Резистор. Конденсатор. Индуктивность

Применение резистора

Он же сопротивление, на схеме выглядит белым узким прямоугольником (на буржуйских схемах часто обозначен угловатой пружинкой) – замечательная деталь! Отличается тем, что не делает вообще ничего. Тупо потребляет энергию и греется на этом. Основное предназначение в схеме это либо токоограничение, либо перераспределение напряжения.
Непонятно? Сейчас поясню. Вот, например, светодиод. Ему для работы нужен мизерный ток, порядка 20 миллиампер, но вот беда – его сопротивление мало, поэтому если его воткнуть напрямую в 5 вольт, то через него ломанется ток в 400 миллиампер. От такой нагрузки бедняжка пожелтеет, позеленеет, а потом и вовсе загнется, источая вонь. Что делать? Правильно – поставить последовательно ему резистор, чтобы он ограничил ток, не пустив излишнюю мощу на хилый диодик. Даже если диод теперь тупо закоротить, то ток в цепи не превысит того, который разрешит резистор, исходя из закона Ома.
Второе популярное применение это делители напряжения. Цель делителя — разделить входное напряжение пропорционально номиналам резисторов и подать часть этого напряжения в нужную точку схемы. Это часто приходится делать при согласовании между сигналами разных напряжений. Делитель представляет из себя два последовательно соединенных резистора. Один из которых подсоединен к точке нулевого потенциала (корпус), а второй к напряжению которое нужно поделить. Средняя точка между резисторам это выход нашего поделенного напряжения. Ток в последовательной цепи везде одинаков, а вот сопротивление разное, а значит напряжение (по закону Ома) разделится на резисторах пропорционально их сопротивлениям. Одинаковые резисторы – напряжение пополам, а если нет, то уже надо вычислять где как.

Простой пример:

Напряжение порта RS232 в компьютере 12 вольт, а для программирования микроконтроллера требуется всего 5 вольт. Тем не менее простейший программатор для СОМ порта, не требует каких либо специализированных микросхем преобразователей, там стоят обычные делители. Которые 12 вольт преобразуют в 6 вольт, что уже не смертельно для контроллера (на самом деле там правда не 12, а 11,5 вольт, т.к. минимум 0.5 вольта упадет на диоде)

Надо только учитывать, что делитель работает правильно только тогда, когда напряжение с него снимается на нагрузку с опротивлением в разы, а лучше в порядки, выше сопротивления делителя. Как правило это входы микросхем, имеющих сопротивление в десятки МегаОм .
 Еще один пример применения резисторов – подтяжка, она же pullup. Дело в том, что раз входы микросхем имеют огромное сопротивление, то на них наводится куча помех буквально из воздуха, а следовательно значение на входе может принимать совершенно случайный вид. Поэтому то неиспользованные входы либо сажают на землю, либо через резистор подтягивают к плюсу, чтобы там было определенное напряжение, либо ноль, либо плюс питания соответственно. 

Конденсатор 

Применение конденсатора

Он же емкость — еще один вид пассивных элементов. На схеме обозначен как две одинаковые параллельные черточки. В отличии от резистора, конденсатор это нелинейный элемент. По нашей канализационной аналогии его можно сравнить с резиновым баком. Вначале, когда он пуст, вода резко его заполняет, растягивая стенки. Постепенно, когда стенки растянутся до предела, его сопротивление возрастет настолько, что поток воды остановится. А если убрать внешнее давление, то хлынет обратно.
Так же и электрический конденсатор, когда он не заряжен, то его сопротивление можно принять нулю, а вот когда зарядится, то бесконечностью, обрывом. Ток через него идет только лишь в момент заряда или разряда. После отсоединения источника тока конденсатор сам начинает действовать как источник, пока не разрядится.
Конденсаторы в электронике в основном используют как фильтрующие элементы, удаляющие помехи. Здоровенные конденсаторы на силовых цепях в блоках питания служат для подпитки системы при пиковых нагрузках, сглаживая просадки напряжения. Основан этот эффект на том, что конденсатор не пропускает постоянный ток, вот переменная составляющая через него проходит на ура. Сопротивление конденсатора переменной составляющей тока зависит от частоты этой составляющей. Чем выше частота, тем меньше сопротивление конденсатора. В итоге, все высокочастотные помехи, идущие поверх постоянного напряжения, глушатся через конденсатор на землю, оставляя после себя чисто постоянное напряжение. Сопротивление конденсатора переменной составляющей также зависит и от емкости кондера, поэтому ставя конденсаторы с разной емкостью можно отсеять разные частоты.

Емкостное сопротивление рассчитывается так:
Хс = 1/w*C
Где Хс – емкостное сопротивление в омах
С – емкость в фарадах
w – угловая частота переменной составляющей в радиан/с

 Конденсатор может служить времязадающим элементов в разного рода генераторах – от него будет зависеть частота генерации, либо в качестве формирователя импульса. Как, например,сброс в схемах на контроллере с инверсным Reset (мой любимый АТ89С51) . Основан сей прикол на том факте, что конденсатор пропускает постоянный ток только в период заряда, а значит если подключить инверсный reset через конденсатор на плюс, а через резистор на землю, то в начальный момент, пока конденсатор не заряжен на reset будет подан плюс питания, т.к. незаряженный конденсатор это почти короткое замыкание, а потом, когда конденсатор зарядится и превратится в обрыв, ножка reset окажется через резистор на земле. Таким образом во время пуска на ножке reset будет кратковременный импульс положительного напряжения, достаточный для первичного сброса процессора. 

Индуктивность

Пример использования индуктивности

В народе катушка, грубо говоря, это кусок проволоки намотанный на каркас. В эту группу входят и дроссели и разного рода фильтры, а также некоторые антенны. Также индуктивностью обладает всё, что имеет обмотку, несмотря на то, что это не главное свойство, например двигатели или электромагниты. А значит это надо будет учитывать при проектировании цепей. Увязать индуктивность в нашу канализационную теорию было нелегко, но немного пораскинув мозгами мы таки придумали. В гидро модели катушка похожа на турбину с неслабой инерцией, где величина инерция является прообразом индуктивности. На стабильно текущий поток турбина, будучи раскрученной этим же потоком, не влияет никак, но стоит потоку ослабнуть, как турбина начнет за счет своей инерции подталкивать его. И наоборот, если турбина остановлена, то при появлении потока она будет его тормозить, пока не раскрутится. Чем больше инерция, тем сильней будет сопротивление изменению потоку.
Так и катушка индуктивности препятствует изменению тока, протекающего через неё.
Основное применение катушки в колебательных контурах генераторов и в фильтрах. Т.к. катушка имеет отличное свойство пропускать через себя постоянную составляющую и подавлять переменную. В паре с конденсатором они образуют отличный Г или П образный фильтр.