Penahan Elektrik: Apa Itu dan Apa Fungsinya? (Contoh Termasuk)

Medan: Elektrik Asas

China

Apakah Resistor Elektrik?

Resistor (juga dikenali sebagai resistor elektrik) ditakrifkan sebagai elemen elektrik pasif dua terminal yang menyediakan elemen elektrik pasif yang memberikan rintangan elektrik kepada aliran arus. Rintangan adalah ukuran penentangan terhadap aliran arus dalam resistor. Semakin besar rintangan resistor, semakin besar penghalang terhadap aliran arus. Terdapat banyak jenis jenis resistor, seperti termistor.

Dalam litar elektrik dan elektronik, fungsi utama resistor adalah untuk "menahan" aliran elektron, iaitu arus elektrik. Itulah sebabnya ia dipanggil "resistor".

Resistor adalah elemen elektrik pasif. Ini bermaksud mereka tidak dapat memberikan tenaga ke litar, dan sebaliknya, mereka menerima tenaga dan menghabiskannya dalam bentuk haba selagi arus mengalir melaluinya.

Resistor yang berbeza digunakan dalam litar elektrik dan elektronik untuk membatasi aliran arus atau menghasilkan penurunan voltan. Resistor tersedia dalam pelbagai nilai rintangan dari pecahan Ohm (Ω) hingga jutaan Ohm.

Menurut hukum ohm, voltan (V) di seberang resistor adalah berbanding lurus dengan arus (I) yang mengalir melaluinya. Di mana rintangan R adalah pemalar proporsional.

Apa yang Dilakukan Resistor?

Dalam litar elektrik dan elektronik, resistor digunakan untuk menghadkan dan mengawal aliran arus, membahagikan voltan, menyesuaikan tahap isyarat, membiaskan elemen aktif, dll.

Sebagai contoh, banyak resistor disambung secara siri digunakan untuk menghadkan aliran arus melalui diod pemancar cahaya (LED). Contoh lain dibincangkan di bawah.

Perlindungan Terhadap Lonjakan Voltan

Litar snubber adalah kombinasi siri resistor dan kapasitor yang disambung selari dengan thyristor untuk menekan peningkatan cepat voltan di seberang thyristor. Ini dikenali sebagai litar snubber yang digunakan untuk melindungi thyristor daripada lonjakan voltan tinggi $\frac{dv}{dt}$ .

Resistor juga digunakan untuk melindungi lampu LED daripada lonjakan voltan. Lampu LED sensitif terhadap arus elektrik yang tinggi, dan oleh itu akan rosak jika resistor tidak digunakan untuk mengawal aliran arus elektrik melalui LED.

Menghasilkan Voltan yang Sesuai Melalui Penurunan Voltan

Setiap elemen dalam litar elektrik, seperti lampu atau suis, memerlukan voltan tertentu. Untuk itu, resistor digunakan untuk memberikan voltan yang sesuai dengan mencipta penurunan voltan di seberang elemen-elemen tersebut.

Apa yang Diukur dalam Rintangan Elektrik (Unit Resistor)?

Unit SI untuk resistor (rintangan elektrik diukur dalam) Ohm dan ditandakan sebagai Ω. Unit ohm (Ω) dinamakan sempena ahli fizik dan matematik Jerman yang hebat, Georg Simon Ohm.

Dalam sistem SI, satu ohm adalah bersamaan dengan 1 volt per ampere. Oleh itu,

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

Oleh itu, resistor juga diukur dalam volt per ampere.

Resistor dibuat dan ditentukan dalam julat nilai yang luas. Oleh itu, unit terbitan resistor dibuat mengikut nilai mereka seperti milliohm (1 mΩ = 10-3 Ω), kiloohm (1 kΩ = 103 Ω) dan megaohm (1 MΩ = 106 Ω), dan lain-lain.

Simbol Litar Resistor Elektrik

Terdapat dua simbol litar utama yang digunakan untuk resistor elektrik. Simbol paling biasa untuk resistor adalah garis zig-zag yang secara meluas digunakan di Amerika Utara.

Simbol litar lain untuk resistor adalah segi empat kecil yang secara meluas digunakan di Eropah dan Asia, dan ini dikenali sebagai simbol resistor antarabangsa.

Simbol litar untuk resistor ditunjukkan dalam gambar di bawah.

企业微信截图_1710134355893.png — Simbol Resistor

企业微信截图_1710134362141.png — Simbol Resistor

Resistor Seri dan Selari

Rumus Resistor Seri

Litar di bawah menunjukkan beberapa resistor n yang disambungkan secara seri.

Jika dua atau lebih resistor disambungkan secara seri, maka rintangan setara bagi resistor yang disambungkan secara seri adalah sama dengan jumlah rintangan individu mereka.

Secara matematik, ini dinyatakan sebagai

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

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

Dalam sambungan siri, arus yang mengalir melalui setiap perintang individu kekal malar (iaitu, arus melalui setiap perintang adalah sama).

Contoh

Seperti yang ditunjukkan dalam litar di bawah, tiga perintang, 5 Ω, 10 Ω, dan 15 Ω, disambungkan secara siri. Cari rintangan setara bagi perintang-perintang yang disambungkan secara siri.

Penyelesaian:

Data yang diberikan: $R_1 = 5 \,\,\Omega, R_2 = 10 \,\,\Omega$ dan $\,\,R_3 = 15 \,\,\Omega$

Berdasarkan formula,

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

Oleh itu, kita mendapatkan rintangan setara untuk pemangkin yang disambung secara siri adalah 30 Ω.

(perhatikan bahawa rajah litar di atas menyatakan 25 Ω. Ini adalah kesalahan taip, jawapan yang betul adalah 30 Ω)

Rumus Pemangkin Paralel

Rajah di bawah menunjukkan beberapa pemangkin n yang disambung secara paralel.

Jika dua atau lebih pemangkin disambung secara paralel, maka rintangan setara bagi pemangkin yang disambung secara paralel adalah sama dengan kebalikan jumlah kebalikan rintangan individu.

Secara matematik, ini dinyatakan sebagai

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

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

Dalam sambungan selari voltan yang mengalir melalui setiap perintang individu kekal malar (i.e. voltan melalui setiap perintang adalah sama).

Litar Perintang (Contoh Penggunaan)

Perintang Pembatas Arus LED

Pembatasan arus sangat penting dalam LED. Jika terlalu banyak arus mengalir melalui LED ia akan rosak. Oleh itu perintang pembatas arus digunakan untuk membatasi atau mengurangkan arus ke dalam LED.

Perintang pembatas arus disambungkan secara siri dengan LED untuk membatasi arus yang mengalir melalui LED kepada nilai yang selamat. Sebagai contoh seperti ditunjukkan dalam gambar di bawah perintang pembatas arus disambungkan secara siri dengan LED.

Kira Nilai Yang Diperlukan Untuk Perintang Pembatas Arus

Semasa mengira nilai perintang pembatas arus kita perlu mengetahui tiga spesifikasi atau nilai ciri LED:

Voltan maju LED (dari lembaran data)
Arus maju maksimum LED (dari lembaran data)
VS = voltan bekalan

Voltan maju adalah voltan yang diperlukan untuk menghidupkan LED dan biasanya antara 1.7 V hingga 3.4 V bergantung pada warna LED. Arus maju maksimum adalah arus berterusan yang mengalir melalui LED dan biasanya sekitar 20 mA untuk LED asas.

Sekarang, kita boleh mengira nilai yang diperlukan untuk resistor pembatas arus menggunakan persamaan berikut,

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

Di mana, $V_S$ = Voltan Bekalan

$V_F$ = Voltan Maju

$I_F$ = arus maju maksimum

Mari kita lihat contoh pengiraan nilai yang diperlukan untuk resistor pembatas arus menggunakan formula di atas.

Resistor Penarik

Resistor penarik adalah resistor yang digunakan dalam litar logik elektronik untuk memastikan keadaan yang diketahui bagi isyarat tersebut.

Dengan kata lain, resistor penarik digunakan untuk memastikan bahawa wayar itu ditarik ke tahap logik tinggi apabila tiada keadaan input. Resistor penarik bawah bekerja serupa dengan resistor penarik, hanya sahaja ia menarik wayar ke tahap logik rendah.

IC moden, mikrokontroler, dan gerbang logik digital mempunyai banyak pin input dan output, dan input serta output ini perlu ditetapkan dengan betul. Oleh itu, resistor pull-up digunakan untuk memastikan biasan input pin mikrokontroler atau input gerbang logik digital ke keadaan yang diketahui.

Resistor pull-up digunakan bersama-sama dengan transistor, pemutus litar, butang, dll., yang mengganggu sambungan fizikal komponen seterusnya ke tanah atau VCC. Sebagai contoh, litar resistor pull-up ditunjukkan dalam gambar di bawah.

企业微信截图_17101346272890.png — Litar Resistor Pull-Up

企业微信截图_17101346341956.png — Litar Resistor Pull-Up

Seperti yang ditunjukkan, apabila pemutus litar ditutup, voltan input (Vin) pada mikrokontroler atau gerbang pergi ke tanah, dan apabila pemutus litar dibuka, voltan input (Vin) pada mikrokontroler atau gerbang ditarik naik ke tahap voltan input (Vin).

Oleh itu, resistor pull-up boleh membias input pin mikrokontroler atau gerbang apabila pemutus litar dibuka. Tanpa resistor pull-up, input pada mikrokontroler atau gerbang akan mengapung, iaitu dalam keadaan rintangan tinggi.

Nilai biasa resistor pull-up adalah 4.7 kΩ tetapi ia boleh berbeza bergantung pada aplikasi.

Jatuh Rintangan Voltan Melalui Resistor

Jatuh rintangan voltan melalui resistor hanyalah nilai voltan melalui resistor tersebut. Jatuh rintangan voltan juga dikenali sebagai jatuh rintangan IR.

Seperti yang kita tahu, resistor adalah elemen elektrik pasif yang memberikan rintangan elektrik terhadap aliran arus. Oleh itu, mengikut undang-undang Ohm, ia akan mencipta jatuh rintangan voltan apabila arus melalui resistor.

Secara matematik, penurunan voltan melalui resistor boleh diungkapkan sebagai,

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

Tanda untuk Penurunan Voltan (IR Drops)

Untuk menentukan tanda penurunan voltan melalui resistor, arah arus adalah sangat penting.

Pertimbangkan sebuah resistor dengan rintangan R di mana arus (I) mengalir dari titik A ke titik B, seperti yang ditunjukkan dalam gambar di bawah ini.

Oleh itu, titik A berada pada potensial yang lebih tinggi daripada titik B. Jika kita bergerak dari A ke B, V = I R negatif, iaitu -I R (iaitu, jatuh dalam potensial). Begitu juga, jika kita bergerak dari titik B ke titik A, V = I R positif, iaitu +I R (iaitu, naik dalam potensial).

Oleh itu, jelas bahawa tanda penurunan voltan melalui resistor bergantung pada arah arus melalui resistor tersebut.

Kod Warna Resistor

Kod warna resistor digunakan untuk mengenal pasti nilai rintangan atau resistansi dan toleransi peratusan sebarang resistor. Kod warna resistor menggunakan band warna untuk mengenal pastinya.

Seperti yang ditunjukkan dalam gambar di bawah, terdapat empat band warna dicetak pada resistor. Dari tiga band dicetak bersebelahan, dan band keempat dicetak sedikit jauh dari band ketiga.

4 band resistor color code — Kod Warna Resistor 4 Band

Dua jalur pertama dari sisi kiri menunjukkan angka signifikan, jalur ketiga menunjukkan pengganda desimal, dan jalur keempat menunjukkan toleransi.

5 band resistor code — Kod Warna Rintangan 5 Jalur

Jadual di bawah menunjukkan angka signifikan, pengganda desimal, dan toleransi untuk kod warna rintangan yang berbeza.

Titik Utama:

Jalur Emas dan Perak selalu diletakkan di sebelah kanan.
Nilai rintangan selalu dibaca dari kiri ke kanan.
Jika tiada jalur toleransi, cari sisi dengan jalur dekat dengan utas dan buat itu sebagai jalur pertama.

Contoh (Bagaimana Mengira Nilai Rintangan?)

Seperti ditunjukkan dalam gambar di bawah, rintangan berkode warna karbon mempunyai cincin pertama hijau, kedua biru, ketiga merah, dan keempat berwarna emas. Cari spesifikasi rintangan tersebut.

Penyelesaian:

Berdasarkan jadual kod warna rintangan,

Hijau	Biru	Merah	Emas
5	6	102	${\pm 5}{\%}$

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

Oleh itu nilai rintangan adalah $5600\,\,\Omega$ dengan ${\pm 5}{\%}$ toleransi.

Oleh itu nilai rintangan berada di antara

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

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

Oleh itu nilai rintangan berada di antara $5880\,\,\Omega$ dan $5320\,\,\Omega$ .

Kod Karakter atau Huruf (Kod RKM)

Sekali-sekala, resistor boleh menjadi sangat kecil sehingga penandaan warna sukar untuk digunakan. Dalam situasi seperti ini, penandaan karakter atau huruf digunakan untuk spesifikasi resistor. Ia juga dikenali sebagai kod RKM.

Karakter yang digunakan untuk penandaan resistor adalah R, K, dan M. Apabila terdapat karakter di antara dua nombor perpuluhan, ia berfungsi sebagai titik perpuluhan. Sebagai contoh, karakter R menunjukkan Ohm, K menunjukkan Kilo ohm, dan M menunjukkan Mega ohm. Mari kita lihat contoh-contoh ini.

Rintangan	Kod Huruf
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

Contoh – Kod Huruf atau Digit

Toleransi ditunjukkan sebagai

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

Contoh – Penolak dengan kod huruf:

Jenis Resistor

Terdapat pelbagai jenis resistor, setiap jenis mempunyai sifat unik dan kesesuaian penggunaan yang spesifik.

Terdapat dua jenis asas resistor yang tersedia: Resistor Tetap dan Resistor Berubah. Kedua-dua jenis ini disenaraikan di bawah.

Resistor Tetap

Resistor tetap adalah jenis resistor yang paling banyak digunakan. Mereka digunakan secara meluas dalam litar elektronik untuk menyesuaikan dan mengatur keadaan yang sesuai dalam litar. Jenis-jenis resistor tetap disenaraikan di bawah.

Resistor Komposisi Karbon (Resistor Karbon)
Resistor Tumpukan Karbon
Resistor Filem Karbon
Termistor (Resistor Terma)
Resistor Bertembung Wayar
Resistor Penempatan Permukaan
Resistor Filem Logam
Resistor Filem Oksida Logam
Resistor Filem Tebal
Resistor Filem Tipis
Resistor Folia
Resistor Karbon Cetak
Resistor Shunt Ammeter (Resistor Pemerhatian Arus)
Resistor Grid

Resistor Berubah

Resistor berubah terdiri daripada satu atau lebih elemen resistor tetap dan pemegang gelongsor. Ini memberikan tiga sambungan ke elemen; dua disambungkan ke elemen resistor tetap, dan ketiga adalah pemegang gelongsor. Dengan menggerakkan pemegang gelongsor ke terminal yang berbeza, kita boleh menukar nilai rintangan.

Jenis-jenis resistor berubah disenaraikan di bawah.

Rintangan Penyesuaian
Potensiometer
Rintangan Variabel (Reostat)
Kotak Dekade Rintangan (Kotak Pengganti Rintangan)
Varistor (Rintangan Non-Linier)
Rintangan Bergantung Cahaya (LDR) atau Fotorintangan
Trimmer

Jenis rintangan khusus lainnya termasuk:

Rintangan Air (Reostat Air, Reostat Cair)
Rintangan Ballast
Rintangan Bahan Fenolik
Rintangan Cermet
Rintangan Tantalum

Ukuran Rintangan (Nilai Rintangan Paling Umum)

Ukuran rintangan diatur dalam satu set seri nilai standar rintangan yang berbeda. Pada tahun 1952, Komisi Elektroteknikal Internasional memutuskan untuk menentukan nilai rintangan dan toleransi standar untuk meningkatkan kompatibilitas antar komponen dan memudahkan pembuatan rintangan.

Nilai-nilai standar ini disebut sebagai seri E dari nilai-nilai angka pilihan IEC 60063. Seri E ini diklasifikasikan sebagai E12, E24, E48, E96, dan E192 dengan 12, 24, 48, 96, dan 192 nilai yang berbeda dalam setiap dekade.

Nilai rintangan paling umum terdaftar di bawah ini. Ini adalah nilai standar rintangan E3, E6, E12, dan E24.

Seri rintangan standar E3:

Seri rintangan E3 adalah nilai rintangan paling umum yang digunakan dalam industri elektronik.

1.0

2.2

4.7

Siri resistor piawai E6:

Siri resistor E3 juga paling biasa digunakan, dan ia menyediakan pelbagai nilai resistor yang biasa.

1.0	1.5	2.2
3.3	4.7	6.8

Siri penahan piawai 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

Siri penahan piawai 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

Toleransi resistor biasanya ditentukan ${\pm 20}{\%}$ , ${\pm 10}{\%}$ , ${\pm 5}{\%}$ , ${\pm 2}{\%}$ , dan ${\pm 1}{\%}$ .

Dari Apa Resistor Dibuat?

Bergantung pada aplikasinya, terdapat berbagai jenis bahan yang digunakan untuk membuat resistor.

Resistor dibuat dari karbon atau tembaga, yang membuatnya sulit bagi arus listrik untuk mengalir melalui rangkaian.
Jenis resistor yang paling umum dan serbaguna adalah resistor karbon yang paling sesuai untuk rangkaian elektronik daya rendah.
Alloy manganin dan constantan digunakan untuk memproduksi resistor kawat standar karena memiliki resistivitas tinggi dan koefisien suhu resistansi yang rendah.
Lembaran dan dawai manganin digunakan untuk menghasilkan perintang seperti ammeter shunts, kerana manganin mempunyai hampir sifar koefisien suhu rintangan.
Alloy Nikel-Kuprum-Mangan digunakan untuk menghasilkan perintang standard; perintang dawai, perintang dawai presisi, dll. Alloy ini mempunyai komposisi: Nikel = 4%; Kuprum = 84%; Mangan = 12%.

Apa Penggunaan Biasa Perintang (Aplikasi Perintang)

Beberapa aplikasi perintang termasuk:

Perintang digunakan dalam peningkat, osilator, meter digital multi, modulator, demodulator, pemancar, dll.
Photoresistors digunakan dalam alat pengawas rumah, detektor api, peranti fotografi, dll.
Perintang dawai digunakan dalam shunt dengan meter amper di mana sensitiviti tinggi, kawalan arus yang seimbang, dan pengukuran tepat diperlukan.