Как использовать резисторы в проекте

Сопротивление футу... Напряжение, разделенное на ток.

Набор инструментов для разработчиков включает в себя основной набор основных инструментов для производителей. Инструменты, без которых мы не можем обойтись. Макеты, паяльники, светодиоды важны, но резисторы — это крошечные компоненты, от которых зависят проекты.

Независимо от того, какую плату мы выберем, будь то Raspberry Pi, Raspberry Pi Pico или Arduino, нам нужны резисторы для защиты наших светодиодов, деления напряжения и обеспечения точных значений для наших цепей. Но что они делают, зачем они нам нужны и как мы можем убедиться, что у нас правильное значение? Для этого нам нужно немного заняться математикой и просмотреть несколько таблиц данных.

В этом справочнике мы объясним, что такое резисторы, для чего они нужны, и расскажем, как выбрать правильный резистор для вашего следующего проекта.

Резисторы — это компоненты, которые создают электрическое сопротивление в цепи. Обычно они используются для уменьшения тока в цепи, например, при использовании со светодиодами они не позволяют светодиодам потреблять слишком большой ток.

Светодиод без резистора очень быстро сгорит. Резисторы также можно использовать для создания делителей потенциала напряжения — полезных схем, которые уменьшают напряжение в цепи. У каждого производителя в наборе есть резисторы. Они выпускаются в виде патронташей, и их можно купить как в отдельных упаковках, так и тысячами.

Самое основное применение резисторов – это предотвращение потребления слишком большого тока компонентом. Возьмем, к примеру, светодиод (светоизлучающий диод). Светодиоды предназначены для пропускания тока в одном направлении и при работе производят небольшое количество света. Если мы подадим светодиодам столько тока, сколько им нужно, светодиод будет гореть ярко, но вскоре перегорит. В некоторых случаях мы можем сразу подать на него слишком большой ток, в результате чего светодиод «вспыхнет», а затем погаснет.

Мы можем использовать следующий расчет, чтобы определить точное значение резистора.

R — номинал резистора, Vs — напряжение питания, Vf — прямое напряжение (количество компонентов, необходимое), а If — прямой ток.

Давайте применим это на практике. У нас есть синий светодиод, подключенный к источнику питания 5 В. Прямое напряжение светодиода составляет 3,2 В, а необходимый ток — около 10 мА. Итак, расчет выглядит так.

Это означает, что значение R составляет 180 Ом. В стандартной серии резисторов мы можем использовать это точное значение или вместо этого выбрать резистор сопротивлением 150 или 220 Ом. Для базовых задач точное значение не имеет особого значения, но при проектировании схем для профессиональных/промышленных или высокоточных устройств вам необходимо будет использовать точные значения. Точные значения можно найти в техническом описании компонентов или на странице продукта в выбранном вами магазине.

Для большинства приложений любителей/производителей мы можем выбрать ближайшее значение, которое у нас есть. Мы часто отдаем предпочтение резистору сопротивлением 220/330 Ом для наших светодиодов.

Резисторы также можно использовать для подтягивания или понижения вывода GPIO. Подтягивающий резистор поднимет вывод на высокий уровень, подключив к нему источник напряжения. Понижающий резистор подтянет вывод к GND. Мы использовали резистор сопротивлением 10 кОм с датчиком температуры DHT22, чтобы поднять высокий уровень на выводе данных с помощью источника питания 3,3 В.

Резисторы также можно использовать для понижения напряжения с одного уровня на другой. Это называется делителем напряжения, и он обычно используется в потенциометрах для изменения напряжения.

Чтобы создать делитель напряжения, нам нужно использовать это уравнение.

Vout — это напряжение, которое нам нужно.

Vin — входное напряжение.

R1 — номинал первого резистора.

R2 — номинал второго резистора.

Итак, для нашего делителя напряжения мы хотим преобразовать входное напряжение 5 В примерно в 3,3 В. Этот процесс обычно используется, когда нам нужно изменить логическое напряжение компонента, например HC-SR04. Ультразвуковой датчик расстояния HC-SR04 изначально использовал логику 5 В, поэтому эхо-контакт, который активируется, когда звук отражается от объекта, подает 5 В на GPIO.

Для Ардуино это нормально. В случае Raspberry Pi это может повредить контакт или даже сам Pi. Мы используем два резистора: R1 — резистор 1 кОм (вверху) и R2 — резистор 2,2 кОм (внизу) для создания делителя напряжения. Ножки R1 и R2 выходят в один ряд макетной платы. На R1 подаем 5В, а на R2 подключаем GND. Там, где встречаются ножки R1 и R2, находится выходное напряжение, которое должно составлять 3,4375 В, что находится в пределах допуска 3,3 В GPIO.