентифицира чрез цветов баркод или число, при което различните цветове представляват различни стойности.

Резисторите се използват широко във вериги. Те могат да реализират функции като регулиране на ток, делене на напрежение, филтриране, биасиране и съответствие. Регулирането на тока е най-основната функция на резистора. Той може да регулира големината на тока според закона на Ом (V=IR), където V е напрежението, I е токът, а R е резистивността. Например, ако има 5В източник на мощност и резистор от $100Ω$ в една верига, токът през резистора е 5В/100Ω=0,05A или 50mA. Ако резистора бъде заменен с $200Ω$, тогава токът става 5В/200Ω=0,025A, което е 25mA. По този начин, големината на тока може да се контролира чрез промяна на стойността на резисторите.

Резисторите могат също да се използват за защита на други компоненти в схемата. Например, ако има напрежение от 5В и резистор от 1Ω в схема, тогава тока през резистора е 5В/1Ω=5A, което може да е прекалено голямо, причинявайки схемата да се прегрея или да се повреди. За да се избегне тази ситуация, можете да добавите подходящ резистор в схемата, например $100Ω$, след което токът ще се намали до 5В/100Ω=0.05A, което е 50mA, по този начин осигурявайки безопасността на схемата.

Резисторите могат също да се използват за разделяне на напрежение, т.е. да разделят едно напрежение на два или повече различни напрежения. Това се базира на закона за делене на напрежението чрез резистори, който гласи, че ако има два или повече резистора в последователна връзка в една схема, напрежението от източника ще бъде разпределено между всеки резистор пропорционално на неговото съпротивление. Например, ако една схема има източник с 10В и два резистора, един от 100Ω и друг от 200Ω, то напрежението през резистора от 100Ω ще бъде 10В × 100Ω/(100Ω+200Ω)=3.33В, а напрежението на резистора от 200Ω ще бъде 10В × 200Ω/(100Ω+200Ω)=6.67В. По този начин можете да получите два различни напрежения за различни цели.

Резисторите могат също да се използват за филтриране, което означава премахване на шум или вмешващи сигнали от кръгозамък. Това използва комбинация от резистори и конденсатори или индуктори, за да се образува ниско-, високо-, диапазонен- или блокиращ филтър. Нискочестотният филтър позволява да минават само нискочестотни сигнали, високочестотният филтър пропуска само високочестотни сигнали, диапазонният филтър пропуска само определен диапазон от честоти, а блокиращият филтър блокира определен диапазон от честоти. Например, ако кръгозамък има резистор от 100Ω и конденсатор от 1μF в паралел, тогава кръгозамъкът е нискочестотен филтър, а неговата гранична честота е 1/(2πRC) = 1,59kHz, т.е. само сигнали под 1,59kHz могат да минат, а сигнали над 1,59kHz ще бъдат филтрирани.

Резисторите могат също да се използват за биас, т.е. да предоставят стабилно работно напрежение или ток за определени компоненти в кръгова схема. Това използва функцията на резистора за разделяне на напрежение, за да осигури подходящо биас-напрежение или ток за транзисторите, диодите, операционните усилватели и другите компоненти в схемата, за да ги запази в нормални условия за работа. Например, ако има 10В източник на електропитание и резистор от 100Ω в схема, тогава ще има напрежение от 10В през резистора. Ако базата на транзистор е свързана с единия край на резистора, тогава напрежението на базата на транзистора ще е 10В, което включва транзистора.

Резисторите могат също да се използват за уравновесяване, т.е., резистивността на различните части на една крива са равни или подобни, за да се увеличи ефективността и стабилността на кривата. Това използва характеристиките на импеданса на резистора, т.е., колко много блокира АЧ сигнали. Импедансът също се измерва в омове (Ω), а неговият размер зависи от честотата на сигнала и индуктивността или капацитета на резистора. Импедансът на резистора може да се пресметне чрез закона на Ом (V=IZ), където V е напрежението, I е тока, а Z е импеданса. Например, ако една крива има 10В АЧ източник и 100Ω резистор, токът през резистора е 10В/100Ω = 0.1А, независимо от честотата на източника. Ако свържете 100Ω натоварване до единия край на резистора, тогава кривата е уравновесена и мощността от източника може да бъде пълноценно прехвърлена към натоварването. Ако импедансът на натоварването не е 100Ω, тогава кривата е неуравновесена, и част от мощността от източника ще бъде отразена обратно, причиняйки загуба и помешение в кривата.

Подводейки, принципът на работа на резистор е да използва съпротивителните характеристики на материалите, за да ограничава и разпределя тока. Резисторите се използват широко в циркуите. Те могат да реализират контрол на ток, делене на напрежение, филтриране, биасиране, съвпадение и други функции, които улесняват проектирането и оптимизирането на циркуите. Разбирането как работят резисторите и основите на циркуите може да ни помогне по-добре да разбираме и да използваме електронните устройства.