Spis treści:
Najbardziej znanym i powszechnie stosowanym elementem elektronicznym, który występuje praktycznie w każdym układzie elektronicznym, jest rezystor, zwany potocznie opornikiem. Jest to najprostszy bierny element, który służy do ograniczania prądu płynącego w obwodzie elektrycznym.
Czym właściwie jest rezystor?
Rezystor to pokryty warstwą izolatora materiał oporowy połączony z dwoma wyprowadzeniami, które służą do podłączenia go do obwodu elektrycznego. Ze względu na budowę rozróżnia się podstawowe typy rezystorów takie jak:
Warstwowe:
- węglowe – funkcję oporową pełni warstwa węgla, która w procesie naparowania nanoszona jest na rurkę ceramiczną,
- metalowe – funkcję oporową pełni warstwa metalu, która w procesie naparowania nanoszona jest na rurkę ceramiczną,
- foliowe – elementem oporowym jest tutaj folia ze stopu metali nawijana na korpus z materiału izolacyjnego.
Drutowe (precyzyjne) – drut o wysokiej rezystancji nawija się na rdzeń wykonany z izolatora.
Na schematach elektrycznych do przedstawienia rezystora używa się znormalizowanego symbolu graficznego:
lub stosowanego zamiennie:
Sam rezystor oznacza się na schematach elektrycznych symbolem rezystancji – literą „R” lub opisuje wartością rezystancji. Podstawową jednostką rezystancji, zgodnie z Międzynarodowym Układem Jednostek Miar (fr. Système international d’unités, SI) zwanym potocznie układem SI, jest ohm, którego symbolem jest litera greckiego alfabetu [Ω] (omega).
Trochę teorii, czyli jak działa rezystor
Podstawą, która pozwoli Ci zrozumieć, jak działa rezystor w obwodzie elektrycznym, jest fundamentalne w dziedzinie elektroniki i elektryki zjawisko fizyczne odkryte w latach 1825-1826 przez niemieckiego nauczyciela matematyki i fizyki – Georga Simona Ohma. Zjawisko to potocznie znane jest jako prawo Ohma.
Prawo Ohma głosi, że istnieje proporcjonalna zależność między natężeniem prądu płynącego przez przewodnik a napięciem panującym między końcami tego przewodnika.
Parametry rezystorów
Jak każdy element elektroniczny, tak i rezystor posiada zestaw opisujących go parametrów. Te podstawowe to rezystancja oraz moc znamionowa (moc strat). Jak już wiesz, rezystancja wyrażana jest w ohmach [Ω]. Produkuje się rezystory o rezystancjach od ułamków ohma do gigaohmów (1 000 000 000 ohm). Moc strat wyrażana w watach [W] to największa dopuszczalna moc wydzielana na rezystorze przy pracy ciągłej i temperaturze niższej niż +700C. Typowe wartości mieszczą się w zakresie od dziesiątek do setek watów. Dodatkowo dla rezystora podaje się tolerancję (klasę dokładności). Określa ona, jak bardzo rzeczywista rezystancja może odbiegać od podanej przez producenta rezystancji znamionowej. Tolerancję podaje się w [%] wartości znamionowej i może ona wynosić od ułamków procenta do 20 [%]. Dla przykładu jeśli rezystor o wartości o nominalnej wartości rezystancji wynoszącej 220 [Ω] ma tolerancję 10 [%], oznacza to, że producent dopuszcza, żeby rzeczywista wartość rezystancji tego rezystora miała wartość od 198 do 242 [Ω]! Kolejnym parametrem opornika jest współczynnik temperaturowy rezystancji, który mówi, jak bardzo zmienia się wartość rezystancji w zależności od zmian temperatury. W rzeczywistości zjawisku fizycznemu, jakim jest przepływ prądu przez przewodnik, towarzyszy powstawanie energii cieplnej. Dowiedziono, że w materiałach przewodzących prąd dochodzi do zmian wartości rezystancji przewodnika wraz ze zmianą temperatury. Tutaj kończy się teoria, a zaczyna praktyka. Rezystor jest elementem liniowym tylko w pewnym uproszczeniu i takie założenie w wielu zastosowaniach jest wystarczające. Wracając do współczynnika temperaturowego rezystancji, jak temperatura działa na opornik? Rezystancja maleje wraz ze wzrostem temperatury, co pokazuje poglądowo poniższa charakterystyka.
Temperaturowy współczynnik rezystancji podawany jest głównie w [ppm/K]. Czym jest ppm? To skrót z ang. parts per milion, więc 1 [ppm] = 1/1000000 = 10-6. Zatem jeśli chcemy wyrazić [ppm] w procentach, mamy: 1[%] = 10000 [ppm] = 104[ppm]. [K] to kelwin – jednostka temperatury w skali bezwzględnej: T[K] = t[C] +273,15, a więc np. 373,15K = 1000C.
Zapamiętaj! Jeśli lutujesz rezystor, nie rozgrzewaj go zbyt długo i do bardzo wysokiej temperatury, bo możesz trwale zmienić jego rezystancję.
Wykonaj kilka takich doświadczeń, w których zmierzysz rezystancję przed rozgrzaniem opornika, rozgrzej go lutownicą, pozwól ostygnąć i zmierz ponownie. Wnioski będą interesujące, a w wielu przypadkach zaskakujące! Wskazówki, jak zmierzyć rezystancję opornika, znajdziesz w dalszej części opisu.
Jak kupić odpowiedni rezystor?
Musisz pamiętać, że producenci podzespołów elektronicznych, a w tym rezystorów, wprowadzili pewne ograniczenia w postaci typoszeregów. Innymi słowy, nie ma rezystora o dowolnej wartości rezystancji, tolerancji czy też mocy strat. Jest ich skończona ilość, a z pomocą w doborze przyjdą tabele szeregów, z których będziesz mógł wybrać rezystor o parametrach najbardziej zbliżonych do Twoich wymagań.
Wartości tolerancji, współczynnika temperaturowego oraz typowe wartości mocy rezystorów:
Szeregi wartości rezystancji:
Mam rezystor – jak rozszyfrować jego parametry?
Producenci oporników w celu ustandaryzowania opisów ich parametrów, jak również umożliwienia ich umieszczenia na małej powierzchni elementu, wprowadzili do ich oznaczenia kody, dzięki którym elektronicy na całym świecie są w stanie odczytać dane z rezystora za pomocą dwóch tabeli.
Jedną z nich jest tabela kodów barwnych (potocznie znanych jako kody paskowe). Za pomocą dwunastu kolorów oraz ich określonej liczby i kolejności będziesz w stanie odczytać wartości podstawowych parametrów rezystorów, a więc: wartości rezystancji, tolerancji oraz współczynnika temperaturowego.
Ze względu na liczbę pasków w kodzie funkcjonują cztery zasady oznaczeń:
kod rezystorów 6-paskowy:
Przykład oznaczenia rezystora kodem barwnym 6-paskowym:
Powyżej przedstawiony rezystor ma oporność 649 [Ω], wykonany jest w tolerancji ± 0,5 [%], a jego współczynnik temperaturowy wynosi ± 50 [ppm/K].
kod rezystorów 5-paskowy:
Przykład oznaczenia rezystora kodem barwnym 5-paskowym:
Powyżej przedstawiony rezystor ma oporność 220 [Ω], wykonany jest w tolerancji ± 0,25 [%], a jego współczynnik temperaturowy nie jest określony.
kod rezystorów 4-paskowy:
Przykład oznaczenia rezystora kodem barwnym 4-paskowym:
Powyżej przedstawiony opornik ma oporność 3300 [Ω] (3,3 [kΩ]), wykonany jest w tolerancji ± 0,25 [%], a jego współczynnik temperaturowy nie jest określony. Jak widać, w przypadku opisu kodem 4-paskowym, występują tylko dwie cyfry znaczące.
kod rezystorów 3-paskowy:
Przykład oznaczenia rezystora kodem barwnym 3-paskowym:
Powyżej przedstawiony rezystor ma oporność 78 [Ω], wykonany jest w tolerancji ± 20 [%] (brak paska oznaczającego wartość tolerancji), a jego współczynnik temperaturowy nie jest określony. W przypadku opisu kodem 3-paskowym występują dwie cyfry znaczące.
Aby poprawnie odczytać kod paskowy, należy upewnić się, że czytamy go od lewej do prawej strony.
Jak to określić? Nic prostszego, wystarczy zapamiętać jedną regułę – pierwszy pasek zawsze jest cienki i położony najbliżej krawędzi rezystora. W przypadku oznaczeń 5- oraz 6- paskowych ostatni pasek jest około 50 do 100% szerszy od pozostałych.
Powyżej opisana została metoda oznaczania parametrów rezystorów za pomocą kodów paskowych.
W branży elektronicznej stosowana jest również metoda opisu za pomocą cyfr oraz liter alfabetu – w szczególności w przypadku małych rezystorów wykonywanych w technologii SMD lub rezystorów dużej mocy. Metodę tą wykorzystują dwa standardy IEC oraz MIL. Oznaczenia rezystorów IEC to standard opracowany przez Międzynarodową Komisję Elektrotechniczną (od ang. International Electrotechnical Commission). Zakłada ona wyrażanie wartości rezystancji poprzez cyfry (jedną, dwie lub trzy) oraz litery będące symbolem mnożnika. W przypadku ułamkowych wartości [Ω] w miejsce przecinka dziesiętnego wprowadza się literę „R” (przykłady w tabeli poniżej). MIL to standard wprowadzony przez amerykańskie wojsko znany jako United States Military Standard. Zakłada on prezentację wartości rezystancji poprzez jedną, dwie lub trzy cyfry wraz z mnożnikiem wyrażonym za pomocą cyfry, a w przypadku ułamkowych wartości [Ω], podobnie jak w standardzie IEC, w miejsce przecinka dziesiętnego wprowadza się literę „R”. Dodatkowo w standardach IEC oraz MIL za wartością rezystancji może występować symbol oznaczający tolerancję, jak również wartość współczynnika temperaturowego rezystancji.
Litera „W” pojawiająca się obok wartości to zamiennik symbolu jednostki rezystancji, jaką jest ohm – [Ω], zatem 1W = 1 [Ω], 2,2kW = 2,2 [kΩ] = 2200 [Ω] itd.
W standardzie IEC litery „K” oraz „M” są mnożnikami:
K (od przedrostka kilo) = x1000
M (od przedrostka mega) = x1 000 000
Litera „R” pełni rolę przecinka dziesiętnego.
W przypadku standardu MIL rolę mnożnika pełni ostatnia cyfra i oznacza wprost liczbę zer, którą należy dopisać do poprzedzających ją cyfr, aby otrzymać wartość rezystancji wyrażoną w [Ω]. Dla przykładu:
opornik oznaczony liczbą 182:
cyfry znaczące: 18, cyfra mnożnika: 2, zatem rezystancja wynosi 1800 [Ω] = 1,8 [kΩ]
opornik oznaczony liczbą 1334:
cyfry znaczące: 133, cyfra mnożnika: 4, zatem rezystancja wynosi 1330000 [Ω] = 1,33 [MΩ].
Jak zapewne zauważyłeś, podane oznaczenia nie zawierają istotnego parametru, o którym była wcześniej mowa, a mianowicie mocy.
Moc rezystora w przypadku rezystorów małej mocy rozpoznasz po rozmiarze samego rezystora. Jeśli chodzi o rezystory dużej mocy, będzie opisana na ich obudowie.
Łączenie rezystorów
W układach elektronicznych na pewno spotkasz się z obwodami, gdzie pracuje kilka rezystorów połączonych ze sobą. Warto wiedzieć, co niesie za sobą sposób ich łączenia i jak działa taki układ. Rozróżniamy trzy rodzaje łączenia oporników.
Łączenie szeregowe
Rezystancja całkowita układu szeregowego wynosi:
R = R1 + R2 + … + Rn
Łączenie równoległe
Rezystancja całkowita układu równoległego wynosi:
Łączenie rezystorów w praktyce, czyli dzielnik napięciowy i prądowy
Łączenie rezystorów w różne układy ma swój cel i zastosowanie, Jednym z nich jest dzielnik napięciowy, który jak wynika z nazwy, służy do podziału napięcia wejściowego na dwie lub więcej wartości.
Napięcie wejściowe U rozkłada się na rezystancjach R1 oraz R2 w postaci spadków napięć o wartościach U1 oraz U2. Załóżmy, że chcemy obliczyć wartość U2.
Dzielnik prądowy służy do podziału prądu wejściowego na dwie lub więcej wartości.
Wyznaczymy wartość prądu płynącego przez opornik R1.
Do czego służą dzielniki prądu i napięcia? Ich podstawowym zastosowaniem w układach elektronicznych jest ustalanie punktów pracy innych elementów elektronicznych, np. diod oraz tranzystorów.
Pomiary rezystancji
Pomiary rezystancji przeprowadza się uniwersalnymi multimetrami cyfrowymi, miernikami analogowymi oraz dedykowanymi miernikami – omomierzami.
Pomiaru rezystancji dokonujemy, podłączając przewody miernika równolegle do opornika.
Pamiętaj! Nie dotykaj dłońmi wyprowadzeń rezystora podczas pomiaru. Twoje ciało będzie stanowić równolegle podłączoną oporność, co spowoduje zafałszowanie wartości rezystancji opornika, który mierzysz.
Wykonuje się również pomiary metodą pośrednią. Polega on na wyznaczeniu spadku napięcia na rezystorze oraz pomiaru natężenia płynącego przez niego prądu. Ze znanego Ci już prawa Ohma wiesz, że:
W ten oto sposób poznałeś najpopularniejszy element elektroniczny, jakim jest rezystor (opornik), jego budowę, zasady działania, oznaczania oraz najczęściej spotykane zastosowania. Czas na praktykę. Powodzenia!
2 Responses
Dziękuję bardzo za przpomnienie amator już siwy
Hejka A JAK ZWYMIAROWAĆ OPORNIK W ROLI BEZPIECZNIKA F1,
mój się spalił ze względu na zwarty mostek prostowniczy o max. Amperażu 1A.
Nie da się odczytać pasków kompletnie. Przewlekany, wielkość ~15 mm x fi 4