Elektrický odpor: Co to je a jak funguje? (S příklady)

Pole: Základní elektrotechnika

China

Co je elektrický odpor?

Odpor (také známý jako elektrický odpor) je definován jako dvoupolohový pasivní elektrický prvek, který poskytuje elektrický odpor proti toku proudů. Odpor je měřítkem odporu proti toku proudů v odporníku. Čím větší je odpor odporníku, tím větší překážka proti toku proudů. Existuje mnoho různých typů odporníků, jako například termistor.

V elektrickém a elektronickém obvodu je hlavní funkce odporníku „odporovat“ toku elektronů, tj. elektrickému proudu. Proto se nazývá „odporník“.

Odporníky jsou pasivními elektrickými prvky. To znamená, že nemohou dodávat žádnou energii do obvodu, ale naopak přijímají energii a uvolňují ji ve formě tepla, pokud proud prochází odporníkem.

Různé odporníky se používají v elektrických a elektronických obvodech k omezování toku proudu nebo k vytváření pádů napětí. Odporníky jsou dostupné v mnoha různých hodnotách od frakcí ohmu (Ω) po miliony ohmů.

Podle Ohmovova zákona je napětí (V) přes odporník přímo úměrné toku proudu (I), který jím prochází. Kde R je konstanta úměrnosti.

Co dělá odporník?

V elektrických a elektronických obvodech se odpor používá k omezování a regulaci proudového proudu, dělení napětí, nastavování úrovní signálů, polarizaci aktivních prvků atd.

Například mnoho odporniků spojených v sérii se používá k omezení proudu procházejícího světlovyzařovací diodou (LED). Další příklady jsou uvedeny níže.

Ochrana proti náhlým výkyvům napětí

Tlumivý obvod je místo, kde je série odporník a kapacitor spojená paralelně s thyristorem slouží k potlačení rychlého vzestupu napětí na thyristoru. Toto se nazývá tlumivý obvod používaný k ochraně thyristoru před vysokým $\frac{dv}{dt}$ .

Odpory se také používají k ochraně LED světel před náhlými výkyvy napětí. LED světla jsou citlivá na vysoký elektrický proud, a proto budou poškozena, pokud není odporník použit k řízení toku elektrického proudu skrz LED.

Zajištění správného napětí vytvořením propadu napětí

Každý prvek v elektrickém obvodu, jako je světlo nebo spínač, vyžaduje specifické napětí. Pro to se odpory používají k zajištění správného napětí vytvořením propadu napětí napříč prvky.

Co je elektrický odpor a v jakých jednotkách se měří (jednotky odporu)?

Jednotka SI pro odpor (elektrický odpor se měří v) ohmech a značí se Ω. Jednotka ohm (Ω) je pojmenována po velkém německém fyzikovi a matematikovi Georgi Simonu Ohmovi.

V systému SI je ohm roven 1 voltu za amper. Tedy,

$\begin{align*} 1\,\,Ohm = 1 \frac{Volt}{Ampere} \end{align*}$

Tedy, odpor se také měří v voltech za amper.

Odporové součástky jsou vyráběny a specifikovány v širokém rozmezí hodnot. Proto jsou odvozené jednotky odporů stanoveny podle jejich hodnot, jako jsou miliohm (1 mΩ = 10-3 Ω), kiloohm (1 kΩ = 103 Ω) a megaohm (1 MΩ = 106 Ω) atd.

Symbol elektrického odporu v obvodu

Existují dva hlavní symboly používané pro elektrické odporové součástky. Nejčastějším symbolem pro odpor je čárkovaná linka, která je široce používána v Severní Americe.

Druhý symbol pro odpor je malý obdélník, který je široce používán v Evropě a Asii, a tento se nazývá mezinárodní symbol odporu.

Symbol odporu v obvodu je znázorněn na následujícím obrázku.

企业微信截图_1710134355893.png — Symbol rezistoru

企业微信截图_1710134362141.png — Symbol rezistoru

Série a paralelní rezistory

Vzorec pro sériově spojené rezistory

Následující obvod ukazuje n počet rezistorů spojených v sérii.

Pokud jsou dva nebo více rezistorů spojeny v sérii, pak ekvivalentní odpor sériově spojených rezistorů je roven součtu jejich individuálních odporů.

Matematicky se to vyjadřuje jako

$\begin{align*} R_e_q_. = R_1 + R_2 + ........ + R_n \end{align*}$

$\begin{align*} R_e_q_. = \sum_{i=1}^{n} R_n \end{align*}$

V sériovém spojení zůstává proud procházející každým jednotlivým odporovým prvkem konstantní (tj. proud procházející každým odporem je stejný).

Příklad

Jak je znázorněno na následujícím obvodě, jsou tři odporové prvky o hodnotách 5 Ω, 10 Ω a 15 Ω připojeny v sériovém spojení. Určete ekvivalentní odpor tohoto sériového spojení.

Řešení:

Zadaná data: $R_1 = 5 \,\,\Omega, R_2 = 10 \,\,\Omega$ a $\,\,R_3 = 15 \,\,\Omega$

Podle vzorce,

$\begin{align*} \begin{split} & R_e_q_. = R_1 + R_2 + ........ + R_n \\ & = 5 + 10 + 15 \\ & R_e_q_.= 30\,\,\Omega \end{split} \end{align*}$

Tedy získáme ekvivalentní odpor sériově spojených odporníků, který činí 30 Ω.

(poznámka: schéma obvodu nahoře uvádí 25 Ω. Jde o tiskovou chybu, správná odpověď je 30 Ω)

Formule pro odpory v paralelním spojení

Následující obvod ukazuje n odporníků spojených v paralelním spojení.

Pokud jsou dva nebo více odporníků spojeny v paralelním spojení, pak ekvivalentní odpor paralelně spojených odporníků je roven převrácené hodnotě součtu převrácených hodnot jednotlivých odporností.

Matematicky se to vyjadřuje jako

$\begin{align*} \frac{1}{R_e_q_.} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + ........ + \frac{1}{R_n} \end{align*}$

$\begin{align*} R_e_q_. = \sum_{i=1}^{n} \frac{1}{R_n} \end{align*}$

V případě paralelního spojení zůstává napětí procházející každým jednotlivým odporem konstantní (tj. napětí na každém odporu je stejné).

Odporné obvody (příklady použití)

Omezovací odpor pro LED

Omezení proudu v LED je velmi důležité. Pokud přes LED protéká příliš velký proud, může být poškozen. Proto se používá omezovací odpor k omezení nebo snížení proudu do LED.

Omezovací odpory jsou připojeny sériově s LED, aby omezily proud protékající LED na bezpečnou hodnotu. Například, jak je znázorněno na obrázku níže, je omezovací odpor připojen sériově s LED.

Výpočet potřebné hodnoty omezovacího odporu

Při výpočtu hodnoty omezovacího odporu potřebujeme znát tři specifikace nebo charakteristické hodnoty LED:

Přepínací napětí LED (z datového listu)
Maximální přepínací proud LED (z datového listu)
VS = napájecí napětí

Přepínací napětí je napětí potřebné k zapnutí LED a obvykle se pohybuje mezi 1,7 V a 3,4 V, v závislosti na barvě LED. Maximální přepínací proud je spojitý proud protékající LED a obvykle činí okolo 20 mA pro základní LED.

Nyní můžeme vypočítat potřebnou hodnotu odporu omezujícího proud pomocí následující rovnice,

$\begin{align*} R = \frac{V_S - V_F}{I_F} \end{align*}$

kde, $V_S$ = napětí zdroje

$V_F$ = přepětí v předním směru

$I_F$ = maximální proud v předním směru

Podívejme se na příklad výpočtu potřebné hodnoty odporu omezujícího proud pomocí výše uvedené rovnice.

Odporové prvky pro tažení k vyšší úrovni

Odporové prvky pro tažení k vyšší úrovni jsou odporové prvky používané v elektronických logických obvodech k zajištění známého stavu signálu.

Moderní integrované obvody, mikrokontroléry a digitální logické brány mají mnoho vstupních a výstupních pinů, a tyto vstupy a výstupy je třeba správně nastavit. Proto se používají odporové členy (pull-up rezistory) k tomu, aby se zajistilo správné polarizace vstupního pinu mikrokontroléru nebo vstupu digitální logické brány do známého stavu.

Odporové členy (pull-up rezistory) se používají ve spojení s tranzistory, přepínači, tlačítky atd., které přerušují fyzické spojení následujících komponent s zemí nebo VCC. Například, obvod s odporovým členem (pull-up rezistor) je znázorněn na obrázku níže.

企业微信截图_17101346272890.png — Obvod s odporovým členem (pull-up rezistor)

企业微信截图_17101346341956.png — Obvod s odporovým členem (pull-up rezistor)

Jak je vidět, když je přepínač uzavřen, vstupní napětí (Vin) u mikrokontroléru nebo brány se sníží na zemi, a když je přepínač otevřen, vstupní napětí (Vin) u mikrokontroléru nebo brány je stahováno na úroveň vstupního napětí (Vin).

Tedy, odporový člen (pull-up rezistor) může polarizovat vstupní pin mikrokontroléru nebo brány, když je přepínač otevřen. Bez odporového členu (pull-up rezistoru) by vstupy u mikrokontroléru nebo brány byly volné, tj. v stavu vysoké impedancí.

Typická hodnota odporového členu (pull-up rezistoru) je 4,7 kΩ, ale může se lišit podle aplikace.

Napěťový spád přes rezistor

Napěťový spád přes rezistor není nic jiného než hodnota napětí přes rezistor. Napěťový spád je také znám jako IR spád.

Jak víme, rezistor je pasivní elektrický prvek, který poskytuje elektrickou rezistenci proudovému toku. Podle Ohmovyho zákona tedy vytvoří napěťový spád, když proud prochází rezistorem.

Matematicky lze padání napětí na odporu vyjádřit jako,

$\begin{align*} V (Voltage \,\, Drop) = I * R \end{align*}$

Znaménko pro IR klesnutí napětí

Pro určení znaménka klesnutí napětí na odporu je velmi důležitý směr proudu.

Uvažujme odpor o odporu R, přes který proud (I) proudí z bodu A do bodu B, jak je znázorněno na následujícím obrázku.

Bod A má tedy vyšší potenciál než bod B. Pokud se pohybujeme z A do B, V = I R je záporné, tedy -I R (to znamená pokles potenciálu). Podobně, pokud se pohybujeme z bodu B do bodu A, V = I R je kladné, tedy +I R (to znamená vzestup potenciálu).

Je tedy zřejmé, že znaménko klesnutí napětí na odporu závisí na směru proudu skrz ten odpor.

Barvé kódy odporniků

Barvé kódy odporniků se používají k identifikaci hodnoty odporu a procentuální tolerance odporníků. Barvé kódy odporníků využívají barevné pruhy pro jejich identifikaci.

Jak je znázorněno na následujícím obrázku, jsou na odporníku tisknuty čtyři barvé pruhy. Z toho tři pruhy jsou tisknuty vedle sebe, a čtvrtý pruh je tisknut mírně od třetího pruhu vzdáleněji.

4 band resistor color code — Čtyřbandový barvový kód odporníku

První dvě pásky zleva označují významné číslice, třetí páska označuje desetinný násobek a čtvrtá páska označuje tolerance.

5 band resistor code — Barvové kódování odporů s pěti páskami

Níže uvedená tabulka zobrazuje významné číslice, desetinné násobky a tolerance pro různá barvová kódování odporů.

Klíčové body:

Zlatá a stříbrná páska jsou vždy umístěny napravo.
Hodnota odporu se vždy čte zleva doprava.
Pokud není přítomna páska tolerance, najděte stranu s páskou blízko vedleku a uvažujte ji jako první pásku.

Příklad (Jak vypočítat hodnotu odpory?)

Jak je znázorněno na níže uvedeném obrázku, uhlíkový odpor s barevným kódováním má první kruh zelené, druhý modré, třetí červené a čtvrtý zlaté barvy. Určete specifikace tohoto odporu.

Řešení:

Podle tabulky barvového kódování odporů,

Zelená	Modrá	Červená	Zlatá
5	6	102	${\pm 5}{\%}$

$\begin{align} R = 56 10^2 \Omega \SI{\pm 5}{\%} \,\, \end{align*}$

Tedy hodnota odporu je $5600\,\,\Omega$ s tolerancí ${\pm 5}{\%}$ .

Tedy hodnota odporu se nachází mezi

$5600 + 5 \% = 5600 + 280 = 5880 \,\,\Omega$

$5600 - 5 \% = 5600 - 280 = 5320 \,\,\Omega$

Tedy hodnota odporu se nachází mezi $5880\,\,\Omega$ a $5320\,\,\Omega$ .

Kódování znakem nebo písmenem (RKM kód)

Někdy mohou odpory být tak malé, že barevné kódování je obtížné použít. V těchto případech se pro specifikace odporů používá kódování znaky nebo písmeny. Toto kódování se také nazývá RKM kód.

Znaky používané pro kódování odporů jsou R, K a M. Pokud je mezi dvěma desetinnými čísly umístěn znak, funguje jako desetinná tečka. Například znak R znamená Ohmy, K znamená Kiloohmy a M znamená Megaohmy. Podívejme se na příklady tohoto kódování.

Odhrot	Písmeno kódu
0,3 Ω	R3
0,47 Ω	R47
1 Ω	1R0
1 kΩ	1K
4,7 kΩ	4K7
22,3 MΩ	22M3
9,7 MΩ	9M7
2 MΩ	2M

Příklad – písmeno nebo číslo kódu

Tolerace je uvedena jako

Znak	Tolerace
F	${\pm 1}{\%}$
G	${\pm 2}{\%}$
J	${\pm 5}{\%}$
K	${\pm 10}{\%}$
M	${\pm 20}{\%}$

Příklad – Odpor s písmenným kódem:

Typy odporniků

Existuje mnoho typů odporniků, každý s vlastními jedinečnými vlastnostmi a specifickými použití.

Existují dva základní typy odporniků: pevné odporníky a proměnné odporníky. Oba typy jsou uvedeny níže.

Pevné odporníky

Pevné odporníky jsou nejrozšířenějším typem odporníků. Jsou široce používány v elektronických obvodech k nastavení a regulaci vhodných podmínek v obvodu. Typy pevných odporníků jsou uvedeny níže.

Uhlíkové složeninové odporníky (uhlíkové odporníky)
Uhlíkové hromadové odporníky
Uhlíkové filmové odporníky
Termistor (teplotní odporník)
Drátově navinuté odporníky
Plošně montované odporníky
Kovové filmové odporníky
Kovové oxidové filmové odporníky
Tlusté filmové odporníky
Tenké filmové odporníky
Fóliové odporníky
Tiskem vyráběné uhlíkové odporníky
Ammetrické shunty (odporníky pro měření proudu)
Síťové odporníky

Proměnné odporníky

Proměnné odporníky se skládají z jednoho nebo více pevných odporníkových elementů a posuvníku. Tyto odporníky mají tři spoje na element; dva jsou připojeny k pevnému odporníkovému elementu a třetí je posuvník. Posouváním posuvníku na různé terminály můžeme měnit hodnotu odporu.

Typy proměnných odporníků jsou uvedeny níže.

Upravitelné odporové přepínače
Potenciometry
Proměnné odporové přepínače (Reostaty)
Desítkový odporový box (Box pro náhradu odporů)
Varistry (Nelineární odpory)
Fotoodpor (LDR) nebo fotoodpor
Trimmery

Jiné speciální druhy odporů zahrnují:

Vodní odpor (vodní reostat, kapalný reostat)
Balený odpor
Fenolický lisovaný kompozitový odpor
Cermetové odpory
Tantalové odpory

Velikosti odporů (Nejčastější hodnoty odporů)

Velikosti odporů jsou organizovány do různých sérií standardních hodnot odporů. V roce 1952 se Mezinárodní elektrotechnická komise rozhodla stanovit standardní hodnoty odporu a tolerancí, aby zvýšila kompatibilitu mezi komponenty a usnadnila výrobu odporů.

Tyto standardní hodnoty jsou označovány jako E série IEC 60063 preferovaných číselných hodnot. Tyto E série jsou klasifikovány jako E12, E24, E48, E96 a E192 s 12, 24, 48, 96 a 192 různými hodnotami v každé dekádě.

Nejčastější hodnoty odporů jsou uvedeny níže. Jsou to E3, E6, E12 a E24 standardní hodnoty odporů.

E3 standardní série odporů:

Série E3 odporů jsou nejčastější hodnoty odporů používané v elektronickém průmyslu.

1,0

2,2

4,7

Série odporů E6:

Série E3 odporů je také nejčastěji používaná a nabízí širokou škálu běžných hodnot odporů.

1,0	1,5	2,2
3,3	4,7	6,8

Série standardních odporů E12:

1,0	1,2	1,5
1,8	2,2	2,7
3,3	3,9	4,7
5,6	6,8	8,2

Série standardních odporů E24:

1.0	1.1	1.2
1.3	1.5	1.6
1.8	2.0	2.2
2.4	2.7	3.0
3.3	3.6	3.9
4.3	4.7	5.1
5.6	6.2	6.8
7.5	8.2	9.1

Tolerancia odporů je obecně specifikována ${\pm 20}{\%}$ , ${\pm 10}{\%}$ , ${\pm 5}{\%}$ , ${\pm 2}{\%}$ , a ${\pm 1}{\%}$ .

Z čeho jsou vyráběny odpor?

V závislosti na aplikaci se k výrobě odporů používá mnoho různých materiálů.

Odpor se vyrábí z uhlíku nebo mědi, což ztěžuje proudění elektrického proudu v obvodu.
Nejčastějším a univerzálním typem odporu je uhlíkový odpor, který je nejlépe vhodný pro nízkovýkonové elektronické obvody.
Manganin a konstantan se používají pro výrobu standardních drátových odporů, protože mají vysokou elektrickou vodivost a nízký teplotní koeficient odporu.
Manganinová folie a drát se používají k výrobě odporů, jako jsou amperometry, protože manganin má téměř nulový teplotní koeficient odporu.
Litenicko-měděný-manganový slitiny se používají k výrobě standardních odporů, drátových odporů, přesných drátových odporů atd. Tato slitina má složení: Nikl = 4%; Měď = 84%; Mangan = 12%.

Jaké jsou běžné použití odporníků (aplikace odporníků)

Některé z aplikací odporníků zahrnují:

Odporníky se používají v posilovačích, oscilátorech, digitálních multimetrech, modulátorech, demodulátorech, přijímačích atd.
Fotoodporníky se používají v odběratelích proti vloupání, detektorech plamenů, fotografických zařízeních atd.
Drátové odporníky se používají v paralelním zapojení s ampermetrem, kde je požadována vysoká citlivost, vyvážená kontrola proudu a přesné měření.

Zdroj: Electrical4u.

Prohlášení: Respektujte originál, dobré články stojí za sdílení, pokud dojde k porušení autorských práv, obraťte se na nás pro jejich smazání.

Dát spropitné a povzbudit autora

Témata:

Základní elektrotechnika

Elektrický odpor

O odbornících

Electrical4u

China