Opor elektryczny: Co to jest i do czego służy? (Zawiera przykłady)

Pole: Podstawowe Elektryka

China

Co to jest rezystor elektryczny?

Rezystor (znany również jako rezystor elektryczny) definiuje się jako element elektryczny o dwóch zaciskach pasywny, który zapewnia opór elektryczny dla przepływu prądu. Opór jest miarą oporu do przepływu prądu w rezystorze. Im większy opór rezystora, tym większa bariera dla przepływu prądu. Istnieje wiele różnych typów rezystorów, takich jak termistor.

W obwodzie elektrycznym i elektronicznym podstawową funkcją rezystora jest „opór” przepływu elektronów, tj. prąd elektryczny. Dlatego nazywany jest „rezystorem”.

Rezystory są pasywnymi elementami elektrycznymi. Oznacza to, że nie mogą dostarczać energii do obwodu, a zamiast tego otrzymują energię i rozpraszają ją w postaci ciepła, dopóki przez nie przepływa prąd.

Różne rezystory są używane w obwodach elektrycznych i elektronicznych do ograniczenia przepływu prądu lub generowania spadków napięcia. Rezystory dostępne są w wielu różnych wartościach oporu, od ułamków omów (Ω) do milionów omów.

Zgodnie z prawem Ohma, napięcie (V) na rezystorze jest proporcjonalne do prądu (I) płynącego przez niego. Gdzie opór R jest stałą proporcjonalności.

Co robi rezystor?

W obwodach elektrycznych i elektronicznych rezystory są używane do ograniczania i regulacji przepływu prądu, podziału napięć, dostosowywania poziomów sygnałów, ustawiania elementów aktywnych itp.

Na przykład, wiele rezystorów jest połączonych szeregowo, aby ograniczyć prąd płynący przez diodę emitującą światło (LED). Inne przykłady są omawiane poniżej.

Ochrona przed skokami napięcia

Circuit tłumienia, gdzie szeregowa kombinacja rezystora i kondensatora jest połączona równolegle z tycrystronem, służy do tłumienia szybkiego wzrostu napięcia na tycrystronie. Jest to znane jako circuit tłumienia, który chroni tycrystron przed wysokim $\frac{dv}{dt}$ .

Rezystory są również używane do ochrony diod LED przed skokami napięcia. Diody LED są wrażliwe na wysoki prąd elektryczny, a więc zostaną uszkodzone, jeśli rezystor nie będzie kontrolował przepływu prądu przez diodę LED.

Dostarczanie odpowiedniego napięcia poprzez tworzenie spadku napięcia

Każdy element w obwodzie elektrycznym, takie jak światło lub przełącznik, wymaga określonego napięcia. Dlatego rezystory są używane do dostarczania odpowiedniego napięcia poprzez tworzenie spadku napięcia na elementach.

W czym mierzy się opór elektryczny (jednostki oporu)?

Jednostką SI dla oporu elektrycznego jest om i oznaczany jest jako Ω. Jednostka om (Ω) została nazwana na cześć wielkiego niemieckiego fizyka i matematyka Georga Simona Ohma.

W systemie SI om równa się 1 wolt na amper. Zatem,

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

Zatem, opór elektryczny mierzony jest również w woltach na amper.

Oporniki są produkowane i określone w szerokim zakresie wartości. Stąd, pochodne jednostki oporników są tworzone zgodnie z ich wartościami, takie jak miliom (1 mΩ = 10-3 Ω), kiloom (1 kΩ = 103 Ω) i megaom (1 MΩ = 106 Ω), itp.

Symbole obwodowe opornika elektrycznego

Istnieją dwa główne symbole obwodowe używane dla oporników elektrycznych. Najczęściej stosowanym symbolem opornika jest liniowy symbol zygzakowaty, który jest szeroko używany w Ameryce Północnej.

Innym symbolem obwodowym opornika jest mały prostokąt, szeroko używany w Europie i Azji, i ten jest nazywany międzynarodowym symbolem opornika.

Symbol obwodowy opornika przedstawiony jest na poniższym obrazie.

Zrzut ekranu WeCom_1710134355893.png — Symbol rezystora

Zrzut ekranu WeCom_1710134362141.png — Symbol rezystora

Równoległe i szeregowe rezystory

Wzór na szeregowe rezystory

Poniższy obwód pokazuje liczbę n rezystorów połączonych szeregowo.

Jeśli dwa lub więcej rezystorów jest połączonych szeregowo, to równoważna oporność tych szeregowo połączonych rezystorów jest równa sumie ich indywidualnych oporności.

Matematycznie, to wyraża się jako

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

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

W połączeniu szeregowym prąd płynący przez każdy indywidualny rezystor pozostaje stały (tj. prąd przez każdy rezystor jest taki sam).

Przykład

Jak pokazano w poniższym obwodzie, trzy rezystory o wartościach 5 Ω, 10 Ω i 15 Ω są połączone szeregowo. Znajdź opór równoważny rezystorów połączonych szeregowo.

Rozwiązanie:

Dane wejściowe: $R_1 = 5 \,\,\Omega, R_2 = 10 \,\,\Omega$ i $\,\,R_3 = 15 \,\,\Omega$

Zgodnie ze wzorem,

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

W ten sposób otrzymujemy rezystancję równoważną połączonych szeregowo rezystorów wynoszącą 30 Ω.

(zauważ, że schemat obwodu powyżej podaje 25 Ω. Jest to błąd drukarski, poprawna odpowiedź to 30 Ω)

Wzór na rezystory połączone równolegle

Poniższy obwód pokazuje liczbę rezystorów n połączonych równolegle.

Jeśli dwa lub więcej rezystorów jest połączonych równolegle, wówczas rezystancja równoważna tych równolegle połączonych rezystorów jest równa odwrotności sumy odwrotności poszczególnych rezystancji.

Matematycznie można to wyrazić jako

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

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

W połączeniu równoległym napięcie przepływające przez każdy z rezystorów pozostaje stałe (tzn. napięcie na każdym rezystorze jest takie samo).

Obwody rezystorskie (przykładowe zastosowania)

Rezystor ograniczający prąd LED

Ograniczanie prądu jest bardzo ważne w przypadku diod LED. Jeśli przez diodę LED przepływa zbyt duży prąd, ta może ulec uszkodzeniu. Dlatego stosuje się rezystor ograniczający prąd, aby ograniczyć lub zmniejszyć prąd płynący przez diodę LED.

Rezystory ograniczające prąd są podłączone szeregowo z diodą LED, aby ograniczyć prąd płynący przez diodę do bezpiecznej wartości. Na przykład, jak pokazano na poniższym obrazie, rezystor ograniczający prąd jest podłączony szeregowo z diodą LED.

Obwód z diodą LED i rezystorem ograniczającym prąd

Obliczenie niezbędnej wartości rezystora ograniczającego prąd

Podczas obliczania wartości rezystora ograniczającego prąd, musimy znać trzy specyfikacje lub charakterystyczne wartości diody LED:

Napędowe napięcie diody LED (z arkusza danych)
Maksymalny napędowy prąd diody LED (z arkusza danych)
VS = napięcie zasilające

Napędowe napięcie to napięcie potrzebne do zapalenia diody LED, które zwykle mieści się w zakresie od 1,7 V do 3,4 V, w zależności od koloru diody LED. Maksymalny napędowy prąd to ciągły prąd płynący przez diodę LED, który zwykle wynosi około 20 mA dla podstawowych diod LED.

Teraz możemy obliczyć niezbędną wartość rezystora ograniczającego prąd za pomocą następującego równania

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

Gdzie: $V_S$ = napięcie zasilające

$V_F$ = napięcie przódowe

$I_F$ = maksymalny prąd przódowy

Przyjrzyjmy się przykładowi obliczenia niezbędnej wartości rezystora ograniczającego prąd za pomocą powyższego wzoru.

Rezystory podciągające

Rezystory podciągające to rezystory używane w cyrkuitach logicznych do zapewnienia znanej wartości sygnału.

Innymi słowy, rezystory podciągające są używane do zapewnienia, że przewód jest podciągnięty do wysokiego poziomu logicznego, gdy nie ma warunku wejściowego. Rezystor podciągający działa podobnie do rezystora podciągającego, z tą różnicą, że podciąga przewód do niskiego poziomu logicznego.

Nowoczesne układy scalone, mikrokontrolery i bramki logiczne cyfrowe mają wiele wejść i wyjść, a te wejścia i wyjścia muszą być poprawnie ustawione. Dlatego stosuje się rezystory podciągające, aby zapewnić poprawne obciążenie wejścia mikrokontrolera lub bramki logicznej do znanego stanu.

Rezystory podciągające są używane w połączeniu z tranzystorami, przyciskami, przełącznikami itp., które przerwiją fizyczne połączenie kolejnych komponentów z ziemią lub VCC. Na przykład, schemat obwodu z rezystorem podciągającym jest pokazany na poniższym obrazie.

企业微信截图_17101346272890.png — Obwód z rezystorem podciągającym

企业微信截图_17101346341956.png — Obwód z rezystorem podciągającym

Jak widać, gdy przełącznik jest zamknięty, napięcie wejściowe (Vin) na mikrokontrolerze lub bramce spada do ziemii, a gdy przełącznik jest otwarty, napięcie wejściowe (Vin) na mikrokontrolerze lub bramce jest podciągane do poziomu napięcia wejściowego (Vin).

Dlatego rezystor podciągający może obciążyć wejście mikrokontrolera lub bramki, gdy przełącznik jest otwarty. Bez rezystora podciągającego, wejścia na mikrokontrolerze lub bramce byłyby swobodne, tzn. w stanie wysokiej impedancji.

Typowa wartość rezystora podciągającego to 4,7 kΩ, ale może się różnić w zależności od zastosowania.

Spadek napięcia na rezystorze

Spadek napięcia na rezystorze to nic innego jak wartość napięcia na rezystorze. Spadek napięcia znany jest również jako spadek IR.

Jak wiadomo, rezystor to pasywny element elektryczny, który zapewnia opór elektryczny dla przepływu prądu. Zgodnie z prawem Ohma, tworzy spadek napięcia, gdy prąd przepływa przez rezystor.

Matematycznie, spadek napięcia na oporniku można wyrazić jako,

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

Znaki dla spadków napięcia (IR)

Aby określić znak spadku napięcia na oporniku, kierunek prądu jest bardzo ważny.

Rozważmy opornik o oporności R, przez który prąd (I) płynie od punktu A do punktu B, jak pokazano na poniższym obrazie.

Zatem punkt A jest w wyższej potencji niż punkt B. Jeśli podróżujemy od A do B, V = I R ujemne, czyli -I R (to jest, spadek potencji). Podobnie, jeśli podróżujemy od punktu B do punktu A, V = I R dodatnie, czyli +I R (to jest, wzrost potencji).

Stąd wynika, że znak spadku napięcia na oporniku zależy od kierunku prądu przez ten opornik.

Kod kolorów oporników

Kody kolorów oporników są używane do identyfikacji wartości oporu i procentowej tolerancji dowolnych oporników. Kody kolorów oporników wykorzystują pasy kolorowe do ich identyfikacji.

Jak pokazano na poniższym rysunku, na oporniku znajduje się cztery pasy kolorowe. Trzy z nich są drukowane obok siebie, a czwarty pas jest drukowany nieco dalej od trzeciego pasa.

4 band resistor color code — Kod kolorów oporników z czterema pasami

Dwie pierwsze paski od lewej strony wskazują istotne cyfry, trzeci pasek wskazuje mnożnik dziesiętny, a czwarty pasek wskazuje tolerancję.

5 band resistor code — Kod kolorów opornika z 5 pasami

Poniższa tabela przedstawia istotne cyfry, mnożnik dziesiętny i tolerancję dla różnych kodów kolorów oporników.

Kluczowe punkty:

Złoty i srebrny pasek zawsze umieszczany jest po prawej stronie.
Wartość opornika zawsze czytana jest od lewej do prawej.
Jeśli nie ma pasa tolerancji, znajdź stronę z paskiem blisko вывода на польском языке:
Jeśli nie ma pasa tolerancji, znajdź stronę z paskiem blisko wiodącego i uznaj ją za pierwszy pasek.

Przykład (Jak obliczyć wartość opornika?)

Jak pokazano na poniższym obrazie, opornik z kolorowym kodowaniem ma pierwszy pierścień zielony, drugi niebieski, trzeci czerwony, a czwarty złoty. Znajdź specyfikację opornika.

Rozwiązanie:

Zgodnie z tabelą kodowania kolorów oporników,

Zielony	Niebieski	Czerwony	Złoty
5	6	102	${\pm 5}{\%}$

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

Wartość oporu wynosi $5600\,\,\Omega$ z tolerancją ${\pm 5}{\%}$ .

Zatem wartość oporu mieści się w zakresie

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

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

Zatem wartość oporu mieści się w zakresie od $5880\,\,\Omega$ do $5320\,\,\Omega$ .

Kodowanie znakami lub literami (kod RKM)

Czasami oporniki są tak małe, że trudno zastosować kodowanie kolorowe. W takich przypadkach używa się kodowania znakowego lub literowego do oznaczania parametrów oporników. Nazywany jest on również kodem RKM.

Znaki używane do kodowania oporników to R, K i M. Gdy między dwoma cyframi pojawia się znak, działa on jako przecinek dziesiętny. Na przykład, znak R oznacza om, K oznacza kiloomy, a M oznacza megaomy. Spójrzmy na przykłady.

Opor	Kod literowy
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

Przykład – Kod literowy lub cyfrowy

Tolerancja jest wskazana jako

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

Przykład – Rezystor z kodem literowym:

Rodzaje rezystorów

Istnieje wiele rodzajów rezystorów, każdy z nich ma unikalne właściwości i specyficzne zastosowania.

Dostępnych jest dwa podstawowe rodzaje rezystorów: stałe rezystory i zmiennoprzecinkowe rezystory. Oba typy są wymienione poniżej.

Stałe rezystory

Stałe rezystory to najbardziej szeroko stosowany typ rezystorów. Są szeroko wykorzystywane w obwodach elektronicznych do regulacji i dostosowywania odpowiednich warunków w obwodzie. Rodzaje stałych rezystorów są wymienione poniżej.

Rezystory węglowe (rezystory węglowe)
Rezystory węglowe stertowe
Rezystory filmowe węglowe
Termistor (termiczny rezystor)
Rezystory owinięte drutem
Rezystory montowane na powierzchnię
Rezystory filmowe metalowe
Rezystory filmowe tlenkowe
Rezystory grubofilmowe
Rezystory cienkofilmowe
Rezystory foliowe
Rezystory węglowe drukowane
Rezystory rozgałęzione (rezystory do pomiaru prądu)
Rezystory siatkowe

Zmiennoprzecinkowe rezystory

Zmiennoprzecinkowe rezystory składają się z jednego lub więcej elementów rezystora stałego i suwaka. Dają trzy połączenia z elementem; dwa są połączone z elementem rezystora stałego, a trzecie to suwak. Przesuwając suwak do różnych terminali, możemy zmieniać wartość oporu.

Rodzaje zmiennoprzecinkowych rezystorów są wymienione poniżej.

Regulowane oporniki
Potencjometry
Zmienny opornik (Rezystor)
Dekadowy opornik (Skrzynka zastępcza oporników)
Varistor (Nieliniowy opornik)
Opornik zależny od światła (LDR) lub Fotoopornik
Regularki

Inne specjalne rodzaje oporników obejmują:

Opornik wodny (Rezystor wodny, Płynny rezystor)
Opornik balastowy
Opornik z kompozytu fenolowego
Cermetowe oporniki
Tantalowe oporniki

Rozmiary oporników (najczęstsze wartości oporników)

Rozmiary oporników są organizowane w różne serii standardowych wartości oporników. W 1952 roku Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna postanowiła określić standardowe wartości oporności i tolerancje, aby zwiększyć zgodność między komponentami i ułatwić produkcję oporników.

Te standardowe wartości nazywane są serią E zgodnie z preferowanymi wartościami liczbowymi IEC 60063. Seria E jest klasyfikowana jako E12, E24, E48, E96 i E192, z 12, 24, 48, 96 i 192 różnymi wartościami w każdej dekadzie.

Najczęstsze wartości oporników są wymienione poniżej. Są to standardowe wartości oporników E3, E6, E12 i E24.

Seria standardowych oporników E3:

Seria oporników E3 to najbardziej popularne wartości oporników używane w przemyśle elektronicznym.

1.0

2.2

4.7

Serie standardowych rezystorów E6:

Serie rezystorów E3 jest również bardzo często używana i oferuje szeroki zakres typowych wartości rezystorów.

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

Serie standardowych oporników 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

Serie standardowych oporników 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

Tolerancja opornika jest zazwyczaj określana jako ${\pm 20}{\%}$ , ${\pm 10}{\%}$ , ${\pm 5}{\%}$ , ${\pm 2}{\%}$ , oraz ${\pm 1}{\%}$ .

Z czego jest wykonany opornik?

W zależności od zastosowania, do produkcji oporników używa się różnych materiałów.

Oporniki są produkowane z węgla lub miedzi, co utrudnia przepływ prądu elektrycznego przez obwód.
Najczęstszym i uniwersalnym typem opornika jest opornik węglowy, który najlepiej sprawdza się w niskomocyowych obwodach elektronicznych.
Do produkcji standardowych oporników cewkowych używane są stopy manganinu i constantanu, które mają wysoką oporność elektryczną oraz niski współczynnik temperaturowy oporu.
Folia i druty manganinowe są używane do produkcji oporników takich jak amperomierze szunty, ponieważ manganin ma prawie zerowy współczynnik temperaturowy oporu.
Stop niklu, miedzi i manganu jest używany do produkcji standardowych oporników, cewkowych oporników, precyzyjnych cewkowych oporników itp. Ten stop ma skład: Nikel = 4%; Miedź = 84%; Mangan = 12%.

Jakie są typowe zastosowania oporników (zastosowania oporników)

Niektóre zastosowania oporników obejmują:

Oporniki są używane w wzmocnieniach, oscylatorach, cyfrowych multimetrom, modulatorach, demodulatorach, nadajnikach itp.
Fotoodpor jest używany w alarmach antywłamaniowych, detektorach płomienia, urządzeniach fotograficznych itp.
Cewkowe oporniki są używane jako szunty z amperomierzami, gdzie wymagana jest wysoka czułość, zrównoważona kontrola prądu i dokładne pomiary.

Źródło: Electrical4u.

Oświadczenie: Szacunek dla oryginału, dobre artykuły warto dzielić się, jeśli występuje naruszenie praw autorskich prosimy o kontakt w celu usunięcia.

Daj napiwek i zachęć autora

Tematy:

Podstawowe Elektryka

Rezystor elektryczny

O ekspertach

Electrical4u

China