Tipy

Rezistor – co to je, princip činnosti a označení na schématu

Rezistor (anglicky rezistor, z lat. resisto – resist) [1] – pasivní prvek elektrických obvodů, mající určitou konstantní nebo proměnnou hodnotu elektrického odporu, určený k lineární přeměně proudu na napětí, oddělení napětí, omezení a regulaci proudu v elektrický obvod.

Existují rezistory s konstantním i proměnným odporem. Hodnota odporu proměnného rezistoru se může měnit v důsledku mechanického pohybu motoru s proměnným rezistorem (reostat, potenciometr) nebo v důsledku nelineárního vztahu mezi proudem a napětím v elektronickém zařízení (varistor) [1].

Slovo „odpor“ se často používá jako synonymum pro výraz „rezistor“.

Fyzikální základy

Uvažujeme-li část obvodu sestávající ze dvou sériově zapojených rezistorů R 1 > a R 2 >, pak zjistíme, že při průchodu proudu každým z nich vzniká úbytek napětí U 1 > a U 2 >, resp. a velikost tohoto napětí je přímo úměrná velikosti odporu každého rezistoru.
Podstata jevu spočívá v tom, že když proud protéká vodičem s nenulovým odporem (v tomto případě přes rezistor), díky tomu, že materiál rezistoru brání průchodu proudu, vzniká při jeho průchodu potenciálový rozdíl. končí, která provádí přenosovou práci (relativně řečeno „tlačení“) náboje [2]. Velikost tohoto potenciálového rozdílu bude tím větší, čím větší bude odpor rezistoru.
Práce vynaložená na přenos nábojů uvnitř tělesa rezistoru vede k uvolnění tepla, jehož množství závisí také na hodnotě odporu.

Ohmův zákon

Chcete-li vypočítat pokles napětí na rezistoru pro známé hodnoty proudu a odporu, musíte použít Ohmův zákon pro část obvodu [3]:

I = UR > , kde I je síla proudu v obvodu; U je úbytek napětí v části obvodu; R je elektrický odpor části obvodu.

Potom bude úbytek napětí na rezistoru roven:

Hlavní charakteristiky rezistorů

Mezi hlavní charakteristiky rezistorů patří ztrátový výkon, závislost odporu na teplotě a proudově-napěťová charakteristika [4].

Rozptyl energie

Když proud protéká rezistorem, uvolňuje se ve vodivé vrstvě tepelná energie, jejíž výkon může být reprezentován ve formě následujících závislostí:

Pokud průměrný výkon rozptýlený rezistorem překročí jeho návrhový (jmenovitý) výkon, rezistor se přehřeje a může selhat.

Závislost odporu na teplotě

Odpor kovových, včetně drátěných, rezistorů závisí téměř lineárně na teplotě [5]:

R = R 0 ( 1 + α ( t − t 0 ) ) (1+alfa (t-t_))> , kde R a R 0 – respektive odpor rezistoru při teplotách t и t (obvykle t = 20 °C).

Koeficient α se nazývá teplotní koeficient odporu (TCR), který ukazuje, jak moc se změní odpor rezistoru při změně teploty o 1 °C nebo 1 kelvin. U většiny kovů a kovových slitin je TCS pozitivní. Polovodičové rezistory mají negativní TCR, ale modul TCR je vyšší než u kovových, což umožňuje jejich použití jako teplotní senzory. Proudově napěťová charakteristika (voltampérová charakteristika) polovodičového termistoru (termistoru) je uvedena níže.

Proudově-napěťová charakteristika

Podle charakteru proudově-napěťové charakteristiky se všechny odpory dělí na lineární a nelineární [6]. Odpor lineárních rezistorů nezávisí na použitém napětí nebo proudu. Odpor nelineárních rezistorů se mění v závislosti na hodnotě použitého napětí nebo proudu, který jimi protéká (varistory a bartery), nebo na teplotě (termistory) nebo osvětlení (fotorezistory). Obrázek ukazuje příklady charakteristik proud-napětí:

Pro varistor (vlevo). Modré jsou na bázi ZnO, červené jsou na bázi SiC;
Pro termistor (vpravo). Tangenta úhlů sklonu přímek vedených od počátku k bodům A, B a C na křivce se rovná statické vodivosti termistoru v těchto bodech.

Přečtěte si více

Dva osvědčené způsoby konzervace petúnií v zimě

V lineárních odporových obvodech se tvar proudu shoduje s tvarem napětí.

Klasifikace rezistorů

Rezistory jsou prvky elektronických zařízení a mohou být použity jako samostatné součástky nebo jako součástky integrovaných obvodů. Diskrétní rezistory jsou klasifikovány podle účelu, povahy změny odporu, materiálu odporového prvku, způsobu ochrany před vlhkostí, způsobu instalace, typu proudově-napěťové charakteristiky a technologie výroby [7].

rezistory pro všeobecné použití;
rezistory pro speciální aplikace:
- vysoký odpor (odpor od desítek megaohmů až po jednotky tom, provozní napětí 100-400 V);
- vysokonapěťové (provozní napětí – desítky kV);
- vysokofrekvenční (mají malou indukčnost a kapacitu, pracovní frekvence až stovky MHz);
- precision a ultra-precision (charakterizované zvýšenou přesností jmenovité hodnoty a stabilitou: tolerance odporu je v rozmezí 0,01% – 1%).
Podle povahy změny odporu:
- pevné odpory;
- rezistory s proměnným nastavením;
- variabilní ladicí odpory.
Na základě materiálu odporového prvku [6]:
- tenkovrstvá na izolační základně:
  - uhlík;
  - kovový film:
    - pokovené;
    - oxid kovu;
    - cermet;
    Podle způsobu ochrany proti vlhkosti [6]:
    - neizolované;
    - zateplené-lakované;
    - složený;
    - lisované do plastu;
    - zapečetěné;
    - vakuum.
    Podle způsobu instalace:
    - pro instalaci tištěných obvodů;
    - pro montáž na stěnu;
    - pro mikroobvody a mikromoduly.
    Typy rezistorů
    
    Níže jsou uvedeny hlavní typy rezistorů a jejich popis [8] [9].
    
    Pevné odpory
    
    Na základě konstrukce a výrobní technologie lze pevné odpory rozdělit do následujících typů:
    
    Drátové rezistory
    
    Drátové rezistory jsou navinuty z drátu nebo pásky s vysokým odporem na rám nějakého druhu. Hodnota odporu rezistoru závisí na měrném odporu materiálu drátu, jeho délce a průřezu. Jako odporový drát se používají slitiny jako konstantan nebo chromnikl. Mezi výhody drátového rezistoru patří schopnost rozptýlit vysoký výkon. Nevýhodou je značná parazitní indukčnost. Pro jeho snížení jsou drátové rezistory téměř vždy vyráběny s bifilárním vinutím.
    Vysoce odolné malé drátové rezistory jsou někdy vyrobeny z mikrodrátů.
    
    Bezdrátové odpory
    
    Schéma návrhu bezdrátového rezistoru
    
    Kovový film a rezistory z oxidu kovu používají jako odporový materiál tenký kovový pás.
    
    Odporový prvek drátových rezistorů je objemová struktura fyzického těla nebo povrchová vrstva vytvořená na izolačních dílech (tenký film z kovové slitiny nebo kompozitního materiálu s vysokým měrným odporem nanesený na válcové keramické jádro).
    
    Uhlíkové rezistory se vyrábějí ve formě filmových a objemových. Fólie nebo odporová tělesa jsou směsí grafitu s organickými nebo anorganickými látkami.
    Tělo rezistoru je chráněno barvou nebo plastem, konce jádra jsou opatřeny lisovanými kovovými krytkami s drátěnými vývody pro instalaci.
    
    Rezistory pro povrchovou montáž na desky plošných spojů
    
    Technologie povrchové montáže desek plošných spojů se také nazývá technologie povrchové montáže (SMT) nebo technologie SMD. povrchově montované zařízení – zařízení pro povrchovou montáž) a součásti pro povrchovou montáž se nazývají „čipové komponenty“. Rezistory určené pro takovou instalaci jsou konstrukčně odlišné a vypadají takto:
    
    Rezistory jsou jednou z nejzákladnějších a nejrozšířenějších součástí v elektronice. Tyto malé prvky hrají klíčovou roli při regulaci proudu a napětí v elektrických a elektronických obvodech. V tomto článku se podíváme na to, co jsou odpory, jejich typy, principy fungování a oblasti použití.
    
    Co je rezistor?
    
    Rezistor je pasivní elektronická součástka, jejímž hlavním účelem je vytvořit specifikovanou hodnotu elektrického odporu v elektrickém obvodu. Odpor rezistoru omezuje proud, který jím protéká, podle Ohmova zákona, který říká, že proud v obvodu je úměrný napětí na součástce a nepřímo úměrný jejímu odporu.
    
    Jak jsou odpory konstruovány a jak fungují?
    
    Rezistory mohou být vyrobeny z různých materiálů, jako je uhlík, slitiny kovů a oxidy kovů. Konstrukce rezistoru může být buď drátová (hlavně pro výkonové odpory) nebo bezdrátová (pro univerzální odpory). Odpor rezistoru závisí na jeho materiálu, délce a ploše průřezu vodivého prvku.
    
    Proč jsou potřeba rezistory?
    1. Aktuální limit: Rezistory se používají k omezení proudu na bezpečnou úroveň k ochraně citlivých součástí obvodu, jako jsou tranzistory a integrované obvody.
    2. Děliče napětí: Rezistory se používají k vytvoření děličů napětí, které umožňují odebírat různá napětí z jednoho napájecího zdroje, což je kritické v analogových elektronických obvodech.
    3. Pull-up rezistory: Tyto odpory slouží k nastavení požadované úrovně logického napětí na pinech mikrokontrolérů a dalších logických zařízení při absenci jiných signálů.
    4. termistory: Jedná se o specializované rezistory, jejichž odpor se mění s teplotou. Používají se k zajištění teplotní kompenzace pro provozní režimy okruhu a jako teplotní čidla.
    5. Varistory: tyto odpory mění svůj odpor v závislosti na použitém napětí a používají se k ochraně obvodů před přepětím.
    6. Fotorezistory: Odpor těchto komponent se mění v závislosti na intenzitě světla, což umožňuje jejich použití ve světelných senzorech.
    Typy rezistorů
    - Pevné rezistory mají pevný odpor a jsou nejčastěji používaným typem.
    - Variabilní odpory (potenciometry) umožňují nastavit úroveň odporu, což se používá při úpravě hlasitosti zvuku, úpravě osvětlení atd.
    - Pro specifické funkce v obvodech se používají specializované odpory, jako jsou termistory, varistory a fotorezistory.
    Rezistory hrají klíčovou roli při omezování proudu v elektronických a elektrických obvodech, což je zásadní pro zajištění bezpečnosti a spolehlivosti zařízení. Podívejme se blíže na to, jak rezistory plní tuto funkci a proč je tak důležitá.
    
    Princip činnosti rezistorů při proudovém omezení
    
    Rezistory odolávají průchodu elektrického proudu na základě Ohmova zákona, který je uveden jako I=V/R, kde:
    - V je napětí na rezistoru,
    - I je proud procházející rezistorem,
    - R je odpor rezistoru.
    Zvýšení odporu R způsobí pokles proudu I procházejícího rezistorem pro dané napětí V. Toto je primární mechanismus, kterým rezistory omezují proud.
    
    Účel aktuálního limitu
    1. Ochrana součástí: Mnoho elektronických součástek, jako jsou integrované obvody, tranzistory a LED diody, je citlivých na nadměrný proud, který může způsobit jejich přehřátí a selhání. Rezistory pomáhají omezit proud na bezpečnou úroveň.
    2. Stabilizace chodu okruhu: Nekontrolované proudy mohou způsobit nestabilitu obvodu, šum a další nežádoucí účinky. Použití rezistorů umožňuje ovládat tyto parametry a zajistit jeho stabilní a předvídatelný provoz.
    3. Distribuce napětí: Rezistory lze použít k vytvoření děličů napětí, které nastavují konkrétní napětí v různých částech obvodu. Tím také omezují proud, který prochází každou z těchto částí.
    4. Absorpce energie: V některých případech, jako jsou silové obvody, mohou být rezistory použity k rozptýlení přebytečné energie ve formě tepla. Samostatně stojí za zmínku brzdné odpory – velmi výkonné odporové sestavy, které dokážou odvést několik kilowattů tepla a používají se k brzdění výkonných motorů zkratováním jejich vinutí takovým odporem.
    Příklady použití
    - Ochranné odpory v obvodech LED: Při připojování LED ke zdroji energie se často používají odpory k omezení proudu procházejícího LED, protože překročení povoleného proudu může vést k jeho rychlé degradaci a selhání.
    - Rezistory v nabíječkách: Nabíječky pro mobilní telefony a další elektronická zařízení používají rezistory k řízení a omezení nabíjecího proudu, díky čemuž je proces bezpečný a efektivní.
    Princip činnosti děliče napětí
    
    Rezistory používané jako děliče napětí plní důležitou funkci v elektronických obvodech tím, že umožňují získat požadované napětí z vyššího zdroje napětí. Dělič napětí je obvod sestávající ze dvou nebo více rezistorů v sérii připojených ke zdroji napětí. Pojďme se podívat, jak to funguje a proč je to potřeba.
    
    Když jsou dva rezistory R1 a R2 zapojeny do série a připojeny ke zdroji napětí Vin, napětí na každém rezistoru bude úměrné jeho odporu. Napětí Vout, které klesne na R2, lze vypočítat pomocí vzorce:
    
    Změnou hodnot R1 a R2 tedy můžete ovládat Vout a získat požadované výstupní napětí z vyššího zdroje napětí. ven
    
    Proč jsou potřeba děliče napětí?
    1. Dodání optimálního napětí komponentům: Mnoho elektronických součástek vyžaduje k provozu jiné napětí, než je napájecí napětí. Za určitých podmínek mohou napěťové děliče jemně doladit napětí pro tyto komponenty.
    2. Měření vysokého napětí: Děliče napětí lze použít ke snížení vysokého napětí na bezpečnou úroveň, aby bylo možné je měřit běžnými měřiči.
    3. Vytvoření referenčního napětí: V analogových obvodech se často používají děliče napětí, které poskytují referenční napětí potřebné pro operační zesilovače a další řídicí zařízení.
    4. Nastavení úrovně signálu: V audio a video zařízení lze použít děliče napětí k úpravě úrovně signálů tak, aby odpovídaly vstupním požadavkům následných zesilovačů nebo procesorů.
    Příklady aplikací
    - Ovládání hlasitosti v audio systémech: Variabilní odpory (potenciometry) v audio systémech se často používají jako děliče napětí pro nastavení úrovně audio signálu.
    - Nastavení dotykových obrazovek: Některé dotykové obrazovky používají děliče napětí k určení dotykových souřadnic měřením napětí v určitých bodech na obrazovce.
    Děliče napětí jsou jednoduché, ale nesmírně důležité prvky obvodu pro efektivní řízení a distribuci napětí v elektronických zařízeních.
    
    Rezistory jsou nedílnou součástí každého elektronického obvodu. Bez nich by nebylo možné řídit proudy a napětí, což je nezbytné pro správnou funkci elektronických zařízení. Rozmanitost typů a provedení odporů umožňuje jejich použití v široké škále aplikací, od jednoduchých domácích zařízení až po složité průmyslové systémy. V internetovém obchodě Constellation zakoupíte rezistory jakéhokoli typu od velkého výběru výrobců a za příznivé ceny.