Kod paskowy rezystorów wykorzystuje kolorowe paski i umożliwia identyfikację rezystorów pod kątem wartości ich rezystancji oraz procentowej tolerancji.
Na rynkach krajowym i zagranicznym można znaleźć rezystory zróżnicowane pod kątem każdego parametru. Mogą być stosowane w szeroko rozumianych układach elektronicznych i obwodach elektrycznych w celu ograniczenia przepływu prądu elektrycznego i spadku napięcia na wiele mniej lub bardziej wyszukanych sposobów. Aby rezystor sprawdził się w praktyce, należy dobrać go pod kątem jego najważniejszego parametru, jakim jest rezystancja – jej jednostką jest 1Ω (Om; często zapisywany błędnie Ohm jak nazwisko autora fizycznego prawa Ohma, George’a Ohma). Rezystory dostępne w handlu występują w wielu wartościach rezystancji – od pojedynczych omów (od 0Ω) aż po setki milionów omów (MΩ).
Posiadanie rezystorów o każdej wartości naturalnej, tj. 1Ω, 2Ω, 3Ω itd. byłoby zupełnie niepraktyczne. Zamiast tego producenci produkują modele w wartościach, które są wyznaczone zgodnie z tzw. wartościami preferowanymi oraz według ściśle określonego typoszeregu. Najczęściej wartość rezystancji rezystorów można odczytać za pomocą kolorowego kodu paskowego, który jest nadrukowany na ich korpusie.
Wartość rezystancji, tolerancji oraz maksymalnej mocy rozpraszanej może być także nadrukowana bezpośrednio na obudowie rezystora, jeśli jest ona wystarczająco duża, by umożliwić bezbłędne odczytanie parametrów. Takie rozwiązanie jest stosowane m.in. w rezystorach mocy, które często są zabudowane w radiatorze wspomagającym odprowadzanie ciepła. W przypadku większości rezystorów drutowych o mocach do 1W z uwagi na ograniczenia z tytułu wymiarów geometrycznych obudowy do wskazania wartości rezystancji, tolerancji procentowej i dopuszczalnej mocy rozpraszanej zwykle używany jest kolorowy kod paskowy.
Rezystory – ponadczasowe elementy elektroniczne o wysokiej wszechstronności
Zanim powstały współcześnie znane nam rezystory, wielu naukowców dogłębnie pracowało nad zbadaniem istoty rezystancji Krótko po opracowaniu podstaw matematyczno-fizycznych i metodologii badania elektroprzewodnictwa w wielu rodzajach materiałów. Następstwem tego było odkrycie prądu elektrycznego. Podczas gdy takie materiały, jak miedź, złoto, srebro czy aluminium okazały się bardzo dobrymi przewodnikami prądu elektrycznego o niskiej rezystywności i rezystancji, która dodatkowo zależy od geometrii elementu przewodzącego, tak szkło, ceramika, porcelana czy tworzywa sztuczne wykazały słabe przewodnictwo elektryczności i wysoką rezystywność oraz rezystancję, a tym samym bardzo dobre właściwości elektroizolacyjne. Pomimo tego przez dziesiątki lat naukowcy, inżynierowie i przemysłowcy żyli w obawie co do własności materiałów izolacyjnych oraz ich niezawodności i bezpiecznego funkcjonowania.
Było tak aż do roku 1961, kiedy to afroamerykański inżynier Otis Frank Boykin (1920-1982) opracował pierwszy rezystor, który pozwalał na precyzyjne ograniczenie przepływu prądu elektrycznego przez przewodnik. Wynalazek inżyniera Boykina charakteryzował się wysoką odpornością na zewnętrzne warunki środowiskowe i szybko zdobył popularność w urządzeniach przeznaczonych dla amerykańskiej armii, urządzeniach komputerowych firmy IBM oraz w wielu zastosowaniach elektroniki użytkowej. Od tego czasu rezystory można spotkać zarówno w budziku elektronicznym, na płycie głównej dowolnego komputera, jak i w konstrukcji pocisku samonaprowadzającego.
Rezystory są jednymi z podstawowych elementów współtworzących obwody elektryczne. Stosuje się je w strukturach wewnętrznych urządzeń półprzewodnikowych, w których napięcia rzędu pojedynczych mikrowoltów (μV) decydują o wyniku pracy procesu technologicznego – np. w wysoce precyzyjnej aparaturze elektromedycznej do badania aktywności bioelektrycznej mózgu metodą EEG (elektroencefalografii), aż po monstrualne laboratoryjne generatory wysokiego napięcia do testowania układów wykorzystywanych w elektroenergetyce.
Izolatory oddzielające przewody robocze od konstrukcji wsporczej muszą wytrzymać napięcia wyładowań atmosferycznych wynoszących kilka megawoltów (MV), czyli dziesiątki tysięcy razy większe niż napięcie w domowym gniazdku elektrycznym. Urządzenia elektroniczne dostępne w sprzedaży od II połowy XX wieku po dziś dzień wykazują, że w ich konstrukcji rezystory są niemal nieodzowne. W urządzeniach pasywnych mają za zadanie rozpraszać moc poprzez zamianę energii elektrycznej na energię cieplną, natomiast w aplikacjach aktywnych mogą być wykorzystywane np. w regulacji poboru prądu przez lampę ledową czy też w stopniach wzmacniaczy opartych na tranzystorach.
Innym popularnym zastosowaniem rezystorów jest zabezpieczanie obwodów przed przetężaniami i przepięciami, a w mikrokontrolerach – zapobieganie powstawaniu zakłóceń na portach wejścia/wyjścia poprzez podłączenie wyprowadzeń mikrokontrolera do masy zasilania lub pod napięcie zasilania pośrednio poprzez rezystor podciągający. We współpracy z innymi elementami pasywnymi – kondensatorami – rezystory tworzą obwody czasowe, za pomocą których możemy zbudować takie aplikacje, jak np. generatory dźwięków czy migające diody LED. Jeśli nasz układ elektroniczny wymaga dostarczenia do niektórych bloków napięcia niższego od napięcia zasilania, wówczas możemy to napięcie uzyskać poprzez kaskadowe łączenie rezystorów, tworząc prosty i niezawodnie spełniający swoją funkcję rezystorowy dzielnik napięcia.
Aby swobodnie móc dobrać właściwe rezystory pod naszą aplikację, nawet mimo posiadania omomierza analogowego lub miernika cyfrowego z funkcją pomiaru rezystancji, warto nauczyć się odczytywania wartości rezystancji rezystorów z kolorowego kodu paskowego nadrukowanego na ich obudowach. W niniejszym artykule przedstawimy konwencję znakowania rezystorów kodem paskowym.
Kolory używane w kodzie paskowym rezystorów i ich interpretacja matematyczna
Kod kolorowych pasków został wprowadzony w latach 20. XX w., a oficjalnie ustandaryzowany w 1952 roku przez Międzynarodową Komisję Elektrotechniczną (IEC). Jego wdrożenie umożliwiło identyfikację parametrów rezystorów niezależnie od ich rozmiarów. Kod paskowy stanowią kolorowe pierścienie nadrukowane na obudowie rezystora. Ich kolory oraz kolejność rozmieszczenia reprezentują wartość rezystancji rezystora oraz jego tolerancję procentową. Odczytywanie kodu paskowego na obudowie rezystora należy wykonywać od lewej do prawej strony. Pasek, który jest najszerszy i znajduje się najbliżej skraju obudowy, tj. najbliżej jednego z dwóch wyprowadzeń rezystora, oznacza pierwszą cyfrę znaczącą, podczas gdy ostatni pasek po prawej stronie oznacza tolerancję procentową. Kolory pasków są odpowiednio skorelowane z konkretnymi wartościami liczbowymi zgodnie z tabelą (T2.1).
Pierwszy pasek od lewej strony na obudowie rezystora oznacza pierwszą cyfrę znaczącą wartości jego rezystancji niezależnie od rzędu wielkości. Drugi pasek oznacza odpowiednio drugą cyfrę określającą wartość rezystancji. Przedostatni pasek oznacza mnożnik, którego podstawą potęgi jest liczba 10, ostatni zaś tolerancję procentową rezystancji rezystora.
Tabela T2.1 – interpretacja kodu paskowego rezystorów
| Kolor paska | Oznaczenie cyfrowe | Mnożnik | Tolerancja |
| Czarny | 0 | x100 = x1 | Nie dotyczy |
| Brązowy | 1 | x101 = x10 | ±1% |
| Czerwony | 2 | x102 = x100 | ±2% |
| Pomarańczowy | 3 | x103 = x1000 | Nie dotyczy |
| Żółty | 4 | x104 = x10000 | Nie dotyczy |
| Zielony | 5 | x105 = x100000 | ±0.5% |
| Niebieski | 6 | x106 = x1000000 | ±0.25% |
| Fioletowy | 7 | x107 = x10000000 | ±0.1% |
| Szary | 8 | Nie dotyczy | ±0.05% |
| Biały | 9 | Nie dotyczy | Nie dotyczy |
| Złoty | Nie dotyczy | x10-1 = x0.1 | ±5% |
| Srebrny | Nie dotyczy | x10-2 = x0.01 | ±10% |
| Bezbarwny | Nie dotyczy | Nie dotyczy | ±20% |
Obliczanie rezystancji rezystorów na podstawie kodu paskowego
Kod paskowy jest bardzo wygodnym sposobem ułatwiającym identyfikację rezystorów podczas pracy w warsztacie elektronicznym, ale żeby nabrać wprawy w posługiwaniu się nim, w pierwszej kolejności trzeba zrozumieć jego zasady w oparciu o praktyczne przykłady. Na początek, odwołując się do tabeli (T2.1), przedstawmy przykładowe ułożenie kodu paskowego na obudowie rezystora, na rys. (3.1):
Rys. 3.1 – Ułożenie przykładowego kodu paskowego na obudowie rezystora i jego interpretacja
Teraz rozkodujemy rezystor przestawiony na rys. (3.1), odczytując kolejno kolory pasków na jego obudowie i porównując je z ,,cyfrowymi” odpowiednikami na podstawie danych zawartych w tabeli (T2.1):
- Pierwsza cyfra znacząca – kolor żółty = 4
- Druga cyfra znacząca – kolor fioletowy = 7
- Trzecia cyfra znacząca – kolor czarny = 0
- Mnożnik – kolor czerwony = x102 = x100
- Tolerancja – kolor brązowy = ±1%
Ostatecznie obliczamy wartość rezystancji rezystora:
- żółty fioletowy czarny czerwony = 4 7 0 x 100 = 470 * 100 = 47000Ω = 47kΩ
Poszukiwana wartość rezystora na rys. (3.1) wynosi zatem 47kΩ, a ostatni pasek na jego obudowie (w kolorze brązowym) oznacza, że rezystor jest wykonany z tolerancją ±1%.
Tolerancja rezystora – co oznacza?
Wiemy już, że rezystory są produkowane w różnych wartościach rezystancji oraz obudowach o różnych wymiarach geometrycznych. Aby mieć rezystor o każdej możliwej wartości, musiałoby istnieć ich nieskończenie wiele. Zamiast tego rezystory są wykonywane według tzw. wartości preferowanych rezystancji, a także według ściśle określonej tolerancji, która najczęściej w kolorowym kodzie paskowym jest oznaczana kolorem ostatniego paska po prawej stronie. Tolerancja procentowa rezystora określa dopuszczalny rozrzut procentowy jego rzeczywistej wartości rezystancji względem jego wartości rezystancji, według której miał on zostać wykonany i która zwykle jest oznaczana paskami od pierwszego do przedostatniego na jego obudowie. Innymi słowy, jest to dopuszczalna różnica procentowa między wartością rezystancji rzeczywistej rezystora a jego wartością rezystancji oczekiwanej i może ona osiągać wartości ujemne lub dodatnie. Przykładowo, na podstawie kodu paskowego rezystora, którego model został przedstawiony na rys. (3.1) oraz danych zawartych w tabeli (T2.1) wynika, że został on wykonany z tolerancją ±1%. Przedstawimy teraz obliczenia mające na celu wykazać, jakie różnice mogą wystąpić między wartościami rezystancji rezystorów o takim samym kodzie paskowym ilustrującym oczekiwaną wartość rezystancji 47kΩ (47000Ω) z tolerancją ±1%:
- Maksymalna dopuszczalna wartość rezystancji:
Rmax = 47000Ω + 0.01*47000Ω = 47000Ω + 470Ω = 47470Ω (4.1)
- Minimalna dopuszczalna wartość rezystancji:
Rmin = 47000Ω – 0.01*47000Ω = 47000Ω – 470Ω = 46530Ω (4.2)
- Moduł różnicy wartości dopuszczalnych:
Rdiff = |Rmin – Rmax| = |46530 – 47470Ω| = |-940Ω| = 940Ω
W zależności od aplikacji wymagane jest stosowanie rezystorów wykonanych według tolerancji ściśle określonej zgodnie z kodem paskowym. Przykładowo, w obwodach ogrzewania elektrycznego rezystory o tej samej rezystancji wykonane z tolerancją ±20% nie powinny znacząco wpłynąć na funkcjonowanie urządzeń, natomiast w przypadku urządzeń elektronicznych wykorzystujących filtry, generatory i wzmacniacze, takich jak wzmacniacze elektroakustyczne, systemy pomiarowe czy obwody łączności radiowej wymagane jest użycie rezystorów o tolerancji ±2%, ±1%, a nawet niższej z uwagi na priorytet w postaci precyzyjnego funkcjonowania aplikacji, która może mieć krytyczne znaczenie (np. sprzęt wojskowy, medyczny czy aplikacje dla szeroko rozumianej infrastruktury, takiej jak transport czy zaopatrzenie w energię elektryczną). Takie rezystory charakteryzuje również znikoma wartość parametrów pasożytniczych, tj. indukcyjności i pojemności.
Jeszcze więcej pasków!
Bardzo często do opisu wartości rezystancji rezystora wystarczają trzy paski. Z opisu podstawowego kodowania paskowego rezystorów wiemy, że dwa pierwsze paski informują o cyfrach znaczących wartości rezystancji, a trzeci o wartości mnożnika. Czwarty pasek symbolizuje tolerancję procentową. Jeśli rezystor ma tylko trzy paski na obudowie, jest to równoznaczne z tym, że został wykonany z tolerancją ±20%. W handlu dostępne są także rezystory o zwiększonej precyzji wykonania, na których obudowach znajduje się 5 pasków – wówczas odwzorowaniem matematycznym trzeciego paska od lewej strony jest trzecia cyfra znacząca i kolejno kolor czwartego paska symbolizuje mnożnik, a piątego – tolerancję procentową. Dodatkowy, szósty pasek symbolizuje deklarowany przez producenta stopień żywotności lub temperaturowy współczynnik rezystancji mierzony w ppm/K. Najczęściej szósty pasek występuje w kolorze brązowym i oznacza, że zmiana temperatury rezystora o każde 10°C (283,15K) powoduje zmianę rezystancji o 0,1% jego własnej rezystancji w temperaturze pokojowej otoczenia, tj. między 15°C (288,15K) a 25°C (298,15K).
BS1852: inny standard kodowania rezystorów
W większości ”dużych” rezystorów mocy zamiast kolorowego kodu paskowego, wykorzystywany jest nadruk na obudowie zawierający informacje o rezystancji, tolerancji procentowej oraz maksymalnej mocy rozpraszanej. Ponieważ w zależności od warunków otoczenia nadruk informacyjny może być narażony na uszkodzenie uniemożliwiające prawidłowe odczytanie parametrów rezystora (np. rozmazanie przecinka), opracowano i wprowadzono standard o oznaczeniu BS1852 (występuje również odpowiednik o oznaczeniu EN60062), według którego zaleceń przecinek zastępuje się literą “K” lub “M” oznaczającą mnożnik odpowiednio dla rezystancji rzędu tysięcy i milionów omów. Jeśli na nadruku po cyfrach znaczących występuje kolejno litera “R” lub nie występuje żadna litera, jest to równoznaczne z mnożnikiem wynoszącym 1. Przykładowe kodowania rezystorów wg standardu BS1852 odpowiednio do wartości rezystancji przedstawiają się następująco:
- 0.39Ω ⇔ “R39” lub “0R39”
- 6.8Ω ⇔ “6R8”
- 3.9Ω ⇔ “3R9”
- 82Ω ⇔ “82R”
- 220Ω ⇔ “220R” lub “0K22”
- 3.3KΩ ⇔ “3K3”
- 2.7KΩ ⇔ “2K7”
- 47KΩ ⇔ “47K”
- 510KΩ ⇔ “510K” lub “0M51”
- 2MΩ ⇔ “2M0”
W zależności od producenta po oznaczeniu rezystancji następuje dodatkowa litera reprezentująca tolerancję rezystora:
- “B” = ±0.1%
- “C” = ±0.25%
- “D” = ±0.5%
- “F” = ±1%
- “G” = ±2%
- “J” = ±5%
- “K“ = ±10%
- “M” = ±20%
Podczas odczytywania nadruku na rezystorze kodowanym według standardu BS1852 należy uważać, aby nie pomylić symbolu “K” odpowiadającego za mnożnik 103 z symbolem “K” reprezentującym tolerancję ±10% i analogicznie symbolu “M” odpowiadającego za mnożnik 106 z symbolem “M” reprezentującym tolerancję ±20%.
Rezystory SMD – jak poradzić sobie bez kodu paskowego?
W niniejszym artykule dotychczas przedstawiliśmy metodologię dekodowania rezystorów do montażu przewlekanego (THT), które najczęściej są znakowane kodem paskowym. W przypadku rezystorów montowanych powierzchniowo (SMD) znakowanie fizyczne wartości rezystancji nie wykorzystuje kodu paskowego, a 3- bądź 4-znakowy kod – najczęściej złożony z samych cyfr, przy czym pierwsze dwie cyfry są dwiema pierwszymi cyframi składowymi (cyframi znaczącymi) wartości rezystancji rezystora, a trzecia cyfra wykładnikiem potęgi o podstawie 10, która stanowi mnożnik, przez który należy przemnożyć liczbę tworzoną przez cyfry składowe poprzedzające wartość wykładnika. Dla przykładu, aby określić wartość rezystancji rezystora SMD, na którego obudowie widnieje nadruk “104”, należy rozłożyć to oznaczenie na czynniki pierwsze:
- pierwsza cyfra znacząca: 1
- druga cyfra znacząca: 0
- wykładnik mnożnika: 4
i wykonać następujące obliczenia:
- 10Ω*104 = 10Ω*10000 = 100000Ω = 100kΩ (7.1)
Oczekiwana rezystancja rezystora SMD o oznaczeniu “104” wynosi 100kΩ. Natomiast dla rezystorów SMD o rezystancji nie mniejszej niż 10Ω i mniejszej od 100Ω trzecią cyfrą nadruku na obudowie jest “0” lub tej cyfry zwyczajnie nie ma. Przykładowo, rezystor SMD o oznaczeniu “820” lub “82” powinien wykazywać rezystancję wynoszącą 82Ω. Rezystory SMD o wartości rezystancji poniżej 10Ω, podobnie jak w kodowaniu BS1852, wykorzystują literę “R” jako kropkę dziesiętną – wówczas rezystor SMD o oznaczeniu “3R9” powinien wykazywać rezystancję 3,9Ω. Z kolei rezystory SMD noszące oznaczenia “0” lub “000” lub “0000” są zworami o zerowej rezystancji w wersji przeznaczonej do montażu powierzchniowego.
Rezystorowe ciekawostki i drobne porady
Poza stosowaniem standaryzowanych metod identyfikacji rezystorów warto znać również kilka ciekawostek, które pomogą nam w rozszerzeniu wiedzy praktycznej i teoretycznej nt. rezystorów. W rezystorach wykorzystywanych w obwodach wysokiego napięcia (tj. powyżej 1kV) w celu identyfikacji ich wartości rezystancji zrezygnowano z oznaczeń w postaci pasków kolorów metalicznych, tj. złotego i srebrnego, zastępując je odpowiednio kolorami żółtym i szarym. W ten sposób zapobiega się indukowaniu pól elektrycznych o charakterze lokalnym z udziałem elementów w postaci pasków złotych i srebrnych mogących doprowadzić do przebicia elektrycznego.
Jeśli rezystor w obudowie do montażu przewlekanego (THT) ma nadrukowany tylko jeden pasek, który jest koloru czarnego, wówczas jego rezystancja jest zerowa. W procesie zautomatyzowanej produkcji elektroniki stanowią znakomite rozwiązanie, które eliminuje potrzebę korzystania z oddzielnej maszyny instalującej zwory z punktu widzenia schematów elektrycznych niczym nieróżniące się względem rezystorów o zerowej rezystancji. Takie podejście jest korzystne również dla obniżenia kosztów produkcji. W specjalnych rezystorach dedykowanych do układów elektroniki wojskowej dodatkowy, piąty pasek symbolizuje stopień niezawodności rezystora, tj. procentowe prawdopodobieństwo wystąpienia awarii w ciągu tysiąca godzin pracy urządzenia. Takie rozwiązanie jest bardzo rzadko spotykane w urządzeniach elektroniki konsumenckiej.
OK, jednak spróbuję z tą elektroniką.
Fajne to, ale gdzie ja mam zacząć...?
Wiedza teoretyczna to nie wszystko – warto wzbogacić ją o praktykę. Właściwie powinny iść w parze. Jak robić to krok po kroku, od poziomu zupełnie początkującego? Gdy wszystko jest uporządkowane i uzupełnia się wzajemnie, to nauka nowych zagadnień staje się czystą przyjemnością.
Polskie kursy i książki Forbot wypróbowały już tysiące. To z nimi rodzą się nowi fachowcy od elektroniki. Zajrzyj do nas – mamy ich dziesiątki, a baza edukacyjna dla elektroników, programistów i robotyków ciągle rośnie!
