Як працюють резистори та їх застосування в схемах

Резистор — це загальний електронний компонент, який обмежує величину та напрямок струму. Резистори працюють шляхом використання опорних властивостей матеріалу, які визначають, наскільки добре він блокує потік електрики. Одиницею опору є ом (Ω), а величина опору залежить від типу, форми та температури матеріалу. Номінальне значення резистора зазвичай визначається за допомогою кольорового штрих-коду або числа, і різні колір представлляють різні значення.

Резистори широко використовуються у схемах. Вони можуть реалізовувати функції, такі як керування струмом, розподіл напруги, фільтрація, зміщення та відповідність. Керування струмом є найбазовою функцією резистора. Він може регулювати величину струму за законом Ома (V=IR), де V - це напруга, I - це струм, а R - це опір. Наприклад, якщо у схемі є джерело напруги 5В і резистор $100Ω$, струм через резистор становитиме 5В/100Ω=0,05А, або 50мА. Якщо резистор замінити на $200Ω$, то струм стане 5В/200Ω=0,025А, що дорівнює 25мА. Таким чином, величину струму можна контролювати, змінюючи значення опору резистора.

Резистори також можуть використовуватися для захисту інших компонентів у схемі. Наприклад, якщо є джерело живлення 5В та резистор 1Ω у схемі, то струм через резистор буде 5В/1Ω=5А, що може бути занадто великий, що призведе до перегріву або пошкодження схеми. Щоб уникнути цієї ситуації, можна додати до схеми відповідний резистор, наприклад $100Ω$, тоді струм зменшиться до 5В/100Ω=0.05А, що дорівнює 50мА, таким чином забезпечуючи безпеку схеми.

Резистори також можуть використовуватися для поділу напруги, тобто розбиття однієї напруги на дві або більше різних напруг. Це використовується закон поділу напруги через резистор, який означає, що якщо у колі є два або більше резисторів послідовно, то напруга від джерела живлення розподілятиметься між кожним резистором пропорційно його опору. Наприклад, якщо коло має джерело живлення 10В і два резистори, один 100Ω і один 200Ω, то напруга на резисторі 100Ω буде 10В × 100Ω/(100Ω+200Ω)=3.33В, напруга на резисторі 200Ω буде 10В × 200Ω/(100Ω+200Ω)=6.67В. Таким чином, ви можете отримати дві різні напруги для різних цілей.

Резистори також можуть використовуватися для фільтрації, що полягає у вилученні шуму або збурювальних сигналів з кола. Це використовує комбінацію резисторів та конденсаторів або індукторів для створення низькочастотного, високочастотного, пасмового або фільтру блокування. Низькочастотний фільтр дозволяє проходити лише низькочастотні сигнали, високочастотний фільтр дозволяє проходити лише високочастотні сигнали, пасмовий фільтр дозволяє проходити лише певний діапазон частотних сигналів, а фільтр блокування блокує лише певний діапазон частот. Якщо, наприклад, коло має резистор 100Ω та конденсатор 1μF у паралель, то це коло є низькочастотним фільтром, і його гранична частота становить 1/(2pi RC) = 1,59kHz, тобто лише сигнали нижче 1,59kHz можуть пройти, а сигнали вище 1,59kHz будуть відфільтровані.

Резистори також можуть використовуватися для зміцнення, тобто для забезпечення стабільного робочого напругу або струму для певних компонентів у колі. Це використання функції поділу напруги резистора дозволяє забезпечити відповідний зміцнювальний напруг або струм для транзисторів, діодів, операційних сполучень та інших компонентів у колі, щоб зберігати їх у нормальних умовах роботи. Наприклад, якщо є джерело живлення 10В і резистор 100Ω у колі, то буде існувати напруга 10В на резисторі. Якщо база транзистора підключена до одного кінця резистора, то напруга на базі транзистора буде 10В, що вмикає транзистор.

Резистори також можуть використовуватися для збігу, тобто сопротивлення різних частин кола є рівними або подібними, щоб збільшити ефективність та стійкість кола. Це використовується特性 імпедансу резистора, тобто, наскільки резистор блокує сигнали високої частоти. Імпеданс також вимірюється в омах (Ω), і його величина залежить від частоти сигналу та індуктивності або ємності резистора. Імпеданс резистора можна обчислити за допомогою закону Ома (V=IZ), де V - напруга, I - поточний струм, а Z - імпеданс. Наприклад, якщо коло має джерело високої частоти 10В і резистор 100Ω, струм через резистор буде 10В/100Ω = 0,1А, незалежно від частоти джерела. Якщо підключити навантаження 100Ω до одного кінця резистора, то коло буде згоджене, і енергія від джерела може бути повністю передана навантаженню. Якщо імпеданс навантаження не дорівнює 100Ω, то коло буде невідповідним, і частина енергії від джерела буде відбито назад, що призведе до втрат у колі та завад.

Підсумовуючи, принцип роботи резистора полягає в тому, щоб використовувати опорні характеристики матеріалу для обмеження та розподілу струму. Резистори широко використовуються у схемах. Вони можуть реалізувати керування струмом, розподіл напруги, фільтрацію, зміщення, відповідність та інші функції, що сприяє проектуванню та оптимізації схем. Зрозуміння того, як працюють резистори та основ електричних схем, допоможе нам краще розуміти та використовувати електронні пристрої.