Как проверить резистор мультиметром?

Время чтения: 13 минут

Резистор (от лат. resisto — «сопротивляться») — компонент с постоянным электрическим сопротивлением. Под постоянством здесь понимается линейность вольт-амперной характеристики, то есть отсутствие зависимости от силы тока, частоты, приложенного напряжения (R=const). Но, к слову, некоторые специальные модели, напротив, нелинейны, и их эксплуатационные свойства сильно зависят от подаваемого напряжения, температуры, освещённости (подробнее об этом читайте в разделе «Разновидности»).

На рисунке представлено общее устройство выводных резисторов. Основанием служит трубка из керамики (для SMD-резисторов это будет керамическая пластина) с нанесённым резистивным, то есть обладающим электрическим сопротивлением, материалом, либо навитой проволокой из сплава с высокой резистивностью (манганина, константана, нихрома). Подробно об этом будет далее в разделе «Материалы для изготовления». По краям трубки запрессованы металлические чашки с выводами для подключения в электроцепь.

Принцип его работы до безобразия прост. При прохождении в цепи электротока он показывает сопротивляемость, превращая часть электроэнергии в тепловую. Объёмы генерируемого тепла рассчитывают по формуле:

где Q — количество теплоты, выделяемой в джоулях; I — сила тока в цепи в амперах; R — сопротивление в омах; t — время прохождения тока в секундах.

Падение напряжения на резисторе, то есть разность потенциалов между его выводами, рассчитывается по формуле, являющейся следствием закона Ома:

где U — разность потенциалов между выводами в вольтах; I — сила тока; R — сопротивление.

Как следует из формулы, при R=const падение напряжения прямо пропорционально току. То есть резистор предстаёт перед нами линейным высокоточным преобразователем «ток-напряжение» и «напряжение-ток» и встраивается в цепи измерения электропараметров.

На электрических принципиальных схемах резистор обозначается в виде трубки с выводами, то есть, как и в случае конденсатора, очень схож со своим исполнением. Так же как и в формулах, сопротивление обозначается литерой R. На рисунке изображены следующие основные резисторы:

Рядом с условным изображением обязательно размещается основная характеристика — электрическое сопротивление:

Кроме того, на принципиальных схемах возможно также указание максимальной рассеиваемой мощности.

Далее подробнее рассказываем о различных резисторах.

Они самые часто встречающиеся. Производятся в форм-факторе выводных, а также безвыводных SMD-компонентов, встречаются в составе чипов.

Как ясно из названия, их сопротивление изменяют механическим способом, поэтому их применяют в роли разного рода регуляторов. Имеют как углеродистый резистивный слой, так и проволочную конфигурацию.

Это полупроводник, параметры которого нелинейно зависят от напряжения: у варистора сопротивление скачкообразно падает до незначительных величин при достижении определенного порога. Его ставят в цепи защиты от перенапряжения.

Это тоже полупроводник, но с нелинейной зависимостью от температуры окружающей среды. Термисторы бывают с отрицательной (NTC-термисторы) и с положительной характеристикой (PTC-термисторы). У NTC-термисторов сопротивление падает с увеличением температуры, а у PTC-термисторов, напротив, поднимается. Применяются в качестве термодатчиков в различной аппаратуре.

Сопротивление этих устройств пропорционально степени деформации корпуса, выполняемого, как правило, из гибкого эластичного материала. Применяется в качестве тензодатчика измерителей различных механических величин (давление, ускорение, момент силы).

Он представляет собой полупроводник, изменяющий своё сопротивление при воздействии на него света. Увеличение интенсивности светового потока, воздействующего на фоторезистор, приводит к его снижению. Применяется в виде разнообразных датчиков.

Это специализированный прибор с нелинейной вольт-амперной характеристикой, имеющий рабочий участок напряжения, в котором ток, протекающий через бареттер, относительно стабилен. Фактически это нить из тугоплавкого металла (химически чистое железо, вольфрам, платина) помещенная в стеклянный баллон, из которого откачан воздух и/или заполненный инертным газом, к примеру, водородом. Внешне очень напоминает привычную лампу накаливания, которая в свою очередь — примитивный бареттер: сопротивление лампочки значительно возрастает при росте тока, проходящего через неё. То есть она выступает ограничителем тока.

Бареттер в настоящее время почти полностью вышел из употребления и заменён более совершенными и быстродействующими полупроводниковыми стабилизаторами напряжения, например стабилитронами (сведения о них есть в статье «Что такое полупроводник?».), но до недавнего времени использовались во многих видах аппаратуры в качестве стабилизатора и токоограничителя, к примеру, в защитных схемах цепей накала электровакуумных ламп, кинескопов телевизоров, осциллографических трубок и тому подобной технике. Ещё он до сих пор применяется в некоторых дорогостоящих усилителях звуковых частот класса hi-end.

Они появились одними из первых. Резистив образован нанесенным на керамический цилиндр или пластину порошком углерода (графита) со связующим материалом и металлическими добавками. Шириной, толщиной и составом слоя добиваются нужного сопротивления с типовым допуском в пределах ±10%.

Более прогрессивная модификация, где в резистивом выступает сплав металлов, напылённый на диэлектрическую подложку. Его физико-химический состав и задаёт сопротивление. Технология их производства позволяет делать допуски ±1% и точнее. Мощность рассеивания у них, а также у углеродистых, не превышает 2–3 ватт. Сопротивление — от единиц ом до десятков гигаом.

Почти все модели, имеющие нелинейную вольт-амперную характеристику, изготавливаются из полупроводниковых материалов (см. «Что такое полупроводник?»). К ним относятся термисторы, варисторы, фоторезисторы, терморезисторы и другие. Резисторы постоянного сопротивления, расположенные внутри интегральных микросхем, также выполняют из ПП-материалов.

Конструктивно они наиболее просты. Резистивом в них служит проволока из высокорезистивного материала. Ввиду относительной массивности основы они обладают максимальной рассеиваемой мощностью от нескольких ватт у моделей, применяемых в радиоаппаратуре, до десятков киловатт у элементов, используемых в силовой электротехнике. Их номиналы, как правило, не превышают единиц килоом, а преимущественно составляют от долей до нескольких десятков ом.

В разделе будут описаны основные параметры этих радиокомпонентов.

Данный параметр для резисторов основной, и он определяет степень препятствования прохождению через них электротока, численно равный отношению разности потенциалов на контактах и току в электроцепи. Измеряется в омах (в честь немецкого физика Георга Симона Ома) и указывается литерой R. Рассчитывается по известной всем из школьного курса физики формуле:

где R — сопротивление; U — разность потенциалов; I — сила тока.

При последовательном соединении резисторов их сопротивление складывается:

А при параллельном вычисляется по формуле:

Он отражает, насколько допустимо несоответствие реального сопротивления информации, написанной на корпусе. При изготовлении добиться строгой точности того или иного параметра чрезвычайно трудно. Это касается и номинальных значений. Да и в большинстве случаев прецизионность и не требуется. По этой причине наибольшее применение находят модели со средним допуском (от ±10% до ±5%). Они наиболее дешевы. Приборы с более строгим допуском (±1% и меньше) стоят дороже и применяются лишь в тех цепях, где их присутствие оправдано.

Так как резистор преобразует электроэнергию в тепловую, то нетрудно догадаться, что для конкретного прибора существует предел электрической мощности, которую он способен преобразовать в тепло без последствий для себя. Её формула выглядит так:

где P — мощность; U — разность потенциалов; I — сила тока.

Этот показатель является конструктивным параметром резистора, отражающим, сколько энергии он способен превратить в тепло без риска теплового разрушения. Указанный параметр для элементов, применяемых в радиоэлектронной аппаратуре, начинается от 0,01 и заканчивается десятками ватт. Он зависит от типоразмера (чем габаритнее компонент, тем больше площадь излучения, и тем большую мощность он в состоянии рассеять) и от резистивного материала: наибольшие параметры наблюдаются у проволочных резисторов.

Её неверный подбор при конструировании аппаратуры нередко ведёт чрезмерному нагреву элемента, вплоть до воспламенения, а так же нагреванию им близкорасположенных компонентов, что для некоторых из них (к примеру, электролитических конденсаторов) чрезвычайно опасно и в ряде ситуаций провоцирует взрыв.

ТКС — характеристика резистора, показывающая, насколько меняется его сопротивляемость при изменении внешней температуры. Резистив, как и все материалы в мире, демонстрирует некоторую взаимосвязь своей резистивности от температуры. То есть даже типовой постоянный резистор может быть отнесён к группе терморезисторов. Но значение ТКС крайне мало даже для самых распространённых радиокомпонентов. Высокие требования к ТКС предъявляются только при использовании в узкоспециализированной, высокоточной измерительной или аппаратуре, работающей в жестких температурных условиях (авиация, космонавтика и другие).

В соответствии с ГОСТ и требованиями IEC (Международной Электротехнической Комиссии) цветовая маркировка наносится в виде четырёх, пяти или шести цветовых колец. Для определения её начальной точки маркировочные кольца должны быть сдвинуты к одному из выводов, либо у первого знака оно должно быть в два раза шире других. Но, к сожалению, это не всегда соблюдается, особенно у китайских производителей недорогих комплектующих для электроники.

К примеру: 2R2 = 2,2 Ом, 100 = 10 Ом, 102 = 1 кОм, 1202 = 12 кОм.

Примечание 1: если в маркировке есть символ разделителя дробной части R, то цифры после него обозначают знаки после запятой, а множитель отсутствует, например 2R55 = 2,55 Ом.

Примечание 2: маркировка 0, 000 или 0000 соответствует нулевому сопротивлению — так маркируются перемычки.

В этом разделе мы на практике расшифруем цветовую маркировку резистора, измерим реальное сопротивление при помощи мультиметра и перепроверим его показания тестером радиокомпонентов.

В качестве измеряемого образца возьмём самый обыкновенный углеродистый элемент с цветовой маркировкой колец «красное-красное-коричневое-золотое», для удобства смонтированный на макетной плате Breadboard MB-102:

Цветовое обозначение колец расшифровывается так:

Таким образом получаем 220 Ом с допуском ±5%, то есть ± 11 Ом. Следовательно, значение должно находиться в диапазоне от 209 до 231 Ом. Проверим, так ли это, с помощью мультиметра.

Для измерений воспользуемся удобным, функциональным, недорогим, но очень точным мультиметром «ANENG M20»:

Включаем на приборе измерение сопротивления и замыкаем накоротко щупы, чтобы определить их погрешность:

У щупов сопротивление равно 0,3 Ом. Его необходимо будет вычесть из получаемых последующих данных для исключения погрешности.

Замеры резистора показали 217,8 Ом. Отнимаем 0,3 Ом, которые дают щупы, и определяем реальное значение в районе 217,5 Ом. Итоговые показатели более чем укладываются в допуск ±5%.

Для проверки проведем повторные исследования с помощью обычного карманного неавтоматического мультиметра DT830D, переключив его в режим измерения сопротивления до 2000 Ом:

У щупов оно равняется 1 Ом.

Сняв показания прибора и убрав погрешность от щупов, определяем значение равным 217 Ом. Это показание очень близко к результатам, которые дал мультиметр ANENG M20.

Так же для контроля замерим сопротивление с помощью многофункционального прибора-измерителя параметров радиокомпонентов LCR-T4:

Прибор подтвердил показания мультиметра ANENG M20, показав 217,5 Ом.