W poprzednich odcinkach poznaliśmy wielkość zwaną oporem elektrycznym. W tym odcinku poznamy element, który ten opór w praktyce realizuje. Tym elementem jest rezystor, zwany także opornikiem. Jest to chyba najprostszy i najbardziej popularny element elektroniczny. Wróćmy na chwilę do naszych analogii wodnych.
Wyobraźmy sobie rurę, którą płynie woda. Jeśli rura w pewnym miejscu będzie zwężona, to woda napotka większy opór dla swojego ruchu przez rurę. Zwężenie takie to hydrauliczna analogia oporu elektrycznego, a sama zwężka to odpowiednik opornika. Czyli im większy opór będzie miał rezystor, to jakby jego zdolność do przeciwstawienia się przepływowi prądu elektrycznego będzie większa.
Warto zadać sobie pytanie, po co właściwie stosujemy rezystory w układach elektronicznych. Otóż rezystory służą nam np. do ustalania prądów i napięć w obwodach elektrycznych oraz są elementami filtrów. Bez nich bardzo trudno byłoby zrealizować jakiekolwiek urządzenie elektroniczne, rezystory zatem to bardzo ważne elementy.
Rezystory są niezwykle popularnymi w elektronice elementami i mimo, że dziś królują układy scalone z milionami czy miliardami tranzystorów wewnątrz, to nadal istnieje zapotrzebowanie na rezystory jako elementy bierne. Bo rezystor jest elementem biernym, to znaczy, że nie wzmacnia on sygnałów elektrycznych, a moc jest w nim tracona i wydziela się w postaci ciepła. Jak już wspominaliśmy, opór elektryczny wyrażamy w ohmach.
Również w OMAC będziemy wyrażać rezystancję oporników i jest to podstawowy ich parametr. Oprócz wartości rezystancji oporniki muszą posiadać jeszcze jeden parametr, jest to moc znamionowa. Ale zanim ją opiszemy, musimy dowiedzieć się, czym jest moc.
Nie będziemy zajmować się oczywiście mocą rycerzy Jedi, ale mocą elektryczną, która jest po prostu iloczynem napięcia i natężenia, czyli dwóch wielkości elektrycznych, które już znamy. Mamy zatem... Moc jest iloczynem napięcia i natężenia, a ponieważ ze znanego już nam prawa oma wynika, że natężenie to napięcie dzielone przez opór, to moc możemy wyrazić także jako iloraz kwadratu napięcia przez opór elektryczny.
Zapamiętajmy ten wzór, przyda nam się za chwilę. Moc elektryczną wyrażamy w watach dużą literą W. A właściwie po co nam znajomość mocy znamionowej rezystora?
Popatrzcie, mamy tutaj dwa rezystory o takiej samej rezystancji, ale o różnej wartości mocy znamionowej. Podłączamy napięcie o wartości powiedzmy 20 V, najpierw do większego rezystora, trochę się grzeje, ale nic złego się na razie nie dzieje. Teraz mały rezystor.
Obliczmy, jaka moc wydzieliła się na rezystorach. Napięcie wynosiło 20 V, rezystancja 100 Ohm. Obliczamy. Moc równa się kwadrat napięcia przez opór elektryczny, czyli mamy 20 do kwadratu przez 100. Wychodzi nam, że moc wydzielona w oporniku wyniosła 4 W.
Mały opornik mógł wytrzymać tylko 1,25 W, nie miał więc szans. Duży ma moc znamionową 5 W. Musimy zatem oprócz rezystancji opornika dobrać także jego moc znamionową, żeby zwyczajnie się nie spalił w czasie pracy.
Moc znamionowa rezystora jest związana oczywiście z jego wielkością. Zwykle im większy rezystor, tym większa jego moc znamionowa. Sam rezystor oczywiście żadnej mocy nie produkuje.
Jego moc znamionowa jest to największa dopuszczalna moc. jaka może być wydzielona w postaci ciepła podczas pracy rezystora, przy czym musi on w takich trudnych warunkach zachować swoją znamionową rezystancję. Mocy rezystorów wahają się od ułamków wata do setek watów dla bardzo dużych rezystorów.
Najczęściej stosuje się rezystory o mocy około 1,4 W. Innym parametrem rezystorów jest tolerancja. Mówi nam ona, z jaką dokładnością oporu elektrycznego został rezystor wyprodukowany.
Tolerancja może wahać się od 20% do ułamków procenta. Czyli jeśli mamy rezystor np. o rezystancji 100 ohmów i tolerancji 20%, to jego wartość może wahać się od 80 do 120 ohmów.
Dziś najczęściej spotykaną tolerancją jest 5%. Z tolerancją wiążą się tzw. szeregi wartości rezystorów.
W sklepie nie kupimy rezystora o dowolnej wartości. Zwykle wartości rezystorów mają nominały, będące wielokrotnościami takich oto liczb. I właśnie z tym wiążą się tzw. szeregi wartości rezystancji oporników.
Oznaczamy je jako E3, E6, E12, E24 itd. Zostawmy je na razie, będzie jeszcze okazja o tym poopowiadać. A teraz przejdźmy do opisywania wartości rezystancji na rezystorach.
Skąd wiemy, jaki opór ma rezystor? Na większych modelach oporników wartość rezystancji jest po prostu napisana. Możemy się spotkać z opisem np. 2K, 4K7, 1M, 100R.
Co one oznaczają? 2K to po prostu 2 kOhm, czyli 2000 Ohmów. 4K7 oznacza rezonans. Rezystor o oporze 4,7 kOhm, czyli 4700 Ohm.
Litera K pełni tutaj rolę przecinka. 1M z kolei to 1 Mega Ohm, czyli 1 milion Ohm. W opisach nie stosuje się litery Omega, dlatego ostatnie oznaczenie, czyli 100R, oznacza po prostu 100 Ohm. A jaką rezystancję będzie miał opornik z oznaczeniem 0R33?
Otóż będzie to 0,33 Ohm. Tutaj również litera R pełni rolę przecinka. Czasem również podaje, Daje się też tolerancję, ale już normalnie w procentach i moc znamionową w watach.
Mniejszych rezystorów nie opisuje się literami, stosuje się specjalny kod w postaci kolorowych pasków. Pasków tych może być od trzech do nawet sześciu, najczęściej jest ich cztery. Jak odczytywać taki kod?
Otóż pierwszy kolorowy pasek oznacza pierwszą cyfrę, drugi pasek drugą cyfrę, trzeci pasek oznacza liczbę zer, a czwarty to oznaczenie tolerancji. Na ekranie macie opis kolorowych pasków. pasków.
Spróbujmy na przykładzie. Weźmy taki rezystor z paskami brązowym, czarnym, czerwonym i złotym. A więc tak, brązowy to cyfra 1, potem mamy 0 i czerwony, czyli 2 zera.
W sumie wychodzi 1 i 3 zera, czyli 1000. I to właśnie jest nasza wartość, czyli 1000 ohmów. Złoty pasek oznacza tolerancję 5%. Ale powstaje pytanie, z której strony czytać paski? Zwykle czyta się je od strony paska będącego bliżej brzegu rezystora.
Zresztą już niedługo dojdziecie do takiej wprawy, że będziecie odczytywać wartości z pasku w jednym rzutem oka. Można znaleźć programy, które po wpisaniu kolorów dekodują nam wartości rezystancji. Są to tak zwane dekodery kodów paskowych rezystora. Natomiast na tych małych rezystorach do montażu powierzchniowego stosuje się prosty kod trzycyfrowy. Na przykład 561 oznacza rezystor o oporze 560 ohmów, bo ostatnia cyfra określa nam ilość 0. Ale trzeba uważać, bo rezystor o oznaczeniu 100 będzie miał no...
Ile? Nie 100 ohmów, ale 10 ohmów, bo 0 na końcu oznacza, że jest 0,0. Jeśli mamy taki rezystor o wartości poniżej 10 ohmów, stosujemy dużą literę R.
Rezystory mają jeszcze dwa parametry. Maksymalne napięcie pracy oraz współczynnik temperaturowy. Ale nie będziemy się nimi na razie zajmować, bo mamy ważniejsze sprawy do omówienia. Nie będziemy także omawiać... Budowy rezystorów, czyli z czego one są zrobione, jak się je produkuje, to sprawa, którą możemy odłożyć na potem.
Natomiast teraz opowiem Wam o łączeniu rezystorów. Mamy dwa rezystory. Co stanie się, kiedy połączymy je w ten sposób?
Jaka będzie wypadkowa rezystancja takiej pary? Aby to rozwiązać, wróćmy do naszych przewodów z wodą. Wyobraźmy sobie, że mamy rurkę i płynie przez nią woda. Jeśli zwęzimy rurkę w jednym miejscu, to woda napotka pewien opór. Trudniej będzie przepłynąć przez takie zwężenie.
Jeśli dodamy teraz drugie podobne zwężenie, to w wodzie będzie jeszcze trudniej płynąć, a więc możemy powiedzieć, że opory przepływu wody w obu zwężkach dodały się do siebie. To samo będzie z rezystorami. Przy takim połączeniu, zwanym połączeniem szeregowym, rezystancje obu rezystorów po prostu się dodają. Mamy więc rezystancja wypadkowa równa się R1 plus R2.
Teraz mamy dwa rezystory połączone w ten sposób oraz układ hydrauliczny, znowu dwie zwężki, ale połączone tak jak na rysunku. Widać, że tym razem woda płynie przez dwie zwężki łatwiej niż przez jedną, bo strumień rozdziela się na dwie części. W przypadku rezystorów będzie podobnie, ale obliczyć to będzie już trudniej.
O ile w przypadku tylko dwóch rezystorów możemy zastosować taki oto wzór, to już w przypadku większej ich ilości wzór przybiera bardziej nieprzyjazny kształt. Tak czy inaczej należy zapamiętać, że przy połączeniu szeregowym rezystorów ich wypadkowy opór będzie większy niż pojedynczego rezystora, natomiast przy połączeniu równoległym mniejszy. Dzielnik napięcia jest to układ kilku, co najmniej dwóch rezystorów, który służy nam zgodnie ze swoją nazwą do dzielenia napięcia.
Narysujmy sobie taki najprostszy dzielnik. Składa się on z dwóch rezystorów połączonych jak na rysunku. Dzielnik napięcia ma wejście z lewej strony i wyjście z prawej.
Oczywiście, kiedy stosujemy rezystory, dzielnik nazywamy rezystancyjnym. Spróbujmy przeanalizować jego działanie. Kiedy przyłożymy napięcie na wejście dzielnika, powiedzmy, że będzie to 10 V, to przez oba rezystory popłynie prąd.
Ponieważ poprzez rezystory pójdzie taki sam prąd, bo są one połączone szeregowo, spadki napięć na nich będą zależały wyłącznie od ich oporu. Wyjście dzielnika jest podłączone do dolnego rezystora i właśnie spadek na nim będzie decydował o wartości napięcia na wyjściu dzielnika. Powiedzmy, że oba rezystory będą miały taką samą rezystancję, 1000 ohmów.
Na obu rezystorach spadek napięcia będzie taki sam, a ponieważ zbieramy napięcie tylko z dolnego, na wyjściu będzie połowa napięcia wejściowego, czyli 5 V. Wzór na obliczanie napięcia wyjściowego takiego dzielnika jest taki. Podstawmy sobie. Widać, że taki dzielnik rzeczywiście dzieli nam napięcie przez dwa.
A gdybyśmy zastosowali zamiast dwóch rezystorów coś takiego, taki element zwany potencjometrem umożliwia nam zmianę napięcia wyjściowego dzielnika w sposób płynny. Przesuwając suwak... zmieniamy stosunek rezystancji górnej i dolnej części potencjometru. Na pewno widzieliście potencjometr i na pewno używaliście go wielokrotnie, np.
ściszając wzmacniacz lub odbiornik radiowy. Potencjometry mogą być takie, czyli obrotowe, suwakowe, podwójne, podczwórne itd. A jeśli już mówimy o rezystorach zmiennych, potencjometr, który omawialiśmy przed chwilą, jest rezystorem o zmiennej rezystancji, ale w nieco specyficznej konfiguracji.
Jeśli połączymy jego wyprowadzenia w ten sposób, to staje się on rezystorem nastawnym. Rezystory nastawne nie są zwykle wyprowadzane na zewnątrz urządzenia, tak jak potencjometry. Służą one raczej do ustawiania parametrów w czasie uruchamiania układów i znajdują się wewnątrz na płytkach.
Nazywa się je czasem podkówkami przez uzwykłe. Mają one przeróżne kształty i wyprowadzenia. Są także rezystory nastawne precyzyjne, wieloobrotowe, które umożliwiają dokładne nastawy rezystancji.
Warto wspomnieć krótko o pewnych specyficznych rezystorach, z którymi na pewno jeszcze się spotkamy na naszej elektronicznej ścieżce. Nie będziemy ich szczegółowo omawiać, ale tylko je wymienimy. Mamy zatem termistory, które są rezystorami, a ich opór elektryczny silnie zależy od temperatury. I tutaj możemy mieć termistory typu NTC i PTC.
Czym one się różnią? NTC to termistor, którego opór jest odwrotnie proporcjonalny do temperatury, czyli im ona jest wyższa, tym rezystancja NTC maleje. PTC, jak domyślacie się, zachowuje się dokładnie odwrotnie, czyli mamy wzrost oporu wraz ze wzrostem temperatury. Można spotkać jeszcze termistory typu CTR, które reagują skokowo na pewien zakres temperatur.
Przykładem takiego rezystora może być bezpiecznik polimerowy, ale o tym opowiemy sobie innym razem. Innym rodzajem specyficznego rezystora może być fotorezystor. Jego rezystancja zależy od ilości padającego na fotorezystor światła. Im go jest więcej, tym rezystancja fotorezystora jest niższa.
Mamy jeszcze warystory. Są to elementy zabezpieczające, które po przekroczeniu określonego napięcia znamionowego zmniejszają silnie swoją rezystancję i zwykle przepala się wtedy bezpiecznik w obwodzie. Dzisiejsza zagadka dotyczy dzielnika napięcia. Mamy narysowany tutaj dzielnik.
Napięcie wejściowe wynosi na nim 24 V. Wartości rezystorów to 10 kOhm i 1 kOhm. Jakie napięcie wyjściowe dostarczy taki dzielnik? Proszę o odpowiedzi w komentarzach.
Jeśli odcinek się podobał, kliknijcie kciuk w górę pod filmem. Zapraszamy Was do oglądania kolejnych odcinków na naszym kanale, no i subskrybowania go. Na kapsel można zamawiać koszulki i gadżety z logiem Reduktor Szumu.
Wpadnijcie na nasz profil RS Elektronika na Facebooku. Piszcie do nas na adres reduktorszumu.małpa.gmail.com, jeśli macie pytania. No i zapraszamy na kolejne odcinki.