Rezystory jako składniki obwodów

Element ten jest podstawowym składnikiem każdego, nawet najprostszego obwodu elektrycznego. Zwany również opornikiem należy do grupy elementów biernych. Mimo swej prostej budowy oraz zasadzie działania rezystory są często wykorzystywane w warsztacie każdego elektronika hobbysty i nie tylko, tak więc postanowiłem  napisać kilka istotnych informacji o tych komponentach.

 

 

Rezystory przeciwstawiają się przepływowi elektronów stąd często nazywa się je także opornikami (z łac. resistere-stawiać opór). Zablokowaną moc oddają do atmosfery w postaci ciepła. Ograniczenie prądu jest zwykle konieczne obwodach, więc bardzo często się z nich korzysta. Łatwo je rozpoznać po kolorowych paskach na korpusie nie mniej jednak zdarzają się zwłaszcza w starszych urządzeniach oporniki o jednym kolorze z zapisanymi danymi. Również rezystory montowane powierzchniowo lub o dużej mocy ( np. 5W) posiadają oznaczenia za pomocą liczb i liter bez pasków. Dzięki temu przy użyciu specjalnej ściągi jak na fotografii  można szybko określić rezystancję co ułatwia często sprawę w warsztacie.

W tabeli znajdują się przypisane wartości do odpowiednich barw rezystora, czyli cyfry znaczące. Dwa pierwsze kody barwne stanowią wartość rezystora, trzeci natomiast określa ilość zer dla wartości ( Ω, kΩ, MΩ). Pasek, który jest najbardziej wysunięty na zewnątrz od pozostałych określa tolerancję opornika. Najbardziej rozpowszechnione posiadają kolor złoty, czyli 5% -wą tolerancję. Oznacza to, że wynik będzie się różnił o +/- 5% z wartości nominalnej określonej przez producenta. Kolor brązowy to 1%, czerwony-2%, pomarańczowy-15% natomiast jego brak określa 20%-owe wahanie wyniku. Przykładowo opornik 220Ω o 5%-owej tolerancji nie powinien zmienić swojej rezystancji więcej niż +/-11Ω.

Wróćmy jednak do podstawowej funkcji oporników, czyli zmiana nadmiaru energii elektrycznej na cieplną. Sposób ten nie jest zbyt doskonały, lecz technika ta zapewnia w najprostszy, a co najważniejsze najtańszy sposób ograniczenia natężenia prądu w obwodzie. Ich brak powodował by porostu przepływ zbyt wielkiego prądu elektrycznego co spowodowało by uszkodzenia („spalenia”) elementów np. diody LED, a co gorsze przepalenie ścieżek lub przewodów. Tak, więc w uproszczeniu rezystor przyjmuje na siebie elektrony wydzielając energię cieplną. Z własnego doświadczenia w ok 95% korzystałem z rezystorów o maksymalnej mocy ¼ wata co stanowi bardzo niewiele w porównaniu z np. 2000 watowym piecykiem elektrycznym, którego grzałki działają analogicznie jak rezystor. Jak zapewne zauważyłeś drogi czytelniku właśnie wspomniałem o jednym z parametrów opornika mianowicie tzw. Moc znamionowa rezystora określona jednostką wat [W].

Definiuje się ona jako maksymalna dopuszczalna moc wydzielająca się na rezystorze przy pracy ciągłej przy temperaturze otoczenia poniżej +70 stopni Celsjusza. Do innych parametrów rezystorów można zaliczyć:

  • Rezystancja nominalna- parametr określający rezystancję rezystora. Ogromna rozpiętość wymaganych rezystancji spowodowała utworzenie tzw. Szeregów wartości. Czasami potrzeba rezystora o 1Ω , a później o R=9999Ω. Tak więc nie istnieją rezystory z wszystkich dostępnych zakresów co jest zrozumiałe powstała by ich ogromna ilość nie do pomieszczenia w niewielkim sklepie z elektroniką 🙂 .W tym celu utworzono specjalne szeregi wartości. Ja posiadam specjalną zakładkę z miesięcznika „elektronika dla wszystkich”

Głównie wykorzystuję w swoich pracach szereg E24 z którego dostępne są oporniki w większości sklepów z elektroniką (również w moim mieście). Dla przykładu wartość z tabeli 3.3 : posiada rezystory 33Ω, 330Ω, 3.3 kΩ, 33 kΩ. Jest to zapewne jakieś ograniczenie bo nie ma opornika którego potrzebuję do otrzymania konkretnego napięcia i natężenia prądu dla odbiornika- przykładowo 210 Ω. To nie koniec świata, gdyż wykorzystam rezystor „ciut” większy, czyli 220 Ω. Na pewno zwykła dioda LED tego nie odczuje i też będzie świeciła dostatecznie jasno. Na pierwszy rzut oka to spore ograniczenie zwłaszcza w rozbudowanych projektach audio lub pomiarowych, jednak dla większości nie jest wymagana aż tak duża precyzja. W niektórych przypadkach można posłużyć się kombinacją połączeń różnych oporników i przez to uzyskać wymagany opór w obwodzie.

  • Tolerancja- klasa dokładności, określa o ile może się wahać rezystancja znamionowa. Jest to bardzo ważny parametr podawany w procentach. W najpopularniejszych rezystorach  najbardziej odsunięty od pozostałych pasków  na korpusie określa tą wartość np. złoty 5%.
  • Napięcie graniczne- maksymalne napięcie stałe( lub maksymalna amplituda napięcia zmiennego) jakie może być dołączone w sposób ciągły. Dotyczy to głównie oporników o rzędu setek lub tysięcy kiloomów.
  • Temperaturowy współczynnik rezystancji- zmiana rezystancji pod wpływem rezystancji. Oznaczony jest parametrem TCR przy czym im mniejszą wartość przyjmuje tym rezystor jest stabilniejszy.
  • Współczynnik szumów- określa szumy wprowadzane przez rezystor do obwodu. Są one uzależnione głównie od przyłożonego napięcia stałego, tak więc wyraża się go w μV/V. W obwodach wysokiej częstotliwości ma on duże znaczenie.

Budowa oraz zastosowanie

Najbardziej popularnym w świecie elektroniki opornikiem jest rezystor węglowy kompozytowy. Ich tolerancja wynosi +/- 5% i mają 4 paskowe kody. Kiedy narysujesz grubą kreskę ołówkiem i przyłożysz sondy omomierza zostanie zarejestrowany pewien opór. Tak w uproszczeniu działa rezystor węglowy. Są one tanie i świetnie nadają się do użycia w dużej ilości aplikacji niemniej jednak warto pamiętać o ich istotnych wadach. Potrafią one „szumieć” dziesięciokrotnie bardziej niż rezystory metalowe o 1%-owej tolerancji. Również należy uważać na temperaturowy współczynnik tolerancji, czyli zmianę rezystancji pod wpływem temperatury. Taki 5% tani opornik może już podczas montażu (lutowania) zmienić wartość niemniej jednak jednak rezystancja nie powinna odbiegać o 1% od nominalnej po osiągnięciu temperatury pokojowej. Kilka omów w tą czy tamtą stronę na pewno nie spowoduje nieprawidłowego działania w prostym projekcie.

Inną grupą rezystorów są drutowe. Opór uzyskuje się przez nawinięcie drucika o odpowiedniej długości na korpusie uzyskując ograniczenie natężenia prądu. Potrafią lepiej niż węglowe oddawać ciepło jak również osiągają niską tolerancję rzędu 1%. Istotną wadą ich konstrukcji jest to, że zwoje (podobnie jak w cewkach) wprowadzają pewną indukcyjność co eliminuje je w wykorzystaniu w obwodach w.cz. Również w aplikacji gdzie występują wysokie napięcia dla rezystora o mocy 1/8 W może dojść do przebicia między zwojami co warto mieć na uwadze.

Można wyróżnić jeszcze rezystory węglowe warstwowe, metalizowane oraz metalowo-tlenkowe. Warstwowe wprowadzają mniej szumów i stosuje się je tam gdzie ma to znaczenie.  Rezystory metalizowane i metalowo-tlenkowe mają niskie tolerancje rzędu 1%, a ich rezystancja nie ma znacznych odchyłek spowodowanych zmianami temperatury. Dzięki temu idealnie nadają się  tam gdzie wymagana jest duża precyzja.

Rezystory bardzo rzadko ulegają uszkodzeniom. Głównie zabija je temperatura spowodowana np. za dużym przepływem prądu, a więc przekroczeniem ich mocy znamionowej. Jest to łatwe do zdiagnozowania mianowicie widać wyraźne wypalenie się powłoki zewnętrznej korpusu.

Oznaczenia oraz podstawowe wzory

Jak wcześniej już wspomniałem rezystory są oznaczane kolorami za pomocą pasków. Trzy paski to oznaczenia rezystancji opornika, a czwarty to wartość tolerancji. Bywają też rezystory z 5-io paskowe i są to bardziej precyzyjne elementy. Obecnie coraz większym poparciem cieszy się elektronika montowana powierzchniowo. Występujące tam miniaturowe oporniki mają oznaczenia numeryczne. Tak samo jak komponenty THT ich ostatnia cyfra stanowi mnożnik (liczbę zer) np. oznaczenie 103 to rezystor 10 kΩ. Zero na końcu informuje o braku mnożnika np. 220 to 22Ω !, natomiast 220Ω było by oznaczone 221. Gdy w oznaczeniu trafi się literka to symbolizuje ona przecinek np. 4R7 oznacza 4,7 Ω. Ważną kwestią jest też czy oznaczenie literą znajduje się przed czy po symbolu Ω nawet z literą K. Opornik oznaczony 47 ΩK to 47Ω, a nie jak mogło by się wydawać 47 kΩ. Litera K oznacza w tym przypadku tolerancję rezystora.

Istotną rzeczą przy tworzeniu aplikacji jest optymalne wykorzystanie opornika. Niekiedy przydają się pewne obliczenia na przykład czy dany opornik o mocy 1/8 W wytrzyma dane obciążenie nie powodując szkód. Ja mam zawsze u siebie pod ręką specjalną ściągę 😀 , z której korzystam gdy coś trzeba wyliczyć.( Źródło: Elektronika dla wszystkich 2/96) 

Gdy rezystory są połączone w sposób szeregowy (jeden za drugim) to rezystancja całkowita jest sumowana. Natężenie prądu o takiej samej wartości przepływa przez każdy rezystor. Jeśli oporniki podłączone są równolegle do źródła zasilania (każdy bezpośrednio łączy punkty o niższym i wyższym potencjale) rezystancja całkowita stanowi sumę odwrotności ich oporu znamionowego. Natężenie prądu rozpłynie się po wszystkich podłączonych rezystorów i będzie uzależnione od wartości ich rezystancji.

Bardzo ważną konfigurację tworzą dwa rezystory tworzące tzw. dzielnik napięcia (Fotografia powyżej). Jak sama nazwa wskazuje dzielą one między sobą napięcie zasilające. Dzięki temu możemy w prosty sposób otrzymać odpowiedni poziom napięcia np. do wysterowania tranzystora wykonawczego.

Rezystory dzięki  nieskomplikowanym funkcjonowaniu w obwodzie nie wymagają od elektronika hobbysty ogromnej wiedzy jednak warto wiedzieć jak są zbudowane. Również oznaczenia oraz parametry są ważnym filarem przy wykorzystywaniu ich w projekcie. Myślę, że udało mi się w przystępny sposób omówić element ten w swoim artykule. Gorąco zachęcam do zaglądnięcia do zakładki słownik elektronika zawierającego inne ważne zagadnienia.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *