Урок 2: Резисторы и закон Ома

Резистор — это пассивный электронный компонент, который ограничивает ток в цепи. Это один из самых распространенных компонентов в электронных схемах.

Что такое резистор?

Резистор создает сопротивление электрическому току, преобразуя электрическую энергию в тепло.

Основная функция — ограничение тока
Делители напряжения — создание нужного напряжения
Подтяжка сигналов — pull-up и pull-down резисторы
Защита компонентов — ограничение тока через LED

Типы резисторов

Существует несколько типов резисторов для различных применений.

Постоянные — фиксированное сопротивление
Переменные (потенциометры) — регулируемое сопротивление
Подстроечные — для одноразовой настройки
Термисторы — зависят от температуры
Фоторезисторы — зависят от освещенности

Цветовая маркировка резисторов

Большинство постоянных резисторов маркируются цветными полосами.

        Цветовой код (4 полосы):
Черный  = 0    Зеленый  = 5
Коричневый = 1 Синий    = 6
Красный = 2    Фиолетовый = 7
Оранжевый = 3  Серый    = 8
Желтый  = 4    Белый    = 9

Множитель:
Черный  = ×1      Желтый  = ×10000
Коричневый = ×10  Зеленый  = ×100000
Красный = ×100    Золотой  = ×0.1
Оранжевый = ×1000 Серебряный = ×0.01

Допуск:
Золотой = ±5%
Серебряный = ±10%
Коричневый = ±1%
    

1-я и 2-я полосы — значащие цифры
3-я полоса — множитель (количество нулей)
4-я полоса — допуск (точность)

Пример расчета

Резистор с полосами: Коричневый-Черный-Красный-Золотой

        Коричневый = 1
Черный = 0
Красный = ×100
Золотой = ±5%

Сопротивление: 10 × 100 = 1000 Ом = 1 кОм ±5%

Реальное значение: от 950 Ом до 1050 Ом
    

Номинал: 1 кОм
Допуск: ±50 Ом
Диапазон: 950-1050 Ом

Мощность резисторов

Резисторы выпускаются с разной номинальной мощностью.

        Стандартные мощности:
1/8 Вт  (0.125 Вт) — SMD, маленькие
1/4 Вт  (0.25 Вт)  — самые распространенные
1/2 Вт  (0.5 Вт)   — средние
1 Вт               — большие
2 Вт, 5 Вт, 10 Вт  — мощные резисторы

Правило: выбирайте резистор с запасом по мощности
минимум в 2 раза больше расчетной.
    

Если резистор перегреется, он может выйти из строя
При превышении мощности резистор темнеет или обугливается
Запас по мощности увеличивает надежность

Расчет резистора для LED

Самая распространенная задача — расчет токоограничивающего резистора для светодиода.

        Дано:
U_питания = 5 В
U_LED = 2 В (падение напряжения на LED)
I_LED = 20 мА = 0.02 А (ток через LED)

Найти: R

Решение:
U_резистора = U_питания - U_LED = 5 В - 2 В = 3 В

R = U_резистора / I_LED = 3 В / 0.02 А = 150 Ом

P = U_резистора × I_LED = 3 В × 0.02 А = 0.06 Вт

Выбор: резистор 150 Ом, 0.125 Вт (1/8 Вт)
    

Без резистора LED сгорит от большого тока
Резистор "съедает" лишнее напряжение
Ближайший стандартный номинал: 150 или 160 Ом

Делитель напряжения

Делитель напряжения — это схема из двух резисторов для получения нужного напряжения.

        Схема делителя:
    +Vin
     |
    R1
     |-------- Vout
    R2
     |
    GND

Формула:
Vout = Vin × (R2 / (R1 + R2))

Пример:
Vin = 5 В, R1 = 1 кОм, R2 = 1 кОм
Vout = 5 В × (1 кОм / 2 кОм) = 2.5 В
    

Используется для измерения напряжения
Применяется в аналоговых датчиках
Важно: не подходит для больших токов нагрузки

Pull-up и Pull-down резисторы

Эти резисторы используются для установки определенного уровня сигнала.

        Pull-up (подтяжка к питанию):
    +Vcc
     |
    R (10 кОм)
     |-------- к входу MCU
   Кнопка
     |
    GND

Pull-down (подтяжка к земле):
    +Vcc
     |
   Кнопка
     |-------- к входу MCU
    R (10 кОм)
     |
    GND
    

Pull-up — удерживает линию в HIGH, кнопка даёт LOW
Pull-down — удерживает линию в LOW, кнопка даёт HIGH
Типичные значения: 10 кОм, 4.7 кОм