Električni otpornik: Što je to i što radi? (Uključeni primjeri)

Polje: Osnovna elektrotehnika

China

Što je električni otpornik?

Otpornik (poznat i kao električni otpornik) definira se kao dvokrajnji pasivni električni element koji pruža električnu otpornost protoku struje. Otpornost je mjera otpora protoku struje u otporniku. Što je veća otpornost otpornika, to je veći prepreka protoku struje. Postoji mnogo različitih vrsta otpornika, poput termistora.

U električnim i elektroničkim krugovima, glavna funkcija otpornika je "otporiti" protoku elektrona, tj., električnoj struj. Zbog toga se zove "otpornik".

Otpornici su pasivni električni elementi. To znači da ne mogu dostavljati energiju krugu, a umjesto toga, prihvaćaju energiju i ispuštaju je u obliku toplote dok kroz njih teče struja.

Različiti otpornici koriste se u električnim i elektroničkim krugovima kako bi ograničili protok struje ili stvorili padove napona. Otpornici dostupni su u mnogo različitim vrijednostima otpornosti, od razlomaka Ohma (Ω) do milijuna Ohma.

Prema Ohmovom zakonu, napon (V) na otporniku je direktno proporcionalan struji (I) koja kroz njega teče. Gdje je otpornost R konstanta proporcionalnosti.

Što radi otpornik?

U električnim i elektroničkim krugovima otpornici se koriste za ograničavanje i regulaciju struje, podjelu napona, prilagođavanje nivoa signala, postavljanje polozajnih točaka aktivnih elemenata itd.

Na primjer, mnogi otpornici su spojeni u niz kako bi ograničili struju koja teče kroz svjetlodiodu (LED). Ostali primjeri su obrađeni ispod.

Zaštita od skokova napona

Snubber krug je gdje je serija kombinacija otpornika i kondenzatora spojena paralelno s tiristorom koji se koristi za potiskivanje brzog porasta napona na tiristoru. Ovo se naziva snubber krug koji se koristi za zaštitu tiristora od visokog $\frac{dv}{dt}$ .

Otpornici se također koriste za zaštitu LED svjetala od skokova napona. LED svjetla su osjetljiva na visoku električnu struju, stoga će biti oštećena ako se ne koristi otpornik za kontrolu protoka električne struje kroz LED.

Pružanje pravilnog napona stvaranjem padanja napona

Svaki element u električnom krugu, poput svjetla ili prekidača, zahtijeva određeni napon. Za to se koriste otpornici kako bi pružili pravilan napon stvaranjem padanja napona na elemente.

Što je električni otpor (jedinice otpornika)?

Jedinica SI sustava za otpornik (električni otpor se mjeri u) Ohmima, a predstavlja se kao Ω. Jedinica ohm (Ω) nosi ime po velikom njemačkom fizičaru i matematičaru Georgu Simonu Ohmu.

U SI sustavu, ohm je jednak 1 voltu po amperu. Stoga,

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

Stoga, otpornik se također mjeri u voltima po amperu.

Otpornici se proizvode i specifičiraju u širokom rasponu vrijednosti. Stoga, izvedene jedinice otpornika prilagođene su njihovim vrijednostima, poput miliohma (1 mΩ = 10-3 Ω), kiloohma (1 kΩ = 103 Ω) i megaohma (1 MΩ = 106 Ω) itd.

Simbol električnog otpornika u shemi

Postoje dva glavna simbola koji se koriste za električne otpornike. Najčešći simbol za otpornik je zicasta crta koja se široko koristi u Sjevernoj Americi.

Drugi simbol za otpornik je mali pravokutnik, široko korišten u Europi i Aziji, a to se naziva međunarodni simbol otpornika.

Simbol za otpornike prikazan je na slici ispod.

企业微信截图_1710134355893.png — Simbol otpornika

企业微信截图_1710134362141.png — Simbol otpornika

Otpornici nizovno i paralelno

Formula za otpornike nizovno povezane

Sljedeći strujački krug prikazuje nekoliko otpornika n povezanih nizovno.

Ako su dva ili više otpornika povezana nizovno, onda je ekvivalentni otpor nizovno povezanih otpornika jednak zbroju njihovih pojedinačnih otpora.

Matematički, to se izražava kao

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

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

U seriji spojeva, struja koja teče kroz svaki pojedinačni otpornik ostaje konstantna (tj. struja kroz svaki otpornik je ista).

Primjer

Kao što je prikazano na shemi ispod, tri otpornika, 5 Ω, 10 Ω i 15 Ω, su povezani u seriju. Pronađite ekvivalentni otpor serije povezanih otpornika.

Rješenje:

Dati podaci: $R_1 = 5 \,\,\Omega, R_2 = 10 \,\,\Omega$ i $\,\,R_3 = 15 \,\,\Omega$

Prema formuli,

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

Tako dobivamo ekvivalentni otpor serijalno povezanih otpornika od 30 Ω.

(napomena: shema strujne kruga iznad kaže 25 Ω. To je greška, točan odgovor je 30 Ω)

Formula za paralelno povezane otpornike

Sljedeći strujni krug prikazuje nekoliko otpornika n povezanih paralelno.

Ako su dva ili više otpornika povezana paralelno, tada je ekvivalentni otpor paralelno povezanih otpornika jednak recipročnoj vrijednosti zbroja recipročnih vrijednosti pojedinačnih otpora.

Matematički, to se izražava kao

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

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

U tokovom spoju, napetost kroz svaki pojedinačni otpornik ostaje konstantna (tj. napetost kroz svaki otpornik je ista).

Otpornički krugovi (Primjeri primjene)

Otpornik za ograničavanje toka LED-a

Ograničavanje toka u LED-u je izuzetno važno. Ako kroz LED prođe previše toka, on će biti oštećen. Stoga se koristi otpornik za ograničavanje toka kako bi se ograničio ili smanjio tok u LED.

Otpornici za ograničavanje toka povezuju se u niz sa LED-om kako bi se ograničio tok kroz LED na siguran nivo. Na primjer, kao što je prikazano na slici ispod, otpornik za ograničavanje toka povezan je u niz s LED-om.

Krug LED – Otpornik za ograničavanje toka

Izračunajte potreban vrijednost otpornika za ograničavanje toka

Pri izračunu vrijednosti otpornika za ograničavanje toka, moramo znati tri specifikacije ili karakteristike LED-a:

Napetost unaprijed LED-a (iz datoteke s podacima)
Maksimalni napredni tok LED-a (iz datoteke s podacima)
VS = napajajuća napetost

Napetost unaprijed je napetost potrebna da se LED upali, i obično se nalazi između 1,7 V do 3,4 V, ovisno o boji LED-a. Maksimalni napredni tok je neprekidni tok kroz LED, i obično iznosi oko 20 mA za osnovne LED-e.

Sada možemo izračunati potreban otpor ograničitelja struje koristeći sljedeću jednadžbu,

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

gdje, $V_S$ = napajajuće naponsko napon

$V_F$ = naponski pad pri prolazu struje

$I_F$ = maksimalna struja pri prolazu

Pogledajmo primjer izračuna potrebnog vrijednosti ograničitelja struje koristeći gornju formulu.

Ograničitelji struje za povlačenje

Ograničitelji struje za povlačenje su otpornici koji se koriste u elektroničkim logičkim krugovima kako bi se osiguralo poznato stanje signala.

Drugim riječima, ograničitelji struje za povlačenje se koriste kako bi se osiguralo da je žica povučena na visoku logičku razinu kada nema ulaznog stanja. Ograničitelj struje za spuštanje radi slično ograničiteljima struje za povlačenje, s tim što povlače žicu na nisku logičku razinu.

Savremeni IC-ovi, mikrokontroleri i digitalni logički klopci imaju mnogo ulaznih i izlaznih šipaka, a ti ulazi i izlazi moraju biti točno postavljeni. Stoga se koriste povlačne otpornike kako bi se osiguralo točno polariziranje ulaznog šipka mikrokontrolera ili digitalnog logičkog klopca na poznato stanje.

Povlačne otpornike koriste u kombinaciji s tranzistorima, prekidačima, gumbicima itd., koji prekidaju fizičku vezu slijedećih komponenti s zemljom ili VCC. Na primjer, shema povlačnog otpornika prikazana je na sljedećoj slici.

企业微信截图_17101346272890.png — Shema povlačnog otpornika

企业微信截图_17101346341956.png — Shema povlačnog otpornika

Kao što je prikazano, kada je prekidač zatvoren, ulazna napona (Vin) na mikrokontroleru ili klopcu ide na zemlju, a kada je prekidač otvoren, ulazna napona (Vin) na mikrokontroleru ili klopcu se povlači na razinu ulaznog napona (Vin).

Stoga može povlačiti ulazni šipak mikrokontrolera ili klopca kada je prekidač otvoren. Bez povlačnog otpornika, ulazi na mikrokontroleru ili klopcu bili bi u visokom impedančnom stanju, tj. u fluktuirajućem stanju.

Tipična vrijednost povlačnog otpornika je 4.7 kΩ, ali može varirati ovisno o primjeni.

Naponski pad na otporniku

Naponski pad na otporniku je ništa drugo do vrijednost napona na otporniku. Naponski pad također se naziva IR pad.

Kao što znamo, otpornik je pasivni električni element koji pruža električnu otpornost protoku struje. Prema Ohmovom zakonu, stvorit će naponski pad kada struja prođe kroz otpornik.

Matematički, pad napona na otporniku može se izraziti kao,

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

Oznaka za IR padove (padove napona)

Za određivanje oznake za padove napona na otporniku, vrlo je važan smjer struje.

Razmotrimo otpornik s otporom R kroz koji struja (I) teče od točke A do točke B, kao što je prikazano na slici ispod.

Stoga je točka A na višoj potencijali od točke B. Ako putujemo od A do B, V = I R negativno, tj. -I R (to jest, pad potencijala). Slično, ako putujemo od točke B do točke A, V = I R pozitivno, tj. +I R (to jest, porast potencijala).

Stoga je jasno da oznaka za pad napona na otporniku ovisi o smjeru struje kroz taj otpornik.

Bojne kodove otpornika

Bojne kodove otpornika koriste se za identifikaciju vrijednosti otpora i postotnog toleranciranja bilo kojeg otpornika. Bojne kode otpornika koriste bojene trake za njihovu identifikaciju.

Kao što je prikazano na slici ispod, na otporniku su ispisanje četiri bojne trake. Od tri trake su ispisanje jedna pored druge, a četvrta traka je ispisanje malo udaljena od treće trake.

4 band resistor color code — 4 trakasti bojni kod otpornika

Prve dvije trake s lijeve strane označavaju značajne znamenke, treća traka označava decimalni množitelj, a četvrta traka označava toleranciju.

5 band resistor code — Boja kod petopojasne otpornosti

Tablica ispod prikazuje značajne znamenke, decimalni množitelj i toleranciju za različite boje kodiranja otpornika.

Ključni točki:

Zlatna i srebrna traka uvijek su postavljene desno.
Vrijednost otpornika uvijek se čita s lijeva na desno.
Ako nema trake tolerancije, pronađite stranu s trakom blizu vodiča i uzmite tu kao prvu traku.

Primjer (Kako izračunati vrijednost otpornika?)

Kao što je prikazano na slici ispod, količnički otpornik s bojom ima prvi prsten zelene, drugi plave, treći crvene, a četvrti zlatne boje. Pronađite specifikacije otpornika.

Rješenje:

Prema tablici boje kodiranja otpornika,

Zelena	Plava	Crvena	Zlatna
5	6	102	${\pm 5}{\%}$

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

Stoga je vrijednost otpora $5600\,\,\Omega$ s ${\pm 5}{\%}$ tolerancijom.

Dakle, vrijednost otpora se nalazi između

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

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

Dakle, vrijednost otpora se nalazi između $5880\,\,\Omega$ i $5320\,\,\Omega$ .

Slovní ili slovni kod (RKM kod)

Ponekad otpornici mogu biti toliko mali da je teško primijeniti kodiranje bojama. U takvim slučajevima koristi se slovní ili slovni kod za specifikacije otpornika. To se također naziva RKM kod.

Znakovi koji se koriste za kodiranje otpornika su R, K i M. Kada postoji znak između dva decimalna broja, on djeluje kao decimalna točka. Na primjer, znak R označava ohmove, K kiloohmove, a M megaohmove. Pogledajmo primjere toga.

Otpor	Slovnica
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

Primjer – slovo ili broj za oznaku

Tolerancija se označava kao

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

Primjer – Otpornik s slovnom oznakom:

Vrste otpornika

Postoji mnogo vrsta otpornika, svaka s vlastitim jedinstvenim svojstvima i specifičnim primjenama.

Dostupne su dvije osnovne vrste otpornika: fiksni otpornici i promjenjivi otpornici. Obe vrste navedene su u nastavku.

Fiksni otpornici

Fiksni otpornici su najčešće korištena vrsta otpornika. Široko se koriste u elektroničkim krugovima za prilagodbu i regulaciju pravilnih uvjeta u krugu. Vrste fiksnih otpornika navedene su u nastavku.

Ugljični kompozitni otpornici (ugljični otpornici)
Ugljični stogovi otpornika
Ugljični folijski otpornici
Termistor (termički otpornik)
Žičani navijeni otpornici
Površinsko montirani otpornici
Metalni folijski otpornici
Oksidni metalni folijski otpornici
Debeli folijski otpornici
Tanaki folijski otpornici
Folijasti otpornici
Ispisani ugljični otpornici
Ammetrijski šuntovi otpornici (otpornici za mjerenje struje)
Mrežni otpornici

Promjenjivi otpornici

Promjenjivi otpornici sastoje se od jednog ili više fiksnih elemenata otpornika i klizača. Ovi daju tri spoja na element; dva su povezana s fiksnim elementom otpornika, a treći je klizač. Pomicanjem klizača na različite terminali možemo mijenjati vrijednost otpora.

Vrste promjenjivih otpornika navedene su u nastavku.

Prilagodljivi otpornici
Potenciometri
Varijabilni otpornici (Reostat)
Otpornički dekadske kutije (Zamjenska kutija za otpornike)
Varistori (Nelinearni otpornik)
Otpornik ovisan o svjetlosti (LDR) ili Fotoresistor
Trimmeri

Drugi specijalni vrste otpornika uključuju:

Vodeni otpornik (Voden reostat, Tečni reostat)
Balanstni otpornik
Fenolna otapana kompozitna otpornika
Cermet otpornici
Tantalni otpornici

Veličine otpornika (Najčešće vrijednosti otpornika)

Veličine otpornika su organizirane u skup različitih serija standardnih vrijednosti otpornika. Godine 1952. Međunarodna elektrotehnička komisija odlučila je utvrditi standardne vrijednosti otpora i tolerancije kako bi se povećala kompatibilnost između komponenti i olakšao proizvodnja otpornika.

Te standardne vrijednosti nazivaju se E serijom IEC 60063 preferiranih numeričkih vrijednosti. Ove E serije su klasificirane kao E12, E24, E48, E96 i E192 s 12, 24, 48, 96 i 192 različitim vrijednostima unutar svake dekade.

Najčešće vrijednosti otpornika navedene su u nastavku. To su E3, E6, E12 i E24 standardne vrijednosti otpornika.

E3 standardna serija otpornika:

E3 serija otpornika su najčešće vrijednosti otpornika koristene u elektroničkoj industriji.

1.0

2.2

4.7

E6 standardni niz otpornika:

Niz E3 otpornika također se najčešće koristi, te nudi širok spektar uobičajenih vrijednosti otpornika.

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

E12 serija standardnih otpornika:

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

E24 standardni niz otpornika:

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

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

Tolerancija otpornika obično se specificira ${\pm 20}{\%}$ , ${\pm 10}{\%}$ , ${\pm 5}{\%}$ , ${\pm 2}{\%}$ , i ${\pm 1}{\%}$ .

Od čega je napravljen otpornik?

U zavisnosti od primjene, koriste se različiti materijali za izradu otpornika.

Otpornici su izrađeni od ugljena ili bakra, što teško uspostavlja protok struje kroz krug.
Najčešći tip i općeniti otpornik je ugljeno-karbonijski otpornik, najprikladniji za elektroničke krugove niske snage.
Zaprežnice standardnih navojnih otpornika proizvode se od legura manganin i constantan, jer imaju visoku otpornost i niski koeficijent temperaturne ovisnosti otpornosti.
Manganin folija i žica koriste se za proizvodnju otpornika, poput ampermetra shunta, jer manganin ima gotovo nultu temperaturnu koeficijent otpora.
Legura nikl-bakar-mangan koristi se za proizvodnju standardnih otpornika; žičanih otpornika, preciznih žičanih otpornika itd. Ova legura ima sastav: Nikl = 4%; Bakar = 84%; Mangan = 12%.

Što su uobičajene primjene otpornika (Primjene otpornika)

Neki od primjena otpornika uključuju:

Otpornici se koriste u pojačalačima, oscilatorima, digitalnim multimetrima, modulatorima, demodulatorima, emitiranjima, itd.
Fotootpornici koriste se u alarmima protiv krađe, detektorima plamena, foto uređajima, itd.
Žičani otpornici koriste se u shuntu s ampermetrom gdje je potrebna visoka osjetljivost, balansirana kontrola struje i točno mjerenje.

Izvor: Electrical4u.

Izjava: Poštujte original, dobre članke vrijede podijeliti, ako postoji kršenje autorskih prava, molimo kontaktirajte za brisanje.

Daj nagradu i ohrabri autora

Teme:

Osnove elektrotehnike

Električni otpornik

O stručnjacima

Electrical4u

China