Резисторы, ток и напряжение. Резистор. Резисторы переменного сопротивления Включение переменных резисторов в электрическую цепь
(постоянными резисторами), а в этой части статьи поговорим о , или переменных резисторах .
Резисторы переменного сопротивления , или переменные резисторы являются радиокомпонентами, сопротивление которых можно изменять от нуля и до номинального значения. Они применяются в качестве регуляторов усиления, регуляторов громкости и тембра в звуковоспроизводящей радиоаппаратуре, используются для точной и плавной настройки различных напряжений и разделяются на потенциометры и подстроечные резисторы.
Потенциометры применяются в качестве плавных регуляторов усиления, регуляторов громкости и тембра, служат для плавной регулировки различных напряжений, а также используются в следящих системах, в вычислительных и измерительных устройствах и т.п.
Потенциометром называют регулируемый резистор, имеющий два постоянных вывода и один подвижный. Постоянные выводы расположены по краям резистора и соединены с началом и концом резистивного элемента, образующим общее сопротивление потенциометра. Средний вывод соединен с подвижным контактом, который перемещается по поверхности резистивного элемента и позволяет изменять величину сопротивления между средним и любым крайним выводом.
Потенциометр представляет собой цилиндрический или прямоугольный корпус, внутри которого расположен резистивный элемент, выполненный в виде незамкнутого кольца, и выступающая металлическая ось, являющаяся ручкой потенциометра. На конце оси закреплена пластина токосъемника (контактная щетка), имеющая надежный контакт с резистивным элементом. Надежность контакта щетки с поверхностью резистивного слоя обеспечивается давлением ползунка, выполненного из пружинных материалов, например, бронзы или стали.
При вращении ручки ползунок перемещается по поверхности резистивного элемента, в результате чего сопротивление изменяется между средним и крайними выводами. И если на крайние выводы подать напряжение, то между ними и средним выводом получают выходное напряжение.
Схематично потенциометр можно представить, как показано на рисунке ниже: крайние выводы обозначены номерами 1 и 3, средний обозначен номером 2.
В зависимости от резистивного элемента потенциометры разделяются на непроволочные и проволочные .
1.1 Непроволочные.
В непроволочных потенциометрах резистивный элемент выполнен в виде подковообразной или прямоугольной пластины из изоляционного материала, на поверхность которых нанесен резистивный слой, обладающий определенным омическим сопротивлением.
Резисторы с подковообразным резистивным элементом имеют круглую форму и вращательное перемещение ползунка с углом поворота 230 — 270°, а резисторы с прямоугольным резистивным элементом имеют прямоугольную форму и поступательное перемещение ползунка. Наиболее популярными являются резисторы типа СП, ОСП, СПЕ и СП3. На рисунке ниже показан потенциометр типа СП3-4 с подковообразным резистивным элементом.
Отечественной промышленностью выпускались потенциометры типа СПО, у которых резистивный элемент впрессован в дугообразную канавку. Корпус такого резистора выполнен из керамики, а для защиты от пыли, влаги и механических повреждений, а также в целях электрической экранировки весь резистор закрывается металлическим колпачком.
Потенциометры типа СПО обладают большой износостойкостью, нечувствительны к перегрузкам и имеют небольшие размеры, но у них есть недостаток – сложность получения нелинейных функциональных характеристик. Эти резисторы до сих пор еще можно встретить в старой отечественной радиоаппаратуре.
1.2. Проволочные.
В проволочных потенциометрах сопротивление создается высокоомным проводом, намотанным в один слой на кольцеобразном каркасе, по ребру которого перемещается подвижный контакт. Для получения надежного контакта между щеткой и обмоткой контактная дорожка зачищается, полируется, или шлифуется на глубину до 0,25d.
Устройство и материал каркаса определяется исходя из класса точности и закона изменения сопротивления резистора (о законе изменения сопротивления будет сказано ниже). Каркасы изготавливают из пластины, которую после намотки провода сворачивают в кольцо, или же берут готовое кольцо, на которое укладывают обмотку.
Для резисторов с точностью, не превышающей 10 – 15%, каркасы изготавливают из пластины, которую после намотки провода сворачивают в кольцо. Материалом для каркаса служат изоляционные материалы, такие как гетинакс, текстолит, стеклотекстолит, или металл – алюминий, латунь и т.п. Такие каркасы просты в изготовлении, но не обеспечивают точных геометрических размеров.
Каркасы из готового кольца изготавливают с высокой точностью и применяют в основном для изготовления потенциометров. Материалом для них служит пластмасса, керамика или металл, но недостатком таких каркасов является сложность выполнения обмотки, так как для ее намотки требуется специальное оборудование.
Обмотку выполняют проводами из сплавов с высоким удельным электрическим сопротивлением, например, константан, нихром или манганин в эмалевой изоляции. Для потенциометров применяют провода из специальных сплавов на основе благородных металлов, обладающих пониженной окисляемостью и высокой износостойкостью. Диаметр провода определяют исходя из допустимой плотности тока.
2. Основные параметры переменных резисторов.
Основными параметрами резисторов являются: полное (номинальное) сопротивление, форма функциональной характеристики, минимальное сопротивление, номинальная мощность, уровень шумов вращения, износоустойчивость, параметры, характеризующие поведение резистора при климатических воздействиях, а также размеры, стоимость и т.п. Однако при выборе резисторов чаще всего обращают внимание на номинальное сопротивление и реже на функциональную характеристику.
2.1. Номинальное сопротивление.
Номинальное сопротивление резистора указывается на его корпусе. Согласно ГОСТ 10318-74 предпочтительными числами являются 1,0 ; 2,2 ; 3,3 ; 4,7 Ом, килоом или мегаом.
У зарубежных резисторов предпочтительными числами являются 1,0 ; 2,0 ; 3,0 ; 5.0 Ом, килоом и мегаом.
Допускаемые отклонения сопротивлений от номинального значения установлены в пределах ±30%.
Полным сопротивлением резистора считается сопротивление между крайними выводами 1 и 3.
2.2. Форма функциональной характеристики.
Потенциометры одного и того же типа могут отличаться функциональной характеристикой, определяющей по какому закону изменяется сопротивление резистора между крайним и средним выводом при повороте ручки резистора. По форме функциональной характеристики потенциометры разделяются на линейные и нелинейные : у линейных величина сопротивления изменяется пропорционально движению токосъемника, у нелинейных она изменяется по определенному закону.
Существуют три основных закона: А — Линейный, Б – Логарифмический, В — Обратно Логарифмический (Показательный). Так, например, для регулирования громкости в звуковоспроизводящей аппаратуре необходимо, чтобы сопротивление между средним и крайним выводом резистивного элемента изменялось по обратному логарифмическому закону (В). Только в этом случае наше ухо способно воспринимать равномерное увеличение или уменьшение громкости.
Или в измерительных приборах, например, генераторах звуковой частоты, где в качестве частотозадающих элементов используются переменные резисторы, также требуется, чтобы их сопротивление изменялось по логарифмическому (Б) или обратному логарифмическому закону. И если это условие не выполнить, то шкала генератора получится неравномерной, что затруднит точную установку частоты.
Резисторы с линейной характеристикой (А) применяются в основном в делителях напряжения в качестве регулировочных или подстроечных.
Зависимость изменения сопротивления от угла поворота ручки резистора для каждого закона показано на графике ниже.
Для получения нужной функциональной характеристики большие изменения в конструкцию потенциометров не вносятся. Так, например, в проволочных резисторах намотку провода ведут с изменяющимся шагом или сам каркас делают изменяющейся ширины. В непроволочных потенциометрах меняют толщину или состав резистивного слоя.
К сожалению, регулируемые резисторы имеют относительно невысокую надежность и ограниченный срок службы. Часто владельцам аудиоаппаратуры, эксплуатируемой длительное время, приходится слышать шорохи и треск из громкоговорителя при вращении регулятора громкости. Причиной этого неприятного момента является нарушение контакта щетки с токопроводящим слоем резистивного элемента или износ последнего. Скользящий контакт является наиболее ненадежным и уязвимым местом переменного резистора и является одной из главной причиной выхода детали из строя.
3. Обозначение переменных резисторов на схемах.
На принципиальных схемах переменные резисторы обозначаются также как и постоянные, только к основному символу добавляется стрелка, направленная в середину корпуса. Стрелка обозначает регулирование и одновременно указывает, что это средний вывод.
Иногда возникают ситуации, когда к переменному резистору предъявляются требования надежности и длительности эксплуатации. В этом случае плавное регулирование заменяют ступенчатым, а переменный резистор строят на базе переключателя с несколькими положениями. К контактам переключателя подключают резисторы постоянного сопротивления, которые будут включаться в цепь при повороте ручки переключателя. И чтобы не загромождать схему изображением переключателя с набором резисторов, указывают только символ переменного резистора со знаком ступенчатого регулирования . А если есть необходимость, то дополнительно указывают и число ступеней.
Для регулирования громкости и тембра, уровня записи в звуковоспроизводящей стереофонической аппаратуре, для регулирования частоты в генераторах сигналов и т.д. применяются сдвоенные потенциометры , сопротивления которых изменяется одновременно при повороте общей оси (движка). На схемах символы входящих в них резисторов располагают как можно ближе друг к другу, а механическую связь, обеспечивающую одновременное перемещение движков, показывают либо двумя сплошными линиями, либо одной пунктирной линией.
Принадлежность резисторов к одному сдвоенному блоку указывается согласно их позиционному обозначению в электрической схеме, где R1.1 является первым по схеме резистором сдвоенного переменного резистора R1, а R1.2 — вторым. Если же символы резисторов окажутся на большом удалении друг от друга, то механическую связь обозначают отрезками пунктирной линии.
Промышленностью выпускаются сдвоенные переменные резисторы, у которых каждым резистором можно управлять отдельно, потому что ось одного проходит внутри трубчатой оси другого. У таких резисторов механическая связь, обеспечивающая одновременное перемещение, отсутствует, поэтому на схемах ее не показывают, а принадлежность к сдвоенному резистору указывают согласно позиционному обозначению в электрической схеме.
В переносной бытовой аудиоаппаратуре, например, в приемниках, плеерах и т.д., часто используют переменные резисторы со встроенным выключателем, контакты которого задействуют для подачи питания в схему устройства. У таких резисторов переключающий механизм совмещен с осью (ручкой) переменного резистора и при достижении ручкой крайнего положения воздействует на контакты.
Как правило, на схемах контакты включателя располагают возле источника питания в разрыв питающего провода, а связь выключателя с резистором обозначают пунктирной линией и точкой, которую располагают у одной из сторон прямоугольника. При этом имеется в виду, что контакты замыкаются при движении от точки, а размыкаются при движении к ней.
4. Подстроечные резисторы.
Подстроечные резисторы являются разновидностью переменных и служат для разовой и точной настройки радиоэлектронной аппаратуры в процессе ее монтажа, наладки или ремонта. В качестве подстроечных используют как переменные резисторы обычного типа с линейной функциональной характеристикой, ось которых выполнена «под шлиц» и снабжена стопорным устройством, так и резисторы специальной конструкции с повышенной точностью установки величины сопротивления.
В основной своей массе подстроечные резисторы специальной конструкции изготавливают прямоугольной формы с плоским или кольцевым резистивным элементом. Резисторы с плоским резистивным элементом (а ) имеют поступательное перемещение контактной щетки, осуществляемое микрометрическим винтом. У резисторов с кольцевым резистивным элементом (б ) перемещение контактной щетки осуществляется червячной передачей.
При больших нагрузках используются открытые цилиндрические конструкции резисторов, например, ПЭВР.
На принципиальных схемах подстроечные резисторы обозначаются также как и переменные, только вместо знака регулирования используется знак подстроечного регулирования.
5. Включение переменных резисторов в электрическую цепь.
В электрических схемах переменные резисторы могут применяться в качестве реостата (регулируемого резистора) или в качестве потенциометра (делителя напряжения). Если в электрической цепи необходимо регулировать ток, то резистор включают реостатом, если напряжение, то включают потенциометром.
При включении резистора реостатом задействуют средний и один крайний вывод. Однако такое включение не всегда предпочтительно, так как в процессе регулирования возможна случайная потеря средним выводом контакта с резистивным элементом, что повлечет за собой нежелательный разрыв электрической цепи и, как следствие, возможный выход из строя детали или электронного устройства в целом.
Чтобы исключить случайный разрыв цепи свободный вывод резистивного элемента соединяют с подвижным контактом, чтобы при нарушении контакта электрическая цепь всегда оставалась замкнута.
На практике включение реостатом применяют тогда, когда хотят переменный резистор использовать в качестве добавочного или токоограничивающего сопротивления.
При включении резистора потенциометром задействуются все три вывода, что позволяет его использовать делителем напряжения. Возьмем, к примеру, переменный резистор R1 с таким номинальным сопротивлением, которое будет гасить практически все напряжение источника питания, приходящее на лампу HL1. Когда ручка резистора выкручена в крайнее верхнее по схеме положение, то сопротивление резистора между верхним и средним выводами минимально и все напряжение источника питания поступает на лампу, и она светится полным накалом.
По мере перемещения ручки резистора вниз сопротивление между верхним и средним выводом будет увеличиваться, а напряжение на лампе постепенно уменьшаться, отчего она станет светить не в полный накал. А когда сопротивление резистора достигнет максимального значения, напряжение на лампе упадет практически до нуля, и она погаснет. Именно по такому принципу происходит регулирование громкости в звуковоспроизводящей аппаратуре.
Эту же схему делителя напряжения можно изобразить немного по-другому, где переменный резистор заменяется двумя постоянными R1 и R2.
Ну вот, в принципе и все, что хотел сказать о резисторах переменного сопротивления
. В заключительной части рассмотрим особый тип резисторов, сопротивление которых изменяется под воздействием внешних электрических и неэлектрических факторов — .
Удачи!
Литература:
В. А. Волгов — «Детали и узлы радиоэлектронной аппаратуры», 1977 г.
В. В. Фролов — «Язык радиосхем», 1988 г.
М. А. Згут — «Условные обозначения и радиосхемы», 1964 г.
Или электрической цепи электрическому току .
Электрическое сопротивление определяется как коэффициент пропорциональности R между напряжением U и силой постоянного тока I в законе Ома для участка цепи .
Единица сопротивления называется омом (Ом) в честь немецкого ученого Г. Ома, который ввел это понятие в физику. Один ом (1 Ом) — это сопротивление такого проводника, в котором при напряжении 1 В сила тока равна 1 А .
Удельное сопротивление.
Сопротивление однородного проводника постоянного сечения зависит от материала проводника, его длины l и поперечного сечения S и может быть определено по формуле:
где ρ - удельное сопротивление вещества, из которого изготовлен проводник.
Удельное сопротивление вещества — это физическая величина , показывающая, каким сопротивлением обладает изготовленный из этого вещества проводник единичной длины и единичной площади поперечного сечения.
Из формулы следует, что
Величина, обратная ρ , называется удельной проводимостью σ :
Так как в СИ единицей сопротивления является 1 Ом. единицей площади 1 м 2 , а единицей длины 1 м , то единицей удельного сопротивления в СИ будет 1 Ом· м 2 /м, или 1 Ом·м. Единица удельной проводимости в СИ — Ом -1 м -1 .
На практике площадь сечения тонких проводов часто выражают в квадратных миллиметрах (мм 2) . В этом случае более удобной единицей удельного сопротивления является Ом·мм 2 /м. Так как 1 мм 2 = 0,000001 м 2 , то 1 Ом·мм 2 /м = 10 -6 Ом·м. Металлы обладают очень малым удельным сопротивлением — порядка (1·10 -2) Ом·мм 2 /м, диэлектрики — в 10 15 -10 20 большим.
Зависимость сопротивлений от температуры.
С повышением температуры сопротивление металлов возрастает. Однако существуют сплавы, сопротивление которых почти не меняется при повышении температуры (например, константан, манганин и др.). Сопротивление же электролитов с повышением температуры уменьшается.
Температурным коэффициентом сопротивления проводника называется отношение величины изменения сопротивления проводника при нагревании на 1 °С к величине его сопротивления при 0 ºС:
.
Зависимость удельного сопротивления проводников от температуры выражается формулой:
.
В общем случае α зависит от температуры, но если интервал температур невелик, то температурный коэффициент можно считать постоянным. Для чистых металлов α = (1/273)К -1 . Для растворов электролитов α < 0 . Например, для 10% раствора поваренной соли α = -0,02 К -1 . Для константана (сплава меди с никелем) α = 10 -5 К -1 .
Зависимость сопротивления проводника от температуры используется в термометрах сопротивления.
Изменения — это крайне трудный и болезненный процесс. Чем более глубокие и радикальные изменения происходят в , тем выше вероятность сопротивления им.
Причины сопротивления могут быть экономическими, организационными, личностными, социальными, политическими и др.
Причины сопротивления изменениям:- чувство неопределенности будущего положения вследствие недостатка информации, пессимистичной оценки перспектив;
- ощущение угрозы социальным отношениям;
- нежелание изменять сложившиеся трудовые навыки.
Формы сопротивления изменениям могут быть различны, например, неприкрытая оппозиция и возмущение, жалобы, равнодушие, снижение интенсивности труда, уход с работы и др.
|
Виды сопротивления |
Факторы сопротивления |
|
Логические, рациональные возражения |
|
|
Психологические, эмоциональные установки |
|
|
Социологические факторы, групповые интересы |
|
Преодоление сопротивления изменениям
Для преодоления сопротивления организационным изменениям и нововведениям рекомендуется использовать следующие :
- следует максимально привлекать к управлению изменениями всю лояльно настроенную часть персонала;
- необходимо любым способом заинтересовать в изменениях лидеров неформальных групп;
- изменения нельзя начинать при временной напряженности в работе;
- изменения не должны быть неожиданными для персонала;
- первая информация об изменениях обязательно должна исходить от авторитетного источника;
- изменениями не должны руководить лица, лично материально в них заинтересованные (или полностью незаинтересованные);
- персонал должен знать все выгоды от изменений;
- следует открыто обсуждать идеи и направления изменений;
- менеджер должен любым путем облегчить персоналу тяготы изменений (трудоустраивать, направлять на переподготовку, давать дополнительное время для отдыха и т.п.);
- в разумных размерах необходимо использовать «подкуп», т.е. обещать материальные выгоды, замораживание сокращения штатов и др.;
- в состав инициативных рабочих групп следует вводить авторитетных, но скептически настроенных лиц;
- следует составлять и оглашать жесткие графики действий, формируя у персонала установку на неизбежность организационных изменений;
- в отдельных случаях следует огласить санкции за сопротивление изменениям.
Большое влияние на то, в какой мере руководству удается устранить сопротивление организационным изменениям, оказывают методы преодоления сопротивления . Набор этих методов варьируется от мягких (косвенное воздействие на сотрудников) до жестких (принуждение). В практическом менеджменте применение каждого метода требует анализа конкретной ситуации с учетом целей, задач, сроков, характера изменений, сложившегося в организации баланса сил.
Проведение изменений должно завершиться установлением статус-кво в организации. Поэтому важно не только устранить сопротивление изменениям, но и добиться, чтобы оно было поддержано сотрудниками организации и стало реальностью.
Одним из основных методов снижения уровня и распространенности сопротивления изменениям со стороны сотрудников организации считается привлечение их к процессу изменений на самом раннем этапе — при подготовке и принятии решений о них.
Основные и наиболее важные источники индивидуального сопротивления представлены на рисунке 1.
Рисунок 1. Источники индивидуального сопротивления
Рассмотрим рисунок 1 подробнее:
- Восприятие.
Основной источник сопротивления – это механизм защиты восприятия. Все люди по-разному воспринимают окружающую их среду, поэтому все они имеют склонность выбирать и воспринимать те вещи, которые кажутся наиболее подходящими. Как только человек начинает воспринимать какой-то предмет, то изменить это восприятие без сопротивления нельзя. Еще одна один источник ошибки восприятия – это стереотипы. Например, стереотип, что изменения – это всегда что-то не хорошее, приводящее к сокращениям.
- Личность.
У каждого из нас есть определённый набор личных качеств, которые могут стать препятствием к изменениям. Также здесь речь идет о зависимостях. Сопротивление изменениям у работников может продолжаться до тех пор, пока изменение не будет принято тем от кого они зависят – руководителем, начальником отдела или цеха.
- Привычки.
Это своеобразный способ реакции и поведения, до тех пор пока ситуация критически не изменяется. Привычка – это основа комфорта и безопасности. Восприятие изменений в данном случае зависит от восприятия индивидом выгод от этих изменений.
- Страх потери власти и влияния.
Многие работники, особенно те, которые занимают руководящие должности, воспринимают изменения как угрозу их статусу и власти.
- Страх перед неизвестностью.
Люди часто не могут предсказать последствия изменений, поэтому все изменения включают в себя элемент неопределённости, порождающий сомнения.
- Экономические причины.
Часто люди оказывают сопротивление изменениям, когда последние влекут за собой сокращение их доходов или увеличение расходов. Изменение прежнего ритма работы пугает их с точки зрения экономической безопасности.
Организационное сопротивление изменениям
Источники организационного сопротивлевния изображены на рисунке 2.
Рисунок 2. Источники организационного сопротивления
Разберем рисунок 2.
Примечание 1
Надо понимать, что организация, как и отдельно ее члены, может сопротивляться изменениям. Если в организации все процессы налажены, то и результат хороший. Однако иногда, чтобы оставаться конкурентоспособными, организациям необходимо внедрять изменения, которые могут на первое время снизить эффективность работы. Этим и объясняется инстинктивное стремление организации сохранить свои позиции и сопротивляться изменениям. Такое часто происходит при передаче каких-либо не жизненно важных функций на аутсорсинг.
Итак, организационная структура как источник сопротивления следует рассматривать с точки зрения стабильности. У всех свои роли, процесс выполнения которых налажен и все процессе эффективны. Задача организации как можно дольше сохранить такую стабильность.
Организация может иметь высокоспециализированные участки работ, жесткую иерархию и четко расписанную ответственность, ограниченные потоки информации сверху вниз. Поэтому чем гибче организационная структура, тем легче она будет переносить изменения.
Следующий источник сопротивления – организационная культура. Чем доверительнее атмосфера и выше степень зрелости, как и культуры, так работников, тем проще будут происходить изменения. Важно, чтобы рабочие могли легко перестроиться и изменить свои привычки.
Ограниченность ресурсов. Организация может пойти на изменения, только если у нее для этого достаточно ресурсов. Любое изменение влечет за собой большие траты не только денег, но и времени.
Межорганизационные договоренности. Договоренности и соглашения между организациями обычно возлагают на людей определенные обязательства, регулирующие или ограничивающие их поведение. Переговоры с профсоюзами и заключение коллективного договора -наиболее яркий пример в этой области.
Преодоление сопротивления изменениям
Несмотря на то, что полностью устранить сопротивление изменениям нельзя, существует некоторые методы, которые помогают сгладить их остроту.
Психолог Курт Левин рассматривал сопротивления как баланс сил, действующих в разных направлениях. Такой подход получил название анализ силовых полей (рис.3). Левин предлагал в любой ситуации стараться обеспечить баланс и равновесие этих сил.
Что изменить положение сил, а именно начать проводить изменения, необходимо сделать следующие шаги:
- увеличить силы, действующие за изменения;
- сократить силы, действующие против изменений;
- перевести силы, действующие против изменений, в позицию сил, действующих за изменения.
Рисунок 3. Подход Курта Левина – Анализ силовых полей
На снятие препятствий могут повлиять следующие факторы:
- внимание и поддержка. Важно открыто сообщать об изменениях и поддерживать всех работников.
- коммуникация. Открытый доступ к информации об изменениях;
- участие и вовлеченность. Чем больше работников вовлечено в процесс изменения, тем большее их число начинает понимать необходимость таких действий, и перестает сопротивляться.
Эти и другие подходы к внедрению изменений и их характеристики представлены в таблице 1.
Рисунок 4. Методы преодоления сопротивления изменениям
