Elektrodaļa: Kas tā ir un ko tā darī? (Iekļauti piemēri)

Lauks: Pamata elektrotehnika

China

Kas ir elektroķērs?

Ķērs (arī pazīstams kā elektroķērs) ir definēts kā divtermiņu pasīva elektriskā elementa, kas nodrošina elektrisko pretestību strāvas plūsmai. Pretestība ir mērs, kas raksturo pretestību strāvas plūsmai ķērā. Jo lielāka ir ķēra pretestība, jo lielāka barjera pret strāvas plūsmu. Ir daudz dažādu ķēru veidu, piemēram, termistors.

Elektro un elektroniskajās shēmās ķēra galvenā funkcija ir “pretestīties” elektronu plūsmai, t.i., elektriskai strāvai. Tādēļ to sauc par “ķēru”.

Ķēri ir pasīvi elektriski elementi. Tas nozīmē, ka viņi nevar piegādāt enerģiju šķērsojumam, gan gan to viņi saņem enerģiju un izlaista to formā siltums, tik ilgi, kamēr caur to plūst strāva.

Dažādi ķēri tiek izmantoti elektro un elektroniskajās shēmās, lai ierobežotu strāvas plūsmu vai radītu sprieguma samazinājumu. Ķēri ir pieejami daudzās dažādās pretestības vērtībās no Ohma (Ω) daļām līdz miljoniem Ohmu.

Pēc Ohma likuma, spriegums (V) pāri ķēram ir tieši proporcionāls strāvai (I), kas plūst caur to. Kur pretestība R ir proporcionalitātes konstante.

Ko dara ķērs?

Elektro- un elektroniskajās shēmās rezistori tiek izmantoti, lai ierobežotu un regulētu strāvas plūsmu, sadalītu spriegumu, pielāgotu signālu līmeņus, nomākot aktīvās elementus utt.

Piemēram, daudzi rezistori, kas savienoti virkni, tiek izmantoti, lai ierobežotu strāvas plūsmu caur gaismas diodu (LED). Citus piemērus apspriežam zemāk.

Aizsargāt pret sprieguma pieaugumiem

Apjukšanas shēma, kurā sērijā savienots rezisors un kapacitors, tiek savienota paralēli ar tiristoru, lai apkarotu ātru sprieguma pieaugumu pār tiristoru. Tas ir zināms kā apjukšanas shēma, kas aizsargā tiristoru no augsta $\frac{dv}{dt}$ .

Rezistori tiek arī izmantoti, lai aizsargātu LED gaisma pret sprieguma pieaugumiem. LED gaisma ir jūtīga pret augstu elektrostrāvu, un tāpēc tā bojātos, ja netiek izmantots rezisors, lai kontrolētu elektrostrāvas plūsmu caur LED.

Sniedziet pareizo spriegumu, izveidojot sprieguma kritumu

Katrais elements elektroshēmā, piemēram, gaisma vai slēdzene, prasa konkrētu spriegumu. Tādēļ rezistori tiek izmantoti, lai nodrošinātu pareizo spriegumu, izveidojot sprieguma kritumu pār elementiem.

Kā mēra elektriskā pretestība (pretestības vienībās)?

Pretestības SI vienība ir om (Ω). Om (Ω) ir nosaukts godinot lielisko vācu fiziku un matemātiķi Džordža Simonu Ohmu.

SI sistēmā om ir vienāds ar 1 voltu uz amperu. Tātad,

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

Tādējādi, pretestība tiek mērīta arī voltu uz amperu.

Pretestības elementi tiek ražoti un norādīti plašā vērtību diapazonā. Tāpēc, pretestības dervētās vienības tiek izveidotas atbilstoši to vērtībām, piemēram, milioniom (1 mΩ = 10-3 Ω), kiloom (1 kΩ = 103 Ω) un megaiom (1 MΩ = 106 Ω) utt.

Elektriskā pretestības elementa shēma

Ir divas galvenās shēmas, kas izmantotas elektriskajiem pretestības elementiem. Visizplatītākā pretestības elementa shēma ir zigzag līnija, kuru plaši izmanto Pieliecībā.

Otra pretestības elementa shēma ir maza taisnstūra forma, ko plaši izmanto Eiropā un Āzijā, un šo sauc par starptautisko pretestības elementa shēmu.

Pretestības elementa shēmas redzamas attēlā zemāk.

Uzņēmuma WeChat skatiņš_1710134355893.png — Rezistora simbols

Uzņēmuma WeChat skatiņš_1710134362141.png — Rezistora simbols

Sarindotas un paralēlas rezistoru virknes

Sarindoto rezistoru formula

Apakšā esošajā shēmā ir parādīti vairāki sarindotie rezistori n.

Ja divi vai vairāk rezistori ir savienoti sarindoti, tad šo sarindoto rezistoru ekvivalentais upurisms ir vienāds ar to individuālo upurismu summu.

Matemātiski tas izsaka kā

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

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

Sērijas savienojumā caur katru individuālo rezistoru protējošais strāvas stoks paliek nemainīgs (t.i., caur katru rezitoru protējošais strāvas stoks ir vienāds).

Piemērs

Kā redzams zemāk esošajā shēmā, trīs rezitori - 5 Ω, 10 Ω un 15 Ω - ir savienoti sērijā. Atrisiniet šo sērijas savienojuma ekvivalento rezistenci.

Risinājums:

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

Pēc formulas,

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

Tādējādi, mēs iegūstam, ka seriāli savienotu rezistoru ekvivalentais upuriekārs ir 30 Ω.

(ievērojiet, ka augšējā shēma norāda 25 Ω. Tas ir tipogrāfiskā kļūda, pareizā atbilde ir 30 Ω)

Rezistoru paralēlais savienojums

Apakšā esošajā shēmā ir parādīts skaita n rezistoru paralēlais savienojums.

Ja divi vai vairāk rezistori ir savienoti paralēli, tad šo paralēli savienoto rezistoru ekvivalentais upuriekārs ir vienāds ar reciprokā vērtībām individuālo upuriekāru summas reciprokā vērtība.

Matemātiski tas izsaka ar

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

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

Paralēlā savienojumā caur katru individuālo rezistoru protokājošais spriegums paliek nemainīgs (t.i., caur katru rezitoru protokājošais spriegums ir vienāds).

Rezistora shēmas (piemēra lietojumi)

LED strāvas ierobežojošs rezisors

Strāvas ierobežošana LED ir ļoti svarīga. Ja pārāk daudz strāvas protokājas caur LED, tā var bojāties. Tāpēc tiek izmantots strāvas ierobežojošs rezisors, lai ierobežotu vai samazinātu strāvu LED.

Strāvas ierobežojošie rezistori tiek savienoti seriāli ar LED, lai ierobežotu strāvu caur LED līdz drošai vērtībai. Piemēram, kā redzams attēlā zemāk, strāvas ierobežojošais rezisors ir savienots seriāli ar LED.

LED – Strāvas ierobežojoša rezistora shēma

Aprēķini nepieciešamās strāvas ierobežojošā rezistora vērtības

Aprēķinot strāvas ierobežojošā rezistora vērtību, mums jāzina trīs LED specifikācijas vai raksturojošas vērtības:

LED priekšspriegums (no datu lapas)
LED maksimālais priekšsprieguma strāva (no datu lapas)
VS = piegādes spriegums

Priekšspriegums ir spriegums, kas nepieciešams, lai LED darbotos, un tas parasti atrodas starp 1,7 V un 3,4 V, atkarībā no LED gaismas krāsas. Maksimālā priekšsprieguma strāva ir nepārtraukta strāva, kas protokājoša caur LED, un parasti tā ir aptuveni 20 mA standarta LED.

Tagad varams aprēķināt nepieciešamo straumes ierobežojošā rezistora vērtību, izmantojot šādu vienādojumu,

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

Kur, $V_S$ = piegādes spriegums

$V_F$ = priekšvirziena spriegums

$I_F$ = maksimālā priekšvirziena strāva

Apskatīsim piemēru, kā aprēķināt nepieciešamo straumes ierobežojošā rezistora vērtību, izmantojot minēto formulu.

Virzienrobiniekta rezistori

Virzienrobiniekta rezistori tiek izmantoti elektroniskajos loģikas shēmās, lai nodrošinātu zināmu signāla stāvokli.

Citiem vārdiem sakot, virzienrobiniekta rezistori tiek izmantoti, lai nodrošinātu, ka vads tiek novilkt uz augstu loģisko līmeni, ja nav ievades stāvokļa. Nolaižamais rezistors darbojas līdzīgi virzienrobiniekta rezistoriem, izņemot to, ka tie novilka vadu uz zemu loģisko līmeni.

Modernieks IC, mikrokontrolleri un digitālie loģikas vārti ir daudz ievades un izvades kontakti, un šiem ievadiem un izvadēm jābūt pareizi iestatītiem. Tāpēc tiek izmantoti izvelkšanas rezistori, lai nodrošinātu pareizu iebiedēšanu mikrokontrollera vai digitālo loģikas vārta ievadei zināmā stāvoklī.

Izvelkšanas rezistori tiek izmantoti kombinācijā ar transistoriem, pārslēgumiem, pogām utt., kuri pārtrauc fizisko savienojumu ar zemi vai VCC. Piemēram, izvelkšanas rezistora shēma ir parādīta zemāk esošajā attēlā.

企业微信截图_17101346272890.png — Izvelkšanas rezistora shēma

企业微信截图_17101346341956.png — Izvelkšanas rezistora shēma

Kā redzams, kad pārslēgums ir aizvērts, mikrokontrollera vai vārta ievades spriegums (Vin) samazinās līdz zemei, un kad pārslēgums ir atvērts, mikrokontrollera vai vārta ievades spriegums (Vin) tiek izvelkts uz ievades sprieguma (Vin) līmeni.

Tāpēc, izvelkšanas rezistors var iebiedēt mikrokontrollera ievades kontaktu vai vārtu, kad pārslēgums ir atvērts. Bez izvelkšanas rezistora, mikrokontrollera vai vārta ievādes būtu plauktājošas, t.i., augstā impedancijas stāvoklī.

Parastais izvelkšanas rezistora vērtība ir 4,7 kΩ, bet tā var mainīties atkarībā no lietojuma.

Sprieguma pazemināšanās caur rezistoru

Sprieguma pazemināšanās caur rezistoru nav neko cits kā vienkārši sprieguma vērtība caur rezistoru. Sprieguma pazemināšanās tiek arī saukta par IR pazemināšanos.

Kā zināms, rezistors ir pasīvais elektriskais elements, kas sniedz elektrisko pretestību strāvas plūsmai. Tāpēc, saskaņā ar Om likumu, tiks radīta sprieguma pazemināšanās, kad strāva nonāk caur rezistoru.

Matemātiski, sprieguma kritums uz rezistora var tikt izteikts kā,

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

Zīme IR kritumiem (sprieguma kritumi)

Lai noteiktu zīmi sprieguma kritumam uz rezistora, strāvas virzienšķirība ir ļoti svarīga.

Apcerēsim rezistoru ar pretestību R, caur kuru strāva (I) plūst no punkta A līdz punktam B, kā attēlota zīmējumā zemāk.

Tādēļ, punkts A atrodas augstākā potenciālā nekā punkts B. Ja dodamies no A uz B, V = I R negatīvs, t.i., -I R (tas ir, potenciāla pazemināšanās). Līdzīgi, ja dodamies no punkta B uz punktu A, V = I R pozitīvs, t.i., +I R (tas ir, potenciāla paaugstināšanās).

Tātad, ir skaidrs, ka sprieguma krituma zīme uz rezistora atkarīga no strāvas virziena caur šo rezistoru.

Rezistora krāsu kodi

Rezistora krāsu kodi tiek izmantoti, lai identificētu rezistīvās vērtības un procentuālo toleranci jebkura rezistora gadījumā. Rezistora krāsu kodi izmanto krāsainus joslas, lai tos identificētu.

Kā attēlota zīmējumā zemāk, rezistora ir piecītās četras krāsu joslas. No trim joslām ir piecietas blakus viena otrai, bet ceturtā josla ir piecietā nedaudz attālāk no trešās joslas.

4 band resistor color code — 4 joslu rezistora krāsu kods

Pirmiešķī aļņu virsmā no kreisās puses norāda nozīmīgos ciparus, trešais aļņu virsmā norāda decimālo reizinātāju, un ceturtais aļņu virsmā norāda toleranci.

5 band resistor code — Rezistora krāsu kods ar 5 jostām

Apakšā esošajā tabulā ir parādīti nozīmīgie cipari, decimālie reizinātāji un tolerances dažādām rezistoru krāsu kodēm.

Galvenie punkti:

Zelta un sarkanā josta vienmēr tiek novietota pa labi.
Rezistora vērtību vienmēr nolasī no kreisās uz labo pusi.
Ja nav tolerances jostas, meklē pusi, kurā josta atrodas tuvāk kontaktam, un padara to par pirmo jostu.

Piemērs (Kā aprēķināt rezistora vērtību?)

Kā redzams attēlā zemāk, uglekļa krāsu kodēts rezisors ir ar pirmo zaļo, otru zilu, trešo sarkanu un ceturtu dzelteno jostu. Atrodi rezistora specifikācijas.

Risinājums:

Saskaņā ar rezistoru krāsu koda tabulu,

Zaļš	Zils	Sarkans	Dzeltens
5	6	102	${\pm 5}{\%}$

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

Tātad, pretestības vērtība ir $5600\,\,\Omega$ ar ${\pm 5}{\%}$ toleranci.

Tātad, pretestības vērtība atrodas starp

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

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

Tātad, pretestības vērtība atrodas starp $5880\,\,\Omega$ un $5320\,\,\Omega$ .

Rakstzīmes vai burtu kodēšana (RKM kods)

Dažreiz rezistori var būt tik mazi, ka krāsu kodēšanas pielietošana ir grūta. Tādās situācijās tiek izmantota rakstzīmju vai burto kodēšana rezistoru specifikācijām. To arī sauc par RKM kodu.

Rakstzīmes, kas tiek izmantotas rezistoru kodēšanai, ir R, K un M. Ja starp diviem decimālskaitļiem atrodas rakstzīme, tā darbojas kā decimālpunkts. Piemēram, rakstzīme R norāda omus, K norāda kiloomus, bet M norāda megomus. Apskatīsim šīs piemērus.

Rezistors	Burtu kods
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

Piemērs – Burtu vai ciparu kods

Tolerances tiek norādītas kā

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

Piemērs – Rezistors ar burtu kodu:

Rezistoru veidi

Ir dažādi rezistoru veidi, katra ar saviem unikālajiem īpašībām un specifiskām lietojuma situācijām.

Ir pieejami divi pamata rezistoru veidi: fiksēti rezistori un maināmi rezistori. Abi veidi ir uzskaitīti zemāk.

Fiksēti rezistori

Fiksētie rezistori ir visizplatītākie rezistoru veidi. Tie tiek plaši izmantoti elektronikas shēmās, lai pielāgotu un regulētu pareizas apstākļus šķērsējā. Fiksēto rezistoru veidi ir uzskaitīti zemāk.

Ogļu kompozīcijas rezistori (ogļu rezistori)
Ogļu pilī rezistori
Ogļu filmas rezistori
Termistors (termiskais rezisors)
Draudzaini ievietoti rezistori
Povirsma montēti rezistori
Metāla filmas rezistori
Metāla oksīda filmas rezistori
Tiešās filmas rezistori
Sievas filmas rezistori
Folia rezistori
Drukāti ogļu rezistori
Ammetres šunts rezistors (strāvas uztveres rezistors)
Režģa rezistors

Maināmi rezistori

Maināmie rezistori sastāv no viena vai vairākiem fiksētiem rezistoru elementiem un slīdnī. Šie nodrošina trīs savienojumus ar elementu; divi ir savienoti ar fiksēto rezistoru elementu, bet trešais ir slīdnis. Pārvietojot slīdni uz dažādām kontaktpunktām, mēs varam maiņot rezistances vērtību.

Maināmo rezistoru veidi ir uzskaitīti zemāk.

Regulējamie rezistori
Potenciometri
Maināmie rezistori (Reostāts)
Rezistances desmitdesmitnieka kastīte (Rezistora aizstāšanas kastīte)
Varistori (Nelineārs rezisors)
Gaisma atkarīgs rezisors (LDR) vai fotorezisors
Trimmeri

Citi speciālie rezistoru veidi ietver:

Ūdens rezisors (Ūdens reostāts, Ūdens reostāts)
Ballastrētājs
Fenola formētais kompakts rezisors
Cermet rezistori
Tantaluma rezistori

Rezistoru izmēri (visbiežāk sastopamās rezistoru vērtības)

Rezistoru izmēri ir organizēti dažādos standarta rezistoru vērtību rindās. 1952. gadā Starptautiskā elektrotehnisko standartu komisija (IEC) nolēma noteikt standarta rezistences un tolerancijas vērtības, lai palielinātu komponentu savietojamību un vieglāk izgatavotu rezistorus.

Šīs standarta vērtības tiek sauktas par IEC 60063 preferēto skaitļu vērtībām E rindā. Šīs E rindas ir klasificētas kā E12, E24, E48, E96 un E192 ar 12, 24, 48, 96 un 192 dažādām vērtībām katrā desmitdesmitnieka rindā.

Visbiežāk sastopamās rezistoru vērtības ir uzskaitītas zemāk. Tas ir E3, E6, E12 un E24 standarta rezistoru vērtības.

E3 standarta rezistoru rinda:

E3 rezistoru rinda ir visbiežāk izmantotās rezistoru vērtības elektronikas nozarē.

1,0

2,2

4,7

E6 standarta rezistoru sērija:

Arī E3 rezistoru sērija tiek visbiežāk izmantota, un tā nodrošina plašu bieži izmantoto rezistoru vērtību klāstu.

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

E12 standarta reistoru sērija:

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 standarta rezistoru sērija:

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

Rezistoru tolerancēs parasti norādītas kā ${\pm 20}{\%}$ , ${\pm 10}{\%}$ , ${\pm 5}{\%}$ , ${\pm 2}{\%}$ , un ${\pm 1}{\%}$ .

No kurš materiāls tiek izmantots rezistoru ražošanā?

Atkarībā no lietojuma, rezistorus var izgatavot no dažādiem materiāliem.

Rezistori tiek izgatavoti no uglekļa vai meda, kas grūtina elektriskā strāvas plūsmu caur shēmu.
Visizplatītākais un vispārējas lietošanas rezisors ir uglekļa rezisors, kas labi piemērots zemas jaudas elektronikas shēmām.
Manganīna un konstantāna savienojumi tiek izmantoti standarta vadiņu apvijumu rezistoru ražošanā, jo tiem ir augsta pretestība un zema temperatūras koeficients.
Manganīna folija un drāta tiek izmantotas rezistoru ražošanā, piemēram, ampermetru shunts, jo manganīna temperatūras koeficients ir gandrīz nulle resistances temperatūras koeficientam.
Nikela-kopra-mangāna alliāns tiek izmantots standarta rezistoru ražošanai; drātas rezistori, precīzi drātas rezistori utt. Šis alliāns sastāv no: Nikels = 4%; Kupra = 84%; Mangāns = 12%.

Kādi ir biežākie rezistoru lietojumi (rezistoru pielietojumi)

Daži no rezistoru pielietojumiem ietver:

Rezistori tiek izmantoti pastiprinātājos, oscillators, digitālie multimeters, modulators, demodulators, transmitters utt.
Fotoresistori tiek izmantoti īstenošanas signalizēšanā, liesmas detektors, fotogrāfiskos ierīcēs utt.
Drātas rezistori tiek izmantoti shuntā ar ampermetru, kad nepieciešama augsta jūtība, līdzsvarota strāvas kontrole un precīzs mērījums.