Rezystory -
advertisement
Rezystory 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. Wzór 1a: I = U / R Wzór 1b: R = U / I Wzór 1c: U = I • R 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. 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. Czynnik 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% 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 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. Wzór 2a: R = R1 + R2 + ... Wzór 2b: R = R1R2 1 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 -3MΩ 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). 3 pierwsze paski to 3 pierwsze liczby wartości rezystancji, 4 pasek to mnożnik, a 5 to tolerancja. W kodzie 6-paskowy (rys. 2d) natomiast 3 pierwsze paski to 3 pierwsze liczby wartości rezystancji, 4 pasek oznacza mnożnik, 5 - tolerancje, a 6 - współczynnik temperaturowy. 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) a) 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 a) Według MIL 3R9 750 911 182 623 474 565 366 1541 4322 9313 1244 b) 1 i 2 pasek mnożnik tolerancja c) Kod N M. K J G F D C B W P L E c) Tolerancja 30% 20% 10% 5% 2% 1% 0,5% 0,25% 0,1% 0,05% 0,002% 0,001% 0,0005% Kod 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. 1). a) kod 3-paskowy, b) kod 4-paskowy, c) kod 5-paskowy, d) kod 6-paskowy -4Tabela 3. Kody barwne rezystorów. Kolor Cyfry znaczące Mnożnik Tolerancja Srebrny Złoty Czarny Brązowy Czerwony Pomarańczowy Żółty Zielony Niebieski Fioletowy Szary Biały Brak paska 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% Współczynnik temperaturowy [ppm/K] 250 100 50 25 20 10 5 1 - Przykłady: I pasek II pasek III pasek IV pasek brak pomarań. biały zielony paska 3 9 x105 ±20% żółty fioletowy zielony złoty 7 5 ±5% x104 czerwony biały żółty czerwony 2 9 4 x100 niebieski szary brązowy brązowy 6 8 1 x10 3M9(IEC) = 395(MIL) 3,9 M 29K4(IEC) = 2942(MIL) 29,4 k 6K81(IEC) = 6811(MIL) D 6,81 k ±0,5% V pasek VI pasek Wynik 3,9 MΩ ±20% 750 kΩ ±5% brązowy 1% zielony ±0,5% M ±20% F ±1% 29,4 kΩ ±1% czerwony 50 ppm/K T2 50 ppm/K 6,81 kΩ 0,5% 50 ppm/K 3,9 MΩ 20% 29,4 kΩ 1% 6,81 kΩ 0,5% 50 ppm/K 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. -5- Rezystory 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 indukcyjnością, która ogranicza ich stosowanie do układów małej częstotliwości i zasilających. 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. 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. 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. 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) Dawid Najgiebauer 19-02-2006 -7Jeżeli 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.z.pl/
