נגד חשמלי: מה זה ואיך הוא פועל? (כולל דוגמאות)

שדה: אלקטרוניקה בסיסית

China

מהו רזיסטור חשמלי?

רזיסטור (גם ידוע כרזיסטור חשמלי) מוגדר כאלמנט חשמלי פסיבי דו-מגע שמספק אלמנט חשמלי פסיבי שמפריע לזרם החשמלי. התנגדות היא מדד של ההתנגדות לזרם ברזיסטור. ככל שההתנגדות של הרזיסטור גדולה יותר, כך מכשול גדול יותר לזרם. ישנם מספר סוגים שונים של רזיסטורים, כגון תרמיסטור.

במעגל חשמלי ואלקטרוני, הפונקציה העיקרית של רזיסטור היא להפריע לזרימת אלקטרונים, כלומר, זרם חשמלי. לכן הוא נקרא "רזיסטור".

רזיסטורים הם אלמנטים חשמליים פסיביים. זה אומר שהם לא יכולים לספק אנרגיה למעגל, אלא מקבלים אנרגיה ומפזרים אותה בצורה של חום כל עוד זרם עובר דרכם.

רזיסטורים שונים משמשים במעגל חשמלי ואלקטרוני כדי להגביל את זרימת הזרם או ליצור ירידה במתח. רזיסטורים זמינים במגוון ערכים של התנגדות, החל מחלקים של אוהם (Ω) ועד למיליוני אוהמים.

לפי חוק אוהם, המתח (V) על רזיסטור הוא ישר פרופורציונלי לזרם (I) הזורם דרכו. כאשר ההתנגדות R היא קבוע הפרופורציה.

מה עושה רזיסטור?

במעגל חשמלי ואלקטרוני, רזיסטורים משמשים להגבלת ורגולציה של זרימת הזרם, חלוקת מתחים, התאמה של רמות אותות, סטייה של אלמנטים פעילים וכו'.

לדוגמה, מרבית הרזיסטורים מחוברים בטור לשימוש בהגבלת הזרם הזורם דרך דiod נורה פולטת אור (LED). דוגמאות נוספות מוצגות למטה.

הגנה מפני עליות פתע במתח

مدار מגן הוא מערך של רזיסטור ו-קונדנסטור המחוברים במקביל ל-תיסטור כדי לדכא את עליית המתח המהירה על התיסטור. זהו מערך המגן על התיסטור בפני עליות פתע במתח. $\frac{dv}{dt}$ .

רזיסטורים משמשים גם להגנה על נורות LED בפני עליות פתע במתח. נורות LED רגישות לזרם חשמלי גבוה, ולכן הן ייפגעו אם לא ייעשה שימוש ברזיסטור להגבלת הזרם החשמלי העובר בנורה.

ספק מתח מתאים באמצעות יצירת ירידת מתח

כל אלמנט במעגל חשמלי, כגון נורה או מתג, דורש מתח מסוים. לשם כך, משתמשים ברזיסטורים כדי לספק מתח מתאים באמצעות יצירת ירידת מתח על האלמנטים.

מהו מדד התנגדות חשמלית (יחידות 저ومة)?

היחידה בסיסית עבור 저ומת (ההתנגדות החשמלית נמדדת ב) אוהם ומיוצגת כΩ. יחידת האוהם (Ω) נקראת על שם הפיזיקאי והמתמטיקן הגרמני הגדול גאורג שימון אום.

במערכת היחידות הבינלאומית, אוהם שווה ל-1 וולט לאמפר. לכן,

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

לכן, 저ומה מודדת גם בוולט לאמפר.

저ומות מיוצרות ומוגדרות על פני טווח רחב של ערכים. לכן, היחידות הנגזרות של 저ומות מתאימות לערכיהן כגון מיליאוהם (1 mΩ = 10-3 Ω), קילווהם (1 kΩ = 103 Ω) ומגהוהם (1 MΩ = 106 Ω), וכדומה.

סמל מעגל של 저ومة חשמלית

ישנם שני סמלי מעגל עיקריים המשמשים עבור 저ומות חשמליות. הסמל הנפוץ ביותר ל저ומה הוא קו זיגזג המבוסס בצפון אמריקה.

הסמל השני למעגל של 저ומה הוא מלבן קטן הנפוץ באירופה ובאסיה, והוא מכונה הסמל הבינלאומי של 저ומה.

סמל המעגל של 저ומות כפי שמוצג בתמונה להלן.

תמונה של ווייברנד_1710134355893.png — סמל 저ومة

תמונה של ווייברנד_1710134362141.png — סמל 저ومة

저ומות בטור ובמקביל

נוסחת 저ומות בטור

המעגל שלהלן מציג מספר 저ומות n מחוברות בטור.

אם שתי או יותר 저ומות מחוברות בטור, אז התנגדות השקולה של ה저ומות המחוברות בטור שווה לסכום התנגדויותיהן הפרטיות.

מתמטית, זה מתבטא כך

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

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

במקרה של חיבור סדרתי, הזרם העובר דרך כל רזיסטור בודד נשאר קבוע (כלומר, הזרם דרך כל רזיסטור הוא אותו זרם).

דוגמה

כפי שמוצג במעגל להלן, שלושה רזיסטורים, 5 אום, 10 אום ו-15 אום, מחוברים בסדרה. מצא את התנגדות השקילה של הרזיסטורים המחוברים בסדרה.

פתרון:

נתונים: $R_1 = 5 \,\,\Omega, R_2 = 10 \,\,\Omega$ ו- $\,\,R_3 = 15 \,\,\Omega$

לפי הנוסחה,

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

כך, מקבלים את ההתנגדות השקולית של התנגדויות מחוברות בטור היא 30 אום.

(שימו לב שהדיאגרמה מעלה מציינת 25 אום. זהו טעות, התשובה הנכונה היא 30 אום)

נוסחת התנגדויות מקביליות

המעגל להלן מציג מספר התנגדויות n מחוברות מקבילית.

אם שתי התנגדויות או יותר מחוברות מקבילית, אז ההתנגדות השקולית של התנגדויות מקביליות שווה למינוס של סכום המינוסים של ההתנגדויות האינדיבידואליות.

מתמטית, זה מתבטא כך

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

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

בחיבור מקבילי, המתח שזורם דרך כל 저ומן פרטני נשאר קבוע (כלומר, המתח דרך כל 저ומן הוא אותו מתח).

חיבורי 저ומים (דוגמאות ליישום)

저ומן הגבלת זרם עבור LED

הגבלה של זרם היא חשובה מאוד ב-LED. אם זרם רב מדי זורם דרך LED, הוא ייפגוע. לכן, משתמשים ב-ז'ומן הגבלת זרם כדי להגביל או להפחית את הזרם שנכנס ל-LED.

ז'ומנים מגבילים זרם מחוברים בטור עם LED כדי להגביל את הזרם הזורם דרך LED לערך בטוח. למשל, כפי שמוצג בתמונה למטה, ז'ומן הגבלת הזרם מחובר בטור עם LED.

חישוב הערך הנדרש של ז'ומן הגבלת זרם

כאשר מחשבים את הערך של ז'ומן הגבלת זרם, יש לדעת שלוש תכונות או ערכים מאפיינים של LED:

מתח קדימה של LED (מתוך דף נתונים)
זרם קדימה מרבי של LED (מתוך דף נתונים)
VS = מתח אספקה

מתח הקדימה הוא המתח הנדרש להדלקת LED, והוא בדרך כלל בין 1.7 V ל-3.4 V, בהתאם לצבע של נורות ה-LED. הזרם הקדימה המרבי הוא הזרם המשך הזורם דרך LED, והוא בדרך כלל סביב 20 mA עבור LEDs בסיסיים.

כעת, ניתן לחשב את הערך הנדרש של המגבר מגביל זרם באמצעות המשוואה הבאה,

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

כאשר, $V_S$ = מתח ההספק

$V_F$ = מתח הקדימה

$I_F$ = זרם קדימה מקסימלי

בואו נראה דוגמה לחישוב הערך הנדרש של המגבר מגביל זרם באמצעות הנוסחה שמעל.

מגברי מתיחה

מגברי מתיחה הם מגברים המשמשים במעגלי לוגיקה אלקטרוניים כדי להבטיח מצב ידוע לסיגנל.

במילים אחרות, מגברי מתיחה משמשים כדי להבטיח שהחוט מתוח לרמת לוגית גבוהה כאשר אין תנאי קלט. מגבר מתיחה כלפי מטה עובד באופן דומה למגברי המתיחה, פרט לכך שהם מתיחים חוט לרמת לוגית נמוכה.

צ partagerים מודרניים, מיקרו-בקרות ושערי לוגיקה דיגיטליים יש להם הרבה פינים קלט ופלט, ואלה צריכים להיות מוגדרים נכון. לכן, משמשים רזיסטורים מחוברים כדי להבטיח שהפין הקלט של המיקרו-בקרה או שער הלוגיקה הדיגיטלי יהיה במצב ידוע.

רזיסטורים מחוברים משמשים בשילוב עם טרנזיסטורים, 스וויצ'ים, כפתורים וכדומה, שמתנתקים מהחיבור הפיזי של הרכיבים הבאים לקרקע או VCC. למשל, מעגל הרזיסטור המחובר מוצג בתמונה שלהלן.

企业微信截图_17101346272890.png — מעגל רזיסטור מחובר

企业微信截图_17101346341956.png — מעגל רזיסטור מחובר

כפי שמוצג, כאשר הסוויץ' סגור,ряжение входа (Vin) במיקרו-בקרה או בשער נופל לקרקע, וכאשר הסוויץ' פתוח,ряжение входа (Vin) במיקרו-בקרה או בשער מתנתק למתח הנכנס (Vin).

לכן, הרזיסטור המחובר יכול להפנות את הפין הקלט של המיקרו-בקרה או השער כאשר הסוויץ' פתוח. ללא רזיסטור מחובר, הקלטים במיקרו-בקרה או בשער היו צפים, כלומר במצב חסום גבוה.

ערך טיפוסי של רזיסטור מחובר הוא 4.7 kΩ אך הוא יכול להשתנות בהתאם ליישום.

ירידתряжение על פני רזיסטור

הירידתряжение על פני רזיסטור היא פשוט ערךряжение על פני הרזיסטור. ירידתряжение מכונה גם ירידת IR.

כפי שאנו יודעים, רזיסטור הוא אלמנט חשמלי.Passive providing electrical resistance to the flow of current. Thus, according to Ohm's law, it will create a voltage drop when the current passes through a resistor.

מטמתית, נפילה של מתח על 저ومة יכולה להיחשב כ-

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

סימן לנפילת מתח (נפילות מתח)

כדי לקבוע את הסימן לנפילת המתח על 저ومة, הכיוון של הזרם חשוב מאוד.

בהינתן 저ومة עם עמידות R בה זורם זרם (I) מהנקודה A לנקודה B, כפי שמוצג בתמונה שלהלן.

לכן, הנקודה A היא בעלת פוטנציאל גבוה יותר מהנקודה B. אם נוסע מהנקודה A לנקודה B, V = I R שלילי, כלומר, -I R (כלומר, ירידת פוטנציאל). באופן דומה, אם נוסע מהנקודה B לנקודה A, V = I R חיובי, כלומר, +I R (כלומר, עלייה בפוטנציאל).

לכן, ברור שהסימן של נפילת מתח על 저ومة תלוי בכיוון הזרם דרך אותה 저ومة.

קוד צבעים של 저ומות

קוד הצבעים של 저ומות משמש לאישור ערך התנגדות וטולרנס אחוז של כל 저ומות. קוד הצבעים של저ומות משתמש בפסים צבעוניים כדי לזהות אותם.

כפי שמוצג בתמונה שלהלן, יש ארבעה פסים צבעוניים הדפסים על הז'ומה. מתוך שלושת הפסים הדפסים זה לצד זה, והפס הרביעי הדפס מעט הרחק מהפס השלישי.

4 band resistor color code — קוד צבעים של ז'ומה עם ארבעה פסים

השניים הימנים ביותר משמאל מצביעים על ספרות משמעותיות, החגורה השלישית מצביעה על המוכפל העשרוני, והחגורה הרביעית מצביעה על הטווח.

5 band resistor code — קוד צבע של 저ומן בעל 5 חגורות

הטבלה שלהלן מציגה ספרות משמעותיות, מוכפל עשרוני וטווח עבור קידוד צבע שונה של 저ומנים.

נקודות מפתח:

החגורה הזהובה והכסופה תמיד ממוקמת לימין.
ערך ה저ומן תמיד נקרא משמאל לימין.
אם אין חגורה של טווח, מצא את הצד עם חגורה ליד פינה ועשה אותו לחגורה הראשונה.

דוגמה (איך לחשב ערך 저ומן?)

כפי שמוצג בתמונה למטה, ל 저ומן מקודד בצבע יש חוגר ראשון ירוק, שני כחול, שלישי אדום, ורביעי זהוב. מצא את המפרטים של ה 저ומן.

פתרון:

כפי שבטבלה של קידוד צבע של 저ומנים,

ירוק	כחול	אדום	זהב
5	6	102	${\pm 5}{\%}$

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

לכן ערך ההתנגדות הוא $5600\,\,\Omega$ עם סובלנות של ${\pm 5}{\%}$ .

לכן ערך ההתנגדות נמצא בין

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

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

לכן ערך ההתנגדות נמצא בין $5880\,\,\Omega$ ו- $5320\,\,\Omega$ .

קידוד תווים או אותיות (קוד RKM)

לפעמים, 저항ים יכולים להיות כל כך קטנים עד שהקידוד בצבע קשה ליישום. במקרים כאלה, משתמשים בקידוד תווים או אותיות לסוגי 저항ים. זהו גם מה שמכונה קוד RKM.

התווים המשמשים לקידוד저הנים הם R, K ו-M. כאשר יש תו בין שני מספרים עשרוניים, הוא פועל כנקודה עשרונית. לדוגמה, התו R מציין אומים, K מציין קילו-אומים, ו-M מציין מגה-אומים. נסתכל על דוגמאות לכך.

נגד	סימון אות
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

דוגמה – קוד אות או ספרה

הטולרנס מוצג כ

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

דוגמה – עוגן עם קוד אותיות:

נגד	סימון אות
$3.5\,\,\Omega {\pm 5}{\%}$	3R5J
$4.7\,\,\Omega {\pm 10}{\%}$	4R7K
$9.7\,\,M\Omega {\pm 2}{\%}$	9M7G

etypes of Resistors

ישנם סוגים שונים של 掞נגדים, כל אחד עם תכונות ייחודיות ומקרי שימוש ספציפיים.

קיימים שני סוגים בסיסיים של掞נגדים זמינים:掞נגדים קבועים ו掞נגדים משתנים. שני הסוגים מפורטים להלן.

掞נגדים קבועים

שנגדים קבועים הם הסוג הנפוץ ביותר של שנגדים. הם נמצאים בשימוש נרחב במעגלי אלקטרוניקה כדי להתאים ולרגל את התנאים הנכונים במעגל. הסוגים השונים של שנגדים קבועים מפורטים להלן.

שנגדים קרבון פריטים (שנגדים קרבון)
שנגדי קרבון פיל
שנגדי סרט קרבון
תרמיסטור (שנגד תרמי)
שנגדים מסיביים
שנגדים להתקנה על משטח
שנגדי סרט מתכת
שנגדי סרט אוקסיד מתכת
שנגדים בעובי סרט
שנגדים בעובי סרט דק
שנגדי פוליאסטר
שנגדים מרובעים
שנגדי מד אמפר (שנגד מדידת זרם)
שנגד רשת

שנגדים משתנים

שנגדים משתנים כוללים אלמנט שנגד קבוע אחד או יותר וגליל. אלה נותנים שלושה חיבורים לאלמנט; שניים מחוברים לאלמנט השנגד הקבוע, והשלישי הוא הגליל. על ידי הזזת הגליל למגעים שונים, ניתן לשנות את ערך ההתנגדות.

הסוגים השונים של שנגדים משתנים מפורטים להלן.

נגדים מתכווננים
פוטנציאומטרים
נגדים משתנים (ריאוסטאט)
קופסת עשור ניגוד (קופסת החלפת נגדים)
ואריסטורים (נגד לא ליניארי)
נגד תלוי אור (LDR) או פוטורזיסטור
טרימרים

etypes של נגדים מיוחדים כוללים:

נגד מים (ריאוסטאט מים, ריאוסטאט נוזלי)
נגד בלסט
נגד פנולית מוצקת
נגדי סרמט
נגדי טנטלום

מידות של נגדים (ערכים נפוצים ביותר של נגדים)

מידות של נגדים מאורגנות בסדרות שונות של ערכים סטנדרטיים של נגדים. בשנת 1952 החלטה קיבלה על ידי המועצה הבינלאומית לאלקטרוניקה לקבוע ערכים סטנדרטיים של התנגדות וסובלנות כדי להגדיל את התאימות בין רכיבים ולקלות את ייצור הנגדים.

הערכים הסטנדרטיים הללו מכונים סדרת E של הערכים המועדפים של IEC 60063. סדרות E אלו מסווגות כ-E12, E24, E48, E96 ו-E192 עם 12, 24, 48, 96 ו-192 עם ערכים שונים בכל עשור.

הערכים הנפוצים ביותר של הנגדים מופיעים להלן. מדובר בערכי הנגד הסטנדרטיים של E3, E6, E12 ו-E24.

סדרת הנגד הסטנדרטית E3:

סדרת הנגדים E3 הם הערכים הנפוצים ביותר של הנגדים המשמשים בתעשיית האלקטרוניקה.

1.0

2.2

4.7

סדרת המבנה E6 של התנגדויות:

סדרת התנגדויות E3 היא גם אחת מהנפוצות ביותר, והיא מספקת טווח רחב של ערכים נפוצים של התנגדויות.

1.0	1.5	2.2
3.3	4.7	6.8

סדרת הנגדים הסטנדרטית 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

סדרת המגנטים הסטנדרטית 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

הטולרנס של רזיסטור בדרך כלל מוגדר ב- ${\pm 20}{\%}$ , ${\pm 10}{\%}$ , ${\pm 5}{\%}$ , ${\pm 2}{\%}$ , ו- ${\pm 1}{\%}$ .

מה עשוי רזיסטור?

בהתאם ליישום, יש מגוון חומרים המשמשים לייצור רזיסטור.

רזיסטורים מיוצרים מפחם או נחושת, מה שמאכזיב את זרימת הזרם החשמלי דרך המעגל.
הסוג הנפוץ ביותר והרזיסטור הכללי הוא רזיסטור פחמתי המתאים ביותר למעגלי חשמל בעוצמה נמוכה.
הסплавים מנגנין וקונסטנטן משמשים לייצור רזיסטורים סלילים תקניים כיוון שיש להם עמידות גבוהה לזרם ומקדם טמפרטורה נמוך של התנגדות.
משטחים וסיבים של מנגנין משמשים לייצור עמידים כגון מַמְתִּיך שונטים, כיוון שהמנגנין כמעט אפס מקדם טמפרטורה של העמידות.
אליאי ניקל-נחושת-מנגן משמש לייצור עמידים סטנדרטיים; עמידים מסובלים, עמידים מסובלים מדוייקים וכדומה. האליאי מורכב מ: ניקל = 4%; נחושת = 84%; מנגן = 12%.

מה הם השימושים הנפוצים בעמיד (יישומים של עמיד)

חלק מהיישומים של העמיד כוללים:

עמידים משמשים ב מעריכים, מתנדים, מד מרובע דיגיטלי, מודולטורים, דמודולטורים, משדרים וכדומה.
פוטו-עמידים משמשים במערכות אזעקה, מכשירי גילוי להבות, מכשירי צילום וכדומה.
עמידים מסובלים משמשים בשונטים עם מד מתח כאשר נדרש רגישות גבוהה, שליטה מאוזנת בזרם ומדידה precisa.