www.dzyszla.aplus.pl

Rezystory
.a
pl
us
.p
l
Niektóre materiały, na przykład metale, węgiel (sadza, grafit) przewodzą prąd elektryczny jedne lepiej, drugie gorzej. Tylko tzw. nadprzewodniki idealnie przewodzą prąd elektryczny. Kawałek
drutu, wałek grafitowy stwarzają przepływającemu prądowi pewien opór - mówimy, że mają one
jakąś rezystancje.
Rezystor to najpopularniejszy element elektroniczny, zwykle zbudowany w postaci wałeczka z
dwoma wyprowadzeniami. Służy on najczęściej do ograniczania prądu lub uzyskania wymaganych
napięć.
Najważniejszym parametrem rezystora jest rezystancja oznaczana literą R. Jest to w
uproszczeniu zdolność do przeciwstawienia się przepływowi prądu. Podobni rzecz ma się z... rurą
wodociągową. Ciśnienie wody odpowiada napięciu elektrycznemu (oznaczane literą U), przepływ
wody to natężenie prądu (I), potocznie zwane prądem. Gruba rura stawia wodzie niewielki opór
cienka zaś znacznie większy. Zawór hydrauliczny lub po prostu zwykły kran jest odpowiednikiem
rezystancji, i to nawet zmiennej. Jeżeli ciśnienie w instalacji (napięcie zasilające obwód) jest stałe, to
przepływ wody (prądu) zależy od oporu (rezystancji). Przykład ten ilustruje słynne prawo Ohma.
Prawo Ohma głosi, że prąd w obwodzie jest wprost proporcjonalny do przyłożonego napięcia,
a odwrotnie proporcjonalny do rezystancji (oporu) (wzór 1a, 1b, 1c). Zgadza się to z intuicją,
potwierdza także analogia hydrauliczna: im większe ciśnienie tym więcej wody przepływa przez
odkręcony kran, czym większy opór - tym mniej wody przepływa przez ten kran.
zl
a
Wzór 1a: I = U / R
Wzór 1b: R = U / I
ys
Wzór 1c: U = I • R
w
.d
z
Na cześć Ohma jego imieniem nazwano jednostkę rezystancji Ω. A więc dany element ma
opór jednego oma, jeśli napięcie jednego wolta wywołuje w nim przepływ prądu o wartości jednego
ampera.
w
w
Najważniejsze parametry rezystorów:
• Rezystancja nominalna - jest to rezystancja, jaką powinien mieć rezystor.
• Tolerancja (klasa dokładności) - ponieważ ze względu na rozrzuty produkcyjne rezystory nie
mają rezystancji dokładnie zgodnej z rezystancją znamionową, podaje się maksymalne
dopuszczalne odchyłki. Wyraża się to w procentach wartości znamionowej.
• Moc znamionowa - jest to największa dopuszczalna moc wydzielana na rezystorze przy pracy
ciągłej przy temperaturze otoczenia mniejszej niż +70°C (dla niektórych typów +40°C).
• Napięcie graniczne - maksymalne napięcie stałe lub amplituda napięcia zmiennego, jakie może
być dołączone do rezystora w sposób ciągły.
• Rezystancja krytyczna – jest to rezystancja, przy której dla napięcia granicznego otrzymuje się
moc znamionową. Rezystory o rezystancji znamionowej większej niż krytyczna wolno obciążać
mocą tym mniejszą, im większa jest ich rezystancja znamionowa.
• Napięcie szumów – W czasie pracy rezystora występują w nim szybkie, przypadkowe zmiany
rezystancji, które powodują powstawanie na jego końcówkach napięcia szumów, proporcjonalne
do napięcia doprowadzonego do rezystora. Napięcie szumów wywołane jednym woltem napięcia
doprowadzonego jest parametrem rezystora charakteryzującym jego właściwości szumowe.
-2•
Temperaturowy współczynnik rezystancji - oznaczony w krajowych źródłach TWR, lub z
angielskiego TCR, określa zmiany rezystancji pod wpływem temperatury. Czym mniejsza wartość
TCR, tym bardziej stabilny rezystor. Wartość TCR podaje się w %/K lub ppm/K (1% = 104ppm).
Niestabilność parametrów rezystora w zależności od warunków otoczenia. Jednym z
głównych czynników warunkujących zachowanie parametrów rezystora jest temperatura. Oprócz
rezystancji zmieniają się także inne parametry. Dopuszczalne obciążenie rezystorów jest stałe do
pewnej granicy temperatury (zazwyczaj ok. 60˚C), po której przekroczeniu następuje jego spadek z
100 do 0% na długości ok. 40˚C. Na parametry mają także wpływ inne czynniki zewnętrzne zawarte
w tabelce:
Tabela 1. Zmiany rezystancji rezystora węglowego w zależności od czynników zewnętrznych.
Na
stałe?
tak
± 4 – 6%
± 4 – 6%
tak
± 2%
+ 6%
-0,15%
+2,5%
+3,3%
± 2%
+ 10%
-0,3%
+4,5%
+5,9%
tak
nie
nie
nie
nie
pl
us
Lutowanie (350˚C w odległości 3 mm
Cykliczne obciążanie (500-krotne włączanie i wyłączanie napięcia
w ciągu 1000 godzin)
Wibracje (20 g) i wstrząsy (100 g)
Wilgotność (wilgotność względna 95% w temp. 40˚C)
Współczynnik napięciowy (zmiana o 10 V)
Temperatura (25˚C do -15˚C)
Temperatura (25˚C do 85˚C)
Zmiana rezystancji
R = 1k
R = 10 M.
± 2%
± 2%
.p
l
Czynnik
w
.d
z
ys
zl
a
.a
Produkcja. Obecnie produkowane są rezystory o wartości od 0,01 Ω do 1012
Ω (1 ΤΩ [teraom] czyli 1000 GΩ [gigaomów] ), mocy znamionowej od 1/8 wata do 250 W i
dokładności od ±0,005% do ±20%.
Połączenia rezystorów. Wyróżniamy dwa typy połączeń: równoległe i szeregowe. Szeregowe
połączenie polega na złączeniu dwóch (lub więcej)
R1
R2
oporników jeden za drugim (rys. 1a). W tym przypadku
a)
rezystancja, czyli opór sumują się (wzór 2a). Połączenie
równoległe
zaś polega - jak sama nazwa wskazuje - na
R1
równoległym połączeniu oporników (rys. 1b). Opór w tedy
R2
jest równy ilorazowi ich wartości rezystancji podzieloną
b)
przez sumę wartości rezystancji poszczególnych oporników
(wzór 2b). Uwaga! Wzór 2 można zastosować dla dwóch
Rysunek 1. Połączenia rezystorów: a)
szeregowe; b) równoległe.
lub więcej rezystorów, podczas gdy wzór 3 tylko dla
dwóch rezystorów.
w
w
Wzór 2a: R = R1 + R2 + ...
Wzór 2b: R =
1
R1R2
lub: R =
1
1
R1 + R2
+
+ ...
R1 R2
Oznaczenie rezystorów. W oznaczeniach rezystorów rozróżniamy trzy kody: cyfrowy,
cyfrowo-literowy i barwny (paskowym).
Kod cyfrowy polega na zapisywaniu wartości rezystancji, tolerancji, temperaturowym
współczynniku rezystancji itp. za pomocą cyfr, np.: 210 Ω, 1 kΩ = 1000 Ω, 1,2
-3-
pl
us
.p
l
MΩ 20%, 470 k 0,5% 10%/Κ itp. (UWAGA! W praktyce często pomija się symbol Ω przy zapisie
wartości większych od 1000 Ω. A więc 1 kΩ może być zapisany jako 1 k).
Kod cyfrowo-literowy natomiast polega na zastąpieniu niektórych wartości literami
(tabela 2a, b, c). W przypadku kodu MIL mnożnikiem wartości rezystancji jest ostatnia cyfra.
Trzeci z ostatnich kodów kod barwny jest nieco bardziej skomplikowany. Na oporniku
istnieją wtedy 3 do 6 pasków. W przypadku oznaczenia trójpasmowego (rys. 2a) dwa pierwsze paski
to dwie pierwsze cyfry wartości rezystancji, trzeci pasek to tzw. mnożnik, czyli wartość, przez jaką
należy pomnożyć dwie pierwsze cyfry. W kodzie czteropaskowym (rys. 2b) 2 pierwsze paski
informują o dwóch pierwszych cyfrach wartości rezystancji, 3 pasek to mnożnik, a 4 - tolerancja. Kod
pięciopaskowy (rys. 2c) może posiadać kila odmian. Wg standardu 3 pierwsze paski to 3 pierwsze
liczby wartości rezystancji, 4 pasek to mnożnik, a 5 to tolerancja. Dla rezystorów weglowych
warstwowych niemieckie źródła podają inną specyfikację kodu 5-paskowego: 2 pierwsze cyfry mówią
o oporze, trzecia to mnożnik, czwarta oznacza tolerancję (czyli podobnie jak w kodzie 4-paskowym),
zaś ostatni pasek określa napięcie. W kodzie 6-paskowy (rys. 2d) wg normy IEC 115-1-4.5 (niem.:
DIN 41429) zawierającego opis współczynnika temperaturowego 3 pierwsze paski to 3 pierwsze
liczby wartości rezystancji, 4. pasek oznacza mnożnik, 5. – tolerancje, a 6. – współczynnik
temperaturowy. Wg źródeł niemieckich istnieje system kodowania 6-paskowego, gdzie zamiast
współczynnika temperaturowego, ostatni pasek mówi o napięciu nominalnym.
Każdy kolor ma ustaloną międzynarodowo wartość, które zostały przedstawione w tabelce
numer 3.
Tabela 2. Kody cyfrowo-literowe. a) wartości rezystancji, b) tolerancji, c) współczynnika temperaturowego.
b)
182
623
474
565
366
1541
4322
9313
1244
1 i 2 pasek
mnożnik
tolerancja
Tolerancja
30%
20%
10%
5%
2%
1%
0,5%
0,25%
0,1%
0,05%
0,002%
0,001%
0,0005%
Kod
.a
Kod
N
M.
K
J
G
F
D
C
B
W
P
L
E
zl
a
911
b)
w
w
a)
Według
MIL
3R9
750
w
.d
z
Wartość Według
rezyst.
IEC
0,22 Ω
R22
3,9 Ω
3R9
75 Ω
75R
910R,
910 Ω
K91
1,8 kΩ
1K8
62 kΩ
62K
470K,
470 kΩ
M47
5,6 MΩ
5M6
36 MΩ
36M
1,54 kΩ 1K54
43,2 kΩ 43K2
931 kΩ 931K
1,24 MΩ 1M24
c)
ys
a)
c)
T0
T2
T9
T10
T13
T16
T18
Współczynnik
temperaturowy
100 ppm/K
50 ppm/K
25ppm/K
15 ppm/K
10 ppm/K
5 ppm/K
1 ppm/K
d)
1, 2 i 3 pasek
mnożnik
tolerancja
współczynnik temp.
Rysunek 2. Oznaczenie barwne (por. tab. 3). a) kod 3-paskowy, b) kod 4-paskowy, c) kod 5-paskowy, d) kod 6-paskowy
(IEC)
-4Tabela 3. Kody barwne rezystorów.
Srebrny
Złoty
Czarny
Brązowy
Czerwony
Pomarańczowy
Żółty
Zielony
Niebieski
Fioletowy
Szary
Biały
Brak paska
Cyfry
znaczące
Mnożnik
Tolerancja
Napięcie
[V]
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
-
0,01
0,1
1
10
100
1 000
10 000
100 000
1 000 000
107
108
109
-
10%
5%
1%
2%
15%
0,5%
0,25%
0,1%
20%
2000
1000
V pasek
VI pasek
100
200
300
400
500
600
700
800
900
500
III pasek
pomarań.
3
biały
9
zielony
x105
w
.d
z
ys
fioletowy zielony
żółty
7
5
x104
czerwony
biały
żółty
2
9
4
niebieski
szary
brązowy
6
8
1
3M9(IEC) = 395(MIL)
3,9 M
29K4(IEC) = 2942(MIL)
29,4 k
6K81(IEC) = 6811(MIL)
6,81 k
IV pasek
brak
paska
±20%
złoty
±5%
czerwony
x100
brązowy
x10
D
±0,5%
Wynik
3,9 MΩ ±20%
brązowy
1%
zielony
±0,5%
M
±20%
F
±1%
.a
II pasek
zl
a
I pasek
pl
us
Przykłady:
Współczynnik
temperaturowy
[ppm/K]
250
100
50
15
25
20
10
5
1
-
.p
l
Kolor
czerwony
50 ppm/K
T2
50 ppm/K
750 kΩ ±5%
29,4 kΩ ±1%
6,81 kΩ 0,5% 50
ppm/K
3,9 MΩ 20%
29,4 kΩ 1%
6,81 kΩ 0,5% 50
ppm/K
w
w
Rezystory ze względu na ich działanie dzielimy na: stałe, potencjometry, fotorezystory,
termistory i warystory.
Rezystory stałe. W grupie tej ze względu na sposób wykonania możemy wyodrębnić rezystory
warstwowe, objętościowe i drutowe. Umowny
międzynarodowy symbol używany w schematach
lub:
opornika stałego wygląda jak na rysunku 4.
Rezystory warstwowe wykonuje się przez
Rysunek 3. Piktogram opornika
napylenie na rurce lub wałku ceramicznym warstwy
rezystywnej ze stopu metalowego lub węgla. Dla uzyskania żądanej rezystancji warstwę rezystywną
nacina się śrubowo z odpowiednim skokiem, tworząc jakby taśmę oporową nawiniętą na walcu. Na
końcach walca przymocowuje się końcówki umożliwiające wlutowanie rezystora w układ. Korpus
rezystora wraz z fragmentem końcówek pokrywa się lakierem lub warstwą izolacyjną, chroniącymi
ścieżkę rezystywną przed czynnikami zewnętrznymi.
Rezystory warstwowe znajdują zastosowanie w układach pracujących w zakresie
częstotliwości do kilkuset MHz, lecz ze względu na delikatną ścieżkę rezystywną i słabe
odprowadzanie ciepła mają małe moce znamionowe.
-5Rezystory objętościowe są kształtkami z masy rezystywnej, w której zatapia się końcówki.
Rodzaj masy rezystywnej i jej objętość decydują o wartości rezystancji. Rezystory te charakteryzują
się dużymi mocami znamionowymi, ale dość dużymi współczynnikami szumów.
Rezystory drutowe wykonuje się nawijając na rurce ceramicznej drut oporowy konstantanowy
lub chromonikielinowy. Mogą one mieć różne rodzaje końcówek. Pokrywa się je lakierem lub masą
cementową, lecz bywają i rezystory bez tej powłoki. Charakteryzują się one dużymi mocami
znamionowymi, niskim współczynnikiem temperaturowym, małymi wartościami rezystancji, dużymi
rozmiarami oraz dużą indukcyjno ścią, która ogranicza ich stosowanie do układów małej
częstotliwości i zasilających.
w
.d
z
ys
zl
a
.a
pl
us
.p
l
Potencjometry (rezystory nastawne) (rys. 4). Ze względu na przeznaczenie potencjometry
dzieli się na:
- regulacyjne - służą do regulacji parametrów urządzenia w czasie jego pracy;
- dostrojenia
(zwane
montażowymi
lub
nastawczymi) - służące do ustalania warunków
pracy układu w czasie jego uruchamiania,
a)
b)
strojenia lub naprawy.
Ze
wzgl
ędu na sposób regulowania dzieli się je na:
Rysunek 4. a) potencjometr z trzema nóżkami, b)
obrotowe
- regulowanie wałkiem lub
potencjometr z dwoma nóżkami.
wkrętakiem;
- suwakowe - regulowanie przesuwem suwaka w linii prostej; suwak może być regulowany ręcznie
lub za pośrednictwem śruby (potencjometry paskowe).
Ze względu na sposób wykonania warstwy przewodzącej rozróżniamy potencjometry:
- węglowe - węglowa ścieżka rezystywna naniesiona jest na płytkę z tworzywa izolacyjnego;
- cermetowe - ścieżka cermetowa nałożona jest na płytkę ceramiczną;
- drutowe - wykonane z drutu oporowego nawiniętego na izolacyjny korpus.
Ścieżka rezystywna połączona jest z wyprowadzeniami najczęściej nitami. W zależności od
rodzaju wyprowadzeń potencjometry dzieli się na potencjometry do druku i potencjometry do
montażu konwencjonalnego, wykonywanego przewodami.
Parametry. Oprócz parametrów dotyczących wszystkich elementów rezystancyjnych (p. str.
1-2) wśród potencjometrów niezbędne jest podanie:
Napięcie trzasków - jest to wartość szczytowa napięcia zmiennego wywołanego zmianami
rezystancji styku ślizgacza potencjometru ze ścieżką rezystywną. Napięcie to jest podawane dla
określonego napięcia stałego na wyprowadzeniach końcowych najczęściej 20 V lub 1 V.
Dopuszczalny prąd i napięcie przełącznika.
w
w
Dane techniczne. Rezystancja znamionowa potencjometrów zawiera się w przedziale od 100
Ω do 2,2 MΩ. Moc znamionowa zawiera się w granicach od 0,05 W do 2 W i jest zależna od
wielkości i konstrukcji. Napięcie graniczne wynosi od 100 do 500 V. Wyższe napięcia graniczne mają
potencjometry liniowe. Temperaturowy współczynnik rezystancji jest parametrem istotnym dla
potencjometrów nastawczych. Wynosi on od ±0,05%/K do ±0,2%/K
Fotorezystory. Wartość jego rezystancji zależy od ilości
światła do niego dochodzącego. Istnieją fotorezystory, w których
wraz ze wzrostem światła wzrasta ich rezystancja oraz taki, w
których wraz ze wzrostem światła rezystancja spada.
Oświetlane są najczęściej światłem zewnętrznym, lub
światłem diody świecącej.
Termistory. Wartość jego rezystancji zależy od
temperatury otoczenia. Używa je się w układach temperaturowej
stabilizacji punktów pracy, układach regulacji i pomiaru
Rysunek 5. Piktogram fotorezystora.
Rysunek 6. Piktogram termistora.
-6temperatury. Wśród termistorów rozróżniamy ich trzy typy:
- NCT (ang. negative temperature coefficient), o rezystancji malejącej ze wzrostem temperatury;
- PTC (ang. positive temperature coefficient), o rezystancji rosnącej z temperaturą;
- CTR (ang. critical temperature resistor), których rezystancja wykazuje gwałtowny skok w
pewnym zakresie temperatury.
Termistory mogą być podgrzewane ciepłem otoczenia, specjalnym grzejnikiem lub
przepływającym przez nie prądem. Wykonuje się je ze spiekanych proszków, z których formuje się
wałeczki, dyski lub kulki.
Parametry. Termistor opisywany jest następującymi parametrami: rezystancja znamionowa
(określana dla temp. 25°C), tolerancja rezystancji znamionowej, temperaturowy współczynnik
rezystancji, dopuszczalny zakres temperatury otoczenia.
w
.d
z
ys
zl
a
.a
pl
us
.p
l
Warystory. Jego rezystancja zależy od napięcia przyłączonego do jego końcówek. Używa się
ich do stabilizacji i ograniczenia napięć. Warystory mają symetryczną charakterystykę prądowonapięciową. Charakterystyka ta ma załamanie przy pewnym napięciu, oznaczające nagłe zmalenie
rezystancji. Można ją opisać równaniem:
U = CIβ
gdzie: U - napięcie na warystorze; I - prąd warystora; C - stała równa liczbowo spadkowi
napięcia na warystorze przy prądzie 1 A; β - współczynnik nieliniowości.
Parametry charakteryzującymi warystor są: napięcie charakterystyczne (napięcie przy
określonym prądzie, w zakresie ograniczenia, zwanym prądem odniesienia), współczynnik β , moc
znamionowa.
Oznaczenia. Warystory są oznaczone kodem zawierającym dwie litery i liczby. Litery WW
oznaczają warystor walcowy, a WD warystor dyskowy. Pierwsza liczba oznacza wartość napięcia
charakterystycznego. Druga, oddzielona znakiem łamania (/), wartość prądu odniesienia w mA. Po
nich występują dwie kolejne liczby oddzielone kreską, oznaczające wartość współczynnika β i moc
znamionową.
Na przykład warystor oznaczony WW-560/10-0, 22-0,8, jest warystorem walcowym o napięciu
charakterystycznym 560 V przy prądzie odniesienia 10 mA. Jego współczynnik β wynosi 0,22, a moc
znamionowa 0,8 W.
Warystory walcowe opisywane na korpusie mogą być również oznaczone kodem barwnym
(innym niż dla rezystorów!) w postaci kropek lub pasków. Warystory walcowe oznaczone są dwoma
paskami, z których jeden oznacza tolerancję napięcia charakterystycznego, a drugi pozostałe
parametry. Brak paska tolerancji oznacza tolerancję ±20%, pasek srebrny - ±10%, a biały tolerancję 20%. Warystory dyskowe są oznaczane czterema paskami, przy czym czwarty oznacza tolerancję w
sposób opisany wyżej.
w
w
Bibliografia:
1. Andrzej Ksiązkiewicz - „Elementy i podzespoły elektroniczne - poradnik warsztatowy”
2. „Elektronika dla wszystkich” 1, 2 / 96 - Piotr Górecki „Rezystory cz. 1 i 2”
3. Paul Horowitz, Winfield Hill - „Sztuka elektroniki” (oryginalny tytuł: „The Art of Electronics”
tłumaczenie: Bogusław i Grażyna Kalinowscy)
4. http://freenet-homepage.de/vatz/bauelemente.html
Dawid Najgiebauer
1-08-2009
-7-
w
w
w
.d
z
ys
zl
a
.a
pl
us
.p
l
Jeżeli skorzystałeś z tego dokumentu, proszę, powiadom mnie o tym i prześlij mi e-maila na adres:
[email protected] . Wszelkie uwagi mile widziane! Zapraszam także do odwiedzenia mojej
strony WWW: http://www.dzyszla.aplus.pl/