Rezistor – co to je a k čemu je: typy, princip fungování, výpočet odporu

Rezistory patří mezi nejpoužívanější prvky v elektronice. Tento název již dávno přesahuje úzký rámec radioamatérské terminologie. A pro každého, kdo se byť jen trochu zajímá o elektroniku, by tento termín neměl způsobit nedorozumění.

Co je rezistor

Nejjednodušší definice vypadá takto: rezistor je prvek elektrického obvodu, který odolává proudu, který jím protéká. Název prvku pochází z latinského slova „resisto“ – „odolávám“ radioamatéři často nazývají tuto část „odpor“.

Podívejme se, co jsou odpory a k čemu jsou odpory potřeba. Odpovědi na tyto otázky implikují obeznámenost s fyzikálním významem základních pojmů elektrotechniky.

K vysvětlení principu činnosti rezistoru můžete použít analogii s vodními trubkami. Pokud nějakým způsobem bráníte průtoku vody v potrubí (například zmenšením jeho průměru), dojde ke zvýšení vnitřního tlaku. Odstraněním překážky snížíme tlak. V elektrotechnice tento tlak odpovídá napětí – ztížením toku elektrického proudu zvyšujeme napětí v obvodu, snižujeme odpor, také snižujeme napětí.

Změnou průměru potrubí můžete měnit rychlost proudění vody v elektrických obvodech, změnou odporu můžete regulovat sílu proudu; Velikost odporu je nepřímo úměrná vodivosti prvku.

Vlastnosti odporových prvků lze využít pro následující účely:

• přeměna proudu na napětí a naopak;
• omezení protékajícího proudu pro získání jeho specifikované hodnoty;
• vytvoření děličů napětí (například v měřicích přístrojích);
• řešení dalších speciálních problémů (například snížení rádiového rušení).

Následující příklad můžete použít k vysvětlení, co je rezistor a proč je potřeba. Známá LED svítí při nízkém proudu, ale její vlastní odpor je tak nízký, že pokud je LED umístěna přímo v obvodu, pak i při napětí 5 V jí protékající proud překročí přípustné parametry dílu. Při takovém zatížení LED okamžitě selže. Proto je v obvodu zařazen rezistor, jehož účelem je v tomto případě omezit proud na danou hodnotu.

Všechny odporové prvky patří k pasivním součástkám elektrických obvodů, na rozdíl od aktivních energii do systému neuvolňují, ale pouze spotřebovávají.

Po pochopení toho, co jsou odpory, je nutné zvážit jejich typy, označení a označení.

Typy rezistorů

Typy rezistorů lze rozdělit do následujících kategorií:

1. Neregulované (trvalé) – drát, kompozit, fólie, uhlík atd.
2. Nastavitelné (variabilní a nastavitelné). Trimrové rezistory jsou určeny pro ladění elektrických obvodů. Pro nastavení úrovně signálu se používají prvky s proměnným odporem (potenciometry).

Samostatnou skupinu představují polovodičové odporové prvky (termorezistory, fotorezistory, varistory atd.)

Charakteristiky rezistorů jsou určeny jejich účelem a jsou specifikovány při výrobě. Mezi klíčové parametry:

1. Nominální odpor. Toto je hlavní charakteristika prvku, měřená v ohmech (Ohm, kOhm, MOhm).
2. Přípustná odchylka v procentech ze zadaného jmenovitého odporu. Označuje možné rozšíření indikátoru, určené výrobní technologií.
3. Ztrátový výkon je maximální výkon, který může rezistor ztratit při dlouhodobé zátěži.
4. Teplotní koeficient odporu je hodnota ukazující relativní změnu odporu rezistoru při změně teploty o 1°C.
5. Mezní provozní napětí (elektrická pevnost). Jedná se o maximální napětí, při kterém si díl zachová deklarované parametry.
6. Šumová charakteristika je míra zkreslení vneseného rezistorem do signálu.
7. Odolnost proti vlhkosti a tepelná odolnost jsou maximální hodnoty vlhkosti a teploty, jejichž překročení může vést k poruše součásti.
8. Napěťový činitel. Hodnota, která zohledňuje závislost odporu na použitém napětí.

Použití rezistorů v mikrovlnné oblasti dělá důležité další charakteristiky: parazitní kapacitu a indukčnost.

Polovodičové rezistory

Jedná se o polovodičové součástky se dvěma vývody, jejichž elektrický odpor závisí na parametrech prostředí – teplotě, osvětlení, napětí atd. Pro výrobu takových dílů se používají polovodičové materiály dopované nečistotami, jejichž typ určuje závislost vodivosti na vnější vlivy.

Existují následující typy polovodičových odporových prvků:

1. Lineární rezistor. Tento prvek je vyroben z lehce legovaného materiálu a má nízkou závislost odporu na vnějších vlivech v širokém rozsahu napětí a proudů, nejčastěji se používá při výrobě integrovaných obvodů.
2. Varistor je prvek, jehož odpor závisí na síle elektrického pole. Tato vlastnost varistoru určuje rozsah jeho použití: pro stabilizaci a regulaci elektrických parametrů zařízení, pro přepěťovou ochranu a pro další účely.
3. Termistor. Tento typ nelineárních odporových prvků má schopnost měnit svůj odpor v závislosti na teplotě. Existují dva typy termistorů: termistor, jehož odpor s rostoucí teplotou klesá, a pozistor, jehož odpor se zvyšuje s teplotou. Termistory se používají tam, kde je důležitá stálá kontrola nad teplotním procesem.
4. Fotorezistor. Odpor tohoto zařízení se mění pod vlivem světelného toku a nezávisí na použitém napětí. Olovo a kadmium se používají při výrobě v řadě zemí, což byl důvod k odmítnutí použití těchto dílů z důvodů ochrany životního prostředí. Dnes jsou fotorezistory méně žádané než fotodiody a fototranzistory používané v podobných jednotkách.
5. Tenzometr. Tento prvek je navržen tak, aby byl schopen měnit svůj odpor v závislosti na vnějším mechanickém vlivu (deformaci). Používá se v jednotkách, které převádějí mechanické efekty na elektrické signály.

Polovodičové prvky, jako jsou lineární rezistory a varistory, se vyznačují slabým stupněm závislosti na vnějších faktorech. U tenzometrů, termistorů a fotorezistorů je závislost charakteristiky na vlivu silná.

Polovodičové rezistory ve schématu jsou označeny intuitivními symboly.

Rezistor v obvodu

Na ruských obvodech jsou prvky s konstantním odporem obvykle označeny jako bílý obdélník, někdy s písmenem R nad ním. Na zahraničních obvodech můžete najít označení rezistoru ve formě ikony „cik-cak“ s podobným písmenem R nahoře. Pokud je některý parametr součásti důležitý pro provoz zařízení, je obvyklé jej uvést na schématu.

Síla může být označena pruhy na obdélníku:

• 2 W – 2 svislé tyče;
• 1 W – 1 svislá tyč;
• 0,5 W – 1 podélná čára;
• 0,25 W – jedna šikmá čára;
• 0,125 W – dvě šikmé čáry.

Je přijatelné označit výkon na diagramu římskými číslicemi.

Označení proměnných rezistorů se vyznačuje přítomností další čáry nad obdélníkem se šipkou, která symbolizuje možnost nastavení, čísla mohou označovat číslování kolíků.

Polovodičové rezistory jsou označeny stejným bílým obdélníkem, ale přeškrtnutým šikmou čarou (kromě fotorezistorů) s písmenem označujícím typ regulační akce (U – pro varistor, P – pro tenzometr, t – pro termistor ). Fotorezistor je označen obdélníkem v kruhu, ke kterému směřují dvě šipky symbolizující světlo.

Parametry rezistoru nejsou závislé na frekvenci protékajícího proudu, což znamená, že tento prvek funguje stejně ve stejnosměrných i střídavých obvodech (nízké i vysoké frekvence). Výjimkou jsou drátové rezistory, které se vyznačují indukčností a možností energetických ztrát v důsledku záření na vysokých a ultravysokých frekvencích.

Podle požadavků na vlastnosti elektrického obvodu mohou být rezistory zapojeny paralelně nebo sériově. Vzorce pro výpočet celkového odporu pro různá zapojení obvodu se výrazně liší. Při sériovém zapojení se konečný odpor rovná prostému součtu hodnot prvků zahrnutých v obvodu: R = R1 + R2 +… + Rn.

V paralelním zapojení je pro výpočet celkového odporu nutné sečíst vzájemné hodnoty prvků. Výsledkem bude hodnota, která je také opačná než konečná: 1/R = 1/R1+ 1/R2 + … 1/Rn.

Celkový odpor paralelně zapojených rezistorů bude nižší než ten nejmenší.

Nominálně

Pro odporové prvky existují standardní hodnoty odporu, které se nazývají „hodnocení odporu“. Přístup k vytvoření této řady je založen na následující úvaze: krok mezi hodnotami musí pokrývat přípustnou odchylku (chybu). Příklad – pokud je hodnocení prvku 100 Ohmů a přípustná odchylka je 10 %, pak další hodnota v řadě bude 120 Ohmů. Tento krok vám umožní vyhnout se zbytečným hodnotám, protože sousední hodnoty spolu s šířením chyb prakticky pokrývají celý rozsah hodnot mezi nimi.

Vyráběné odpory jsou kombinovány do sérií, které se liší v tolerancích. Každá série má svou vlastní jmenovitou řadu.

Rozdíly mezi sériemi:

• E 6 – tolerance 20 %;
• E 12 – 10% tolerance;
• E 24 – tolerance 5 % (někdy 2 %);
• E 48 – tolerance 2 %;
• E 96 – 1% tolerance;
• E 192 – tolerance 0,5 % (někdy 0,25 %, 0,1 % a nižší).

Nejrozšířenější řada E 24 zahrnuje 24 hodnot odporu.

značkování

Velikost odporového prvku přímo souvisí s jeho rozptylovým výkonem, čím vyšší je, tím větší jsou rozměry součásti. Pokud je snadné uvést na diagramech jakoukoli číselnou hodnotu, pak může být označení výrobků obtížné. Trend miniaturizace ve výrobě elektroniky vyžaduje použití stále menších prvků, což zvyšuje složitost aplikace informací na pouzdro i jejich čtení.

Pro usnadnění identifikace rezistorů se v ruském průmyslu používají alfanumerické značky. Odpor je označen následovně: čísla označují hodnotu a písmeno je umístěno buď za čísly (v případě desetinných hodnot) nebo před nimi (u stovek). Pokud je hodnota menší než 999 Ohmů, pak se číslo zapíše bez písmene (nebo se mohou objevit písmena R nebo E). Pokud je hodnota uvedena v kOhm, pak je za číslem umístěno písmeno K a písmeno M odpovídá hodnotě v MOhm.

Americké hodnoty rezistoru jsou označeny třemi čísly. První dva z nich zahrnují nominální hodnotu, třetí – počet nul (desítek) přidaných k hodnotě.

Při robotické výrobě elektronických součástek tištěné symboly často končí na straně dílu, který směřuje k desce, takže informace není možné přečíst.

Barevné kódování

Aby informace o parametrech dílu zůstaly čitelné ze všech stran, používá se barevné značení a barva je nanášena v prstencových proužcích. Každá barva má svou vlastní číselnou hodnotu. Pruhy na dílech jsou umístěny blíže k jedné z vývodů a čtou se zleva doprava. Pokud kvůli malé velikosti dílu není možné posunout barevné označení na jeden kolík, pak je první pruh vytvořen 2krát širší než zbytek.

Prvky s přípustnou chybou 20% jsou označeny třemi řádky pro chybu 5-10% se používají 4 řádky; Nejpřesnější rezistory jsou označeny pomocí 5-6 řádků, první 2 z nich odpovídají jmenovité hodnotě dílu. Pokud jsou 4 řádky, pak třetí udává desetinný násobitel pro první dva řádky, čtvrtý řádek znamená přesnost. Pokud existuje 5 pruhů, pak třetí z nich je třetí znak nominální hodnoty, čtvrtý je stupeň indikátoru (počet nul) a pátý je přesnost. Šestý řádek znamená teplotní koeficient odporu (TCR).

V případě čtyřproužkového značení jsou zlaté nebo stříbrné pruhy vždy na posledním místě.

Všechna označení vypadají složitě, ale schopnost rychle číst značky přichází se zkušenostmi.

Dešifrování digitálního a písmenného značení SMD rezistorů

Určení jmenovité hodnoty rezistoru značením barevnými pruhy: online kalkulačka

Jak správně vypočítat rezistor pro LED?

Co je termistor, jejich typy, princip činnosti a způsoby testování funkčnosti

Paralelní a sériové připojení vodičů

Ohmův zákon: Formulace, vzorce, grafická interpretace a aplikace