Rezystory są jednymi z najczęściej stosowanych elementów w elektronice. Nazwa ta od dawna nie mieści się w wąskich granicach terminologii radiokomunikacji amatorskiej. Dla każdego, kto choć trochę interesuje się elektroniką, termin ten nie powinien być mylący.
Spis treści
Co to jest rezystor
Najprostsza definicja mówi, że rezystor to element obwodu elektrycznego, który stawia opór przepływającemu przez niego prądowi. Nazwa elementu pochodzi od łacińskiego słowa "resisto" - "stawiać opór", a radioamatorzy często nazywają tę część "opornikiem".
Zastanów się, co to są rezystory i do czego służą. Udzielenie odpowiedzi na te pytania wymaga zapoznania się z fizycznym znaczeniem podstawowych pojęć z zakresu elektrotechniki.
Aby wyjaśnić działanie rezystora, można posłużyć się analogią do rur wodociągowych. Jeśli w jakikolwiek sposób utrudnimy przepływ wody w rurze (np. przez zmniejszenie jej średnicy), nastąpi wzrost ciśnienia wewnętrznego. Usunięcie przeszkody powoduje obniżenie ciśnienia. W elektrotechnice ciśnienie to odpowiada napięciu - utrudniając przepływ prądu elektrycznego, zwiększamy napięcie w obwodzie; zmniejszając opór, zmniejszamy również napięcie.
Zmieniając średnicę rury, można zmienić prędkość przepływu wody; w obwodach elektrycznych, zmieniając opór, można regulować natężenie prądu. Wartość rezystancji jest odwrotnie proporcjonalna do przewodności danego elementu.
Właściwości elementów rezystancyjnych można wykorzystać do następujących celów:
- Zamiana prądu na napięcie i odwrotnie;
- Ograniczenie przepływu prądu w celu uzyskania określonej wartości prądu;
- Tworzenie dzielników napięcia (np. w przyrządach pomiarowych);
- Inne zastosowania specjalne (np. redukcja zakłóceń radiowych).
Poniższy przykład wyjaśni, co to jest rezystor i do czego służy. Znana wszystkim dioda LED świeci przy niewielkim natężeniu prądu, ale jej opór własny jest tak mały, że jeśli diodę LED umieści się bezpośrednio w obwodzie, nawet przy napięciu 5 V, płynący przez nią prąd przekroczy dopuszczalne wartości dla danego elementu. Takie obciążenie spowoduje natychmiastowe uszkodzenie diody LED. Dlatego w obwodzie znajduje się rezystor, którego zadaniem w tym przypadku jest ograniczenie prądu do określonej wartości.
Wszystkie elementy rezystancyjne są pasywnymi elementami obwodów elektrycznych, w przeciwieństwie do elementów aktywnych nie oddają energii do układu, a jedynie ją pobierają.
Po zrozumieniu, czym są rezystory, należy zastanowić się nad ich typami, przeznaczeniem i oznaczeniami.
Rodzaje oporników
Rodzaje rezystorów można podzielić na następujące kategorie:
- Nieregulowane (stałe) - nawijane drutem, kompozytowe, foliowe, węglowe itp.
- Regulowane (zmienne i przycinane). Rezystory nastawne są używane do regulacji obwodów elektrycznych. Elementy o zmiennej rezystancji (potencjometry) służą do regulacji poziomów sygnałów.
Osobną grupę stanowią półprzewodnikowe elementy rezystancyjne (termorezystory, fotorezystory, warystory itp.).
Charakterystyki rezystorów zależą od ich przeznaczenia i są określane w momencie produkcji. Do najważniejszych parametrów należą:
- Opór nominalny. Jest to główna cecha charakterystyczna elementu i jest mierzona w omach (Ohm, kOhm, Mohm).
- Tolerancja wyrażona w procentach określonej rezystancji nominalnej. Oznacza możliwe różnice wynikające z technologii produkcji.
- Rozpraszanie mocy - maksymalna moc, jaką rezystor może rozproszyć podczas długotrwałego obciążenia.
- Temperaturowy współczynnik oporu - wartość pokazująca względną zmianę oporu opornika przy zmianie temperatury o 1°C.
- Granica napięcia roboczego (wytrzymałość elektryczna). Jest to maksymalne napięcie, przy którym element zachowuje swoje parametry.
- Charakterystyka szumów to stopień zniekształceń wprowadzanych do sygnału przez rezystor.
- Odporność na wilgoć i temperaturę - maksymalne wartości wilgotności i temperatury, których przekroczenie może doprowadzić do uszkodzenia elementu.
- Współczynnik napięcia. Wartość uwzględniająca zależność rezystancji od przyłożonego napięcia.
Zastosowanie rezystorów w zakresie ultra-wysokich częstotliwości powoduje powstanie dodatkowych charakterystyk, takich jak pasożytnicza pojemność i indukcyjność.
Rezystory półprzewodnikowe
Są to przyrządy półprzewodnikowe z dwoma końcówkami, których opór elektryczny zależy od parametrów otoczenia, takich jak temperatura, światło, napięcie itp. Do produkcji takich części stosuje się materiały półprzewodnikowe z domieszką zanieczyszczeń, których rodzaj decyduje o zależności przewodności od wpływów zewnętrznych.
Istnieją następujące typy półprzewodnikowych elementów rezystancyjnych:
- Rezystor liniowy. Element ten, wykonany z materiału niskostopowego, charakteryzuje się małą zależnością rezystancji od oddziaływania zewnętrznego w szerokim zakresie napięć i prądów, jest najczęściej stosowany w produkcji układów scalonych.
- Warystor to element, którego rezystancja zależy od natężenia pola elektrycznego. Ta właściwość warystora definiuje jego zastosowanie: do stabilizacji i regulacji parametrów elektrycznych urządzeń, do ochrony przed przepięciami i do innych celów.
- Termistor. Ten rodzaj nieliniowego elementu rezystancyjnego ma zdolność do zmiany rezystancji w zależności od temperatury. Istnieją dwa rodzaje termistorów: termistor, którego rezystancja maleje wraz ze wzrostem temperatury, oraz pozystor, którego rezystancja rośnie wraz z temperaturą. Termistory są stosowane tam, gdzie ważna jest stała kontrola procesu temperaturowego.
- Fotorezystor. Opór tego urządzenia zmienia się pod wpływem światła i jest niezależny od przyłożonego napięcia. Ołów i kadm są stosowane w produkcji, co w niektórych krajach doprowadziło do wycofania tych komponentów ze względu na ochronę środowiska. W porównywalnych zastosowaniach fotorezystory zajmują obecnie drugie miejsce po fotodiodach i fototranzystorach.
- Rezystory tensometryczne. Element ten jest zaprojektowany w taki sposób, aby mógł zmieniać swoją wytrzymałość w zależności od zewnętrznego oddziaływania mechanicznego (deformacji). Jest on stosowany w węzłach, które przetwarzają działanie mechaniczne na sygnały elektryczne.
Elementy półprzewodnikowe, takie jak rezystory i warystory liniowe, charakteryzują się słabą zależnością od wpływów zewnętrznych. W przypadku czujników tensometrycznych, termistorów i fotorezystorów zależność charakterystyki od wpływów jest silna.
Rezystory półprzewodnikowe są identyfikowane na schematach obwodów za pomocą intuicyjnych symboli.
Rezystor w obwodzie
W obwodach rosyjskich elementy o stałej rezystancji są zwykle oznaczane jako biały prostokąt, czasami z literą R nad nim. W schematach zagranicznych rezystor może być oznaczony symbolem "zygzaka" z podobną literą R na górze. Jeśli jakiś parametr części jest ważny dla działania urządzenia, zwyczajowo zaznacza się go na schemacie.
Moc można określić za pomocą słupków na prostokącie:
- 2W - 2 pionowe kreski;
- 1W - 1 pionowy pasek;
- 0,5W - 1 ukośnik;
- 0,25 W - jedna linia ukośna;
- 0,125 W - dwie linie ukośne.
Dopuszcza się podawanie na schemacie mocy cyframi rzymskimi.
Rezystory zmienne są oznaczone dodatkową linią nad prostokątem ze strzałką symbolizującą możliwość regulacji, a numeracja styków może być przedstawiona w postaci cyfr.
Rezystory półprzewodnikowe są oznaczone tym samym białym prostokątem, ale przecięte linią ukośną (z wyjątkiem fotorezystorów) z alfabetycznym oznaczeniem rodzaju działania kontrolnego (U - dla warystora, P - dla rezystora tensometrycznego, t - dla termistora). Fotorezystor jest oznaczony prostokątem w okręgu z dwiema strzałkami skierowanymi w jego stronę, symbolizującymi światło.
Parametry rezystora nie zależą od częstotliwości przepływu prądu, co oznacza, że element ten działa tak samo w obwodach prądu stałego i zmiennego (zarówno o niskiej, jak i wysokiej częstotliwości). Wyjątek stanowią rezystory nawijane na drut, które są indukcyjne i mogą tracić energię na skutek promieniowania przy wysokich i bardzo wysokich częstotliwościach.
Rezystory można łączyć równolegle lub szeregowo, w zależności od wymagań dotyczących właściwości obwodu. Wzory na obliczanie oporu całkowitego dla różnych połączeń obwodów znacznie się różnią. W połączeniu szeregowym całkowity opór jest równy prostej sumie wartości elementów w obwodzie: R = R1 + R2 +... + Rn.
W połączeniu równoległym, aby obliczyć całkowitą rezystancję, należy zsumować wartości odwrotności poszczególnych elementów. W ten sposób otrzymujemy wartość, która jest również odwrotnością wartości całkowitej: 1/R = 1/R1 + 1/R2 + ... 1/Rn.
Całkowita rezystancja rezystorów połączonych równolegle będzie mniejsza od najmniejszej.
Oceny
Istnieją standardowe wartości rezystancji dla elementów rezystancyjnych, zwane "szeregiem wartości znamionowych rezystorów". Podstawą podejścia do tworzenia tego wiersza jest następująca zasada: krok między wartościami musi pokrywać się z tolerancją (błędem). Przykład - jeżeli wartość znamionowa elementu wynosi 100 omów, a tolerancja 10%, to następna wartość w szeregu będzie wynosiła 120 omów. W tym kroku unika się niepotrzebnych wartości, ponieważ sąsiednie oceny wraz z odchyleniem błędu praktycznie pokrywają cały zakres wartości między nimi.
Dostępne rezystory są pogrupowane w szeregi o różnych tolerancjach. Każda seria ma swój własny zakres nominalny.
Różnice między seriami są następujące:
- E 6 - 20% tolerancji;
- E 12 - 10% tolerancji;
- E 24 - tolerancja 5% (czasami 2%);
- E 48 - tolerancja 2%;
- E 96 - tolerancja 1%;
- E 192 - tolerancja 0,5% (może być 0,25%, 0,1% i niższa).
Najbardziej rozpowszechniona seria E 24 obejmuje 24 stopnie rezystancji.
Etykietowanie
Rozmiar elementu rezystancyjnego jest bezpośrednio związany z jego rozpraszaniem mocy, im jest ono większe, tym większe są wymiary części. O ile na obwodach można łatwo podać dowolną wartość liczbową, o tyle etykietowanie produktów może być trudne. Tendencja do miniaturyzacji w produkcji elektroniki powoduje, że elementy stają się coraz mniejsze, co utrudnia zarówno umieszczanie informacji na obudowie, jak i ich odczytywanie.
W celu ułatwienia identyfikacji rezystorów w przemyśle rosyjskim stosuje się oznaczenia alfanumeryczne. Oporniki są oznaczane w następujący sposób: wartość nominalna jest wskazywana przez cyfry, a litera jest umieszczana za cyframi (w przypadku wartości dziesiętnych) lub przed nimi (w przypadku setek). Jeżeli wartość znamionowa jest mniejsza niż 999 omów, liczba jest podawana bez litery (może to być też R lub E). Jeżeli wartość jest podana w kOhm, po liczbie występuje litera K, a litera M odpowiada wartości w Mohm.
Rezystory amerykańskie są oznaczone trzema cyframi. Pierwsze dwa oznaczają nominał, trzeci - liczbę zer (dziesiątek) dodanych do wartości.
W zrobotyzowanej produkcji podzespołów elektronicznych nadrukowane symbole często znajdują się po tej stronie części, która jest zwrócona w stronę płytki, co uniemożliwia odczytanie informacji.
Kodowanie kolorami
Aby informacje były czytelne z każdej strony, stosuje się kodowanie kolorystyczne - za pomocą okrągłych pasków farby. Każdy kolor ma swoją własną wartość liczbową. Paski na elementach są umieszczone bliżej jednego z pinów i są odczytywane od lewej do prawej strony. Jeśli ze względu na mały rozmiar elementu nie jest możliwe przeniesienie kolorowych oznaczeń na jeden zacisk, pierwszy pasek jest dwa razy szerszy od pozostałych.
Części o tolerancji 20% są oznaczane trzema liniami, dla tolerancji 5-10% stosuje się 4 linie. Najdokładniejsze rezystory są oznaczone 5 lub 6 liniami, z których dwie pierwsze odpowiadają wartości znamionowej części. Jeśli zakresy wynoszą 4, w trzecim wierszu podany jest mnożnik dziesiętny dla pierwszych dwóch zakresów, a w czwartym wierszu podana jest dokładność. Jeśli słupki mają długość 5, to trzeci z nich oznacza trzecią cyfrę oceny, czwarty - kropkę dziesiętną (liczbę zer), a piąty - dokładność. Linia szósta wskazuje temperaturowy współczynnik rezystancji (TCR).
W przypadku oznaczeń czteropaskowych złote lub srebrne paski zawsze znajdują się na końcu.
Wszystkie oznaczenia wyglądają na skomplikowane, ale umiejętność szybkiego odczytywania oznaczeń przychodzi wraz z doświadczeniem.
Powiązane artykuły:
