Rezistor (odpor) je pasívny prvok. Používa sa vo všetkých elektrických obvodoch. Základnou vlastnosťou rezistora je jeho odpor. Odpor je fyzikálna vlastnosť, ktorá je daná štruktúrou materiálu a jeho rozmermi.
Rezistory používané v elektrotechnike sú vhodne upravené hmoty, ktoré kladú pretekajúcemu prúdu odpor. Veľkosť pretekajúceho prúdu je nepriamoúmerná veľkosti odporu. To znamená, že pri rovnakom napätí čím väčší odpor zaradíme, tým bude v obvode menší prúd. Súčasne pretekaním prúdu rezistorom vzniká na ňom úbytok napätia priamoúmerný veľkosti pretekajúceho prúdu a hodnote rezistora. Rezistory sa používajú na obmedzenie prúdu a napätia, prípadne na ich reguláciu.
Schématická značka
Charakteristické vlastnosti rezistorov
Menovitá hodnota
Hodnota odporu udaná výrobcom. Môže byť udaná písmenovým kódom (napr.: 1k2 zodpovedá 1200Ω) alebo farebným kódom (štvorprúžkovým alebo päťprúžkovým).
Skutočná hodnota
Hodnota odporu zistená meraním, ktorá sa môže líšiť od menovitej hodnoty v rámci tolerancie danej výrobcom.
Tolerancia
Je to odchýlka od skutočnej hodnoty a udáva sa v percentách menovitej hodnoty. Ak nie je vyznačená na odporovom teliesku tolerancia je 20% (napr.: pre rezistor s menovitou hodnotou odporu 1k2 hodnota odporu sa môže pohybovať v rozpätí od 960Ω do 1440Ω).
Elektrická pevnosť
Určuje maximálne napätie na ktoré môže byť rezistor pripojený aby sa nepoškodil a súčasne nezmenil menovitú hodnotu odporu. Pri prekročení tohto napätia sa môže súčiastka napäťovo poškodiť. Pre miniatúrne vrstvové rezistory je najväčšie dovolené napätie 100V, pre metalizované rezistory 0,25W je to 250V, pre metalizované rezistory 0,5W je toto napätie 350V atď. Pre drôtové rezistory je dovolené napätie podľa typu 500V až 1.500V.
Dovolené napätie značne obmedzuje prevádzkové zaťaženie rezistorov s veľkými odpormi. Napríklad 100V sa dosiahne na rezistore s odporom 1MΩ už pri výkone 0,01W, čo je 10x menší výkon, ako je dovolené prevádzkové zaťaženie uvedeného typu rezistora. Dovolené napätie v prípade odporov s pomerne malými hodnotami nie je hodnotou, do ktorej je automaticky možné ich priame trvalé pripojenie na napätie. Vždy sa musí tiež skontrolovať a zabezpečiť neprekročenie výkonového zaťaženia.
Menovitá zaťažiteľnosť (stratový výkon)
Je to hodnota výkonu vo wattoch, ktorú udáva výrobca pre daný typ rezistora. Určuje aký maximálny prúd môže pretekať rezistorom bez toho aby sa rezistor nepoškodil.
Príklad: rezistor 150R 1W:
- menovitá hodnota odporu 150Ω
- maximálny prúd vypočítame zo vzorca pre výkon: P=R*I2
Rezistorom môže pretekať maximálny prúd 81,6mA.
Teplotný súčiniteľ
Vyjadruje zmenu hodnoty odporu vplyvom teploty:
∆R je zmena teploty,
R1 je hodnota odporu pri základnej teplote 20°C,
∆υ je algebraický rozdiel teplôt
Príklad: Ako sa zmení hodnota 150Ω odporu pri ohriatí o 10°C, ak je teplotný súčiniteľ 0,004°C-1?
∆R = TK * R1 * ∆υ
∆R = 0,004°C-1 * 150Ω * 10°C
∆R = 6 Ω
Vzhľadom k tomu, že teplotný súčiniteľ je kladné číslo, hodnota odporu sa so zvyšujúcou teplotou zvýši o 6Ω. Nová hodnota odporu bude 156Ω.
Šumové napätie
Vplyvom nerovnomerného pohybu elektrónov vnútri materiálu súčiastky vznikajú medzi vývodmi malé, časovo nepravidelné zmeny potenciálu. Keby sa tieto zmeny zosilnili a priviedli ako signál do reproduktora, bolo by počuť charakteristický zvuk, ktorý sa nazýva Elektronický šum. Príčinou šumu je šumové napätie, ktoré má 2 hlavné zložky: tepelné šumové napätie a povrchové šumové napätie.
Tepelné šumové napätie sa vypočíta zo vzťahu: U2=4*k*T*B*R [V; J.K-1; K; Hz; Ω]
- k je Boltzmannova konštanta k=1,38x10-23 J.K-1
- T absolútna teplota rezistora s odporom R
- B je šírka frekvenčného pásma, v ktorom bude rezistor pracovať (šumová šírka pásma)
Povrchové šumové napätie závisí od veľkosti jednosmerného napätia U pripojeného na rezistor. Vyjadruje sa v μV na 1V pripojeného napätia. Jeho efektívna hodnota je pre metalizované rezistora 0,05 až 1μV.V-1. Pre uhlíkové rezistory sa vypočíta zo vzťahu:
Označenie typu I a II sa uvádza v katalógoch, typ I má zaručenú väčšiu stálosť odporu. Pretože na vznik šumového napätia treba, aby časovo nerovnomerný prechod elektrónov časťou obvodu vyvolal medzi dvoma bodmi obvodu zodpovedajúce rozdiely potenciálov, vzniká šumové napätie na všetkých reálnych odporoch. Šumové napätie vzniká aj na spojovacích vodičoch, na aktívnych súčiastkach a pod. Šumové napätie sa privádza k užitočnému signálu, ktorý prechádza obvodom. Ak je užitočný signál slabý, ťažko ho možno oddeliť od šumového napätia. Preto je veľkosť šumového napätia činiteľom, ktorý obmedzuje dosiahnuteľnú citlivosť elektronických zariadení.
Označovanie rezistorov
Podľa veľkosti a tvaru výrobca používa jeden z troch možných spôsobov označovania rezistorov:
- označovanie rezistorov písmenovým kódom s príponou
- označovanie rezistorov farebným kódom
- označovanie rezistorov číselným kódom
Označovanie rezistorov písmenovým kódom s príponou
Základnou jednotkou pre označenie odporu je 1Ω (ohm). Ďalšie rady sa označujú zaužívanými násobiteľmi. Na konci označenia môže byť ešte jedno písmeno ktoré určuje toleranciu odporu.
obr. 1. - označovanie rezistorov písmenovým kódom (menovitá hodnota, tolerancia)
Pre určenie menovitej hodnoty odporu rezistora (Tab.1.) sa používajú číslice a písmeno.
- písmeno (kód) - označuje mocninu desiatich (násobiteľ) vzhľadom k zvolenej základnej jednotke (ohm) a tiež nahradzuje desatinnú čiarku. Menovitá hodnota odporu podľa obr. 1. je 4700Ω.
- písmeno (kód) - určuje toleranciu, podľa obr. 1. (Tab. 2.) je tolerancia ±10%
| Násobiteľ | 1 | 103 | 106 | 109 | 1012 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1. písmeno | R | k | M | G | T |
| Tolerancia | ±20% | ±10% | ±5% | ±2% | ±1% | ±0,5% | ±0,25% | ±0,1% |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2. písmeno | M | K | J | G | F | D | C | B |
Príklad:
Zápis odporu Hodnota odporu R15 0,15Ω 10R5 10,5Ω 150R 150Ω 1k2 1200Ω M1 0,1MΩ = 0,1.106Ω 10M 10MΩ = 10. 106Ω 1G0 1GΩ = 10.109Ω
Označovanie rezistorov číselným kódom
Tento typ označovania sa používa pre popis rezistorov SMD (Surface Mount Device). Je vytvorený z troch alebo štyroch číslic, pričom prvé dve alebo tri čísla určujú hodnotu odporu a posledné číslo predstavuje násobiteľ.
Označovanie rezistorov číselným kódom
Pomôcku na určenie hodnoty rezistoru z kódu SMD nájdete tu.
Označovanie rezistorov farebným kódom
Označovanie rezistorov farebným kódom sa používa predovšetkým pri rezistoroch malých rozmerov, kde rozmery súčiastky neumožňujú vyjadriť hodnotu odporu a jeho toleranciu. Pre určenie odporu sa používajú tabuľky, pričom posledný prúžok je najširší.
Označovanie rezistorov farebným prúžkovaným kódom
Pomôcku na farebné značenie rezistorov nájdete tu.
Rady vyvolených čísel
Rezistory (ale aj ďalšie elektronické súčiastky - kondenzátory, cievky,..) sa vyrábajú v radoch vyvolených čísel, deliacich interval 1-10 na 6 (12, 24, …) častí. Rady boli zvolené tak, aby pre danú toleranciu menovitej hodnoty (±20%, ±10%, ±5%, …) a ľubovoľnú zvolenú hodnotu existovalo vyvolené číslo, vzdialené maximálne o danú toleranciu. Rady vyvolených čísel pre hodnoty súčiastok sa označujú En (E6-E192) a sú definované normou IEC 60063.
E6 (20%): 10 15 22 33 47 68
E12 (10%): 10 12 15 18 22 27 33 39 47 56 68 82
E24 (5%): 10 11 12 13 15 16 18 20 22 24 27 30 33 36 39 43 47 51 56 62 68 75 82 91
E48 (2.5%): 100 105 110 115 121 127 133 140 147 154 162 169 178 187 196 205 215 226 237 249 261 274 287 301 316 332 348 365 383 402 422 442 464 487 511 536 562 590 619 649 681 715 750 787 825 866 909 953
E96 (1%): 100 102 105 107 110 113 115 118 121 124 127 130 133 137 140 143 147 150 154 158 162 165 169 174 178 182 187 191 196 200 205 210 215 221 226 232 237 243 249 255 261 267 274 280 287 294 301 309 316 324 332 340 348 357 365 374 383 392 402 412 422 432 442 453 464 475 487 499 511 523 536 549 562 576 590 604 619 634 649 665 681 698 715 732 750 768 787 806 825 845 866 887 909 931 953 976
E192 (0.5%) 100 101 102 104 105 106 107 109 110 111 113 114 115 117 118 120 121 123 124 126 127 129 130 132 133 135 137 138 140 142 143 145 147 149 150 152 154 156 158 160 162 164 165 167 169 172 174 176 178 180 182 184 187 189 191 193 196 198 200 203 205 208 210 213 215 218 221 223 226 229 232 234 237 240 243 246 249 252 255 258 261 264 267 271 274 277 280 284 287 291 294 298 301 305 309 312 316 320 324 328 332 336 340 344 348 352 357 361 365 370 374 379 383 388 392 397 402 407 412 417 422 427 432 437 442 448 453 459 464 470 475 481 487 493 499 505 511 517 523 530 536 542 549 556 562 569 576 583 590 597 604 612 619 626 634 642 649 657 665 673 681 690 698 706 715 723 732 741 750 759 768 777 787 796 806 816 825 835 845 856 866 876 887 898 909 919 931 942 953 965 976 988
Rezistor s dvoma vývodmi
Pevné vrstvové rezistory
Pevné vrstvové rezistory sa skladajú z keramického nosného telieska obyčajne tvaru valca. Na jeho povrchu je nanesená odporová vrstva. Táto vrstva je tvorená buď uhlíkom (uhlíkové) alebo oxidom kovov alebo zliatin (metalizované). Rezistory s odporom väčším ako 4kΩ majú dĺžku odporovej vrstvy zväčšenú vybrúsením drážky tvaru skrutkovice. Jej dĺžka dovoľuje pri výrobe nastaviť požadovaný odpor rezistora. Vývody rezistora tvoria pocínované drôty, ktoré sú v pozdĺžnom smere privarené na kovové čiapočky, nalisované na konce keramického telieska. Rezistory konštruované pre veľké výkony majú vývody v tvare priečne uložených spôn, vyrobených z kovového pocínovaného pásika. Povrch rezistorov sa chráni špeciálnymi lakmi alebo smaltami, prípadne zalisovaním do plastu.
Pevné drôtové rezistory
Drôtové rezistory sa vyrábajú navinutím odporového drôtu na nosné teliesko tvaru valca. Konce odporového drôtu sú privarené na vývody, ktoré majú podobnú konštrukciu ako vývody vrstvových rezistorov. Povrch drôtových rezistorov sa chráni vrstvou špeciálneho tmelu alebo smaltu, ktorý odoláva teplotám až niekoľko sto stupňov Celzia. Niektoré typy drôtových rezistorov pracujú pri teplotách povrchu až okolo 350°C. Chladenie rezistorov sálaním je pri týchto teplotách veľmi účinné, takže ich rozmery môžu byť omnoho menšie ako rozmery vrstvových rezistorov konštruovaných pre rovnaké zaťaženie. Všetky bežné drôtové rezistory majú pomerne veľkú indukčnosť. Preto sú vhodné len na použitie v obvodoch s jednosmerným prúdom alebo striedavým prúdom s nízkou frekvenciou.
Rezistory s viac ako dvoma vývodmi
Tieto rezistory pracujú ako napäťové deliče. Delia sa na dve skupiny:
- Deliče s pevným, prípadne nastaviteľným deliacim pomerom (rezistory s odbočkami Obr. 1)
- Deliče s plynulo meniteľným deliacim pomerom (potenciometre a trimre Obr.2)
Deliaci pomer A sa určuje podľa vzťahu
Niektoré typy drôtových rezistorov sa vyrábajú s odbočkami. Vývod odbočky, vytvorený z kovového pásika, obopína teliesko rezistora a dotýka sa svojím kontaktom odporového vinutia v mieste, ktoré nie je pokryté ochrannou vrstvou tmelu. Tieto rezistory nie sú zhotovené na presúvanie polohy odbočky.
Potenciometre
Potenciometre sú zložené z odporovej dráhy a bežca. Bežec, ktorý tvorí odbočku, možno plynulo posúvať pozdĺž odporovej dráhy. Posúvanie bežca otočných potenciometrov sa robí otáčaním osky, s ktorou je spojený bežec. Zmena polohy bežca posuvných potenciometrov nastane posúvaním unášača (páčka z plastu, s ktorou je spojený bežec) pozdĺž odporovej dráhy v priamom smere. Tvar odporovej dráhy je prispôsobený tomuto spôsobu posúvania bežca. Vyžaduje sa plynulosť priebehu odporovej dráhy, stabilita odporu, minimálny šelest pri regulácii, malý šum.
Podľa spôsobu, akým sa dá bežcom pohybovať:
- otočné - jednootáčkové (bežne používané) alebo viacotáčkové
- posuvné - používané napr. v mixážnych pultoch
Podľa vyhotovenia odporovej dráhy:
- drôtové - odporový drôt pre väčšie výkonové zaťaženia
- vrstvové - uhlíková alebo kovová vrstva
Podľa priebehu odporu (zmena odporu pri lineárnej zmene natočenia/posunutia) - nezanedbateľné rozšírenie majú však len prvé 2:
- lineárne - s rovnomerným nárastom/poklesom odporu
- logaritmické - s logaritmickým/exponenciálnym nárastom/poklesom odporu (pre reguláciu hlasitosti - odvodené od vlastností ľudského sluchu)
- neštandardné - možná je v podstate skoro ľubovoľná závislosť dráhy a odporu
Vyhotovenia potenciometrov:
- Potenciometrický trimer - potenciometer určený na jednorazové (alebo občasné) nastavenie parametrov nejakého obvodu. Zväčša sa ladí skrutkovačom.
- Potenciometer s vypínačom - obsahuje spínač, ktorý spína (rozopína) v krajnej polohe natočenia bežca potenciometra. Využíva sa napríklad pri niektorých rozhlasových prijímačoch, kde nastavenie hlasitosti na nulu spôsobí vypnutie prístroja.
- Potenciometer s odbočkou - má vyvedené ďalšie vývody, ktoré sú v istých bodoch pripojené k odporovej dráhe.
- Tandemový potenciometer - dva potenciometre so spriahnutými bežcami. Využíva sa pri spoločnej regulácii hlasitosti oboch kanálov stereofónneho systému.
- Reostat - len s dvoma vývodmi, t. j. s vyvedeným bežcom a len jedným koncom odporovej dráhy.
- Elektronický potenciometer - nie je súčiastkou, ale komplexným integrovaným obvodom, ktorý plní funkciu potenciometra. Regulácia sa nerobí natáčaním bežca, ale obvod je riadený cez digitálnu komunikačnú linku. Elektronický potenciometer umožňuje napr. digitálne ovládanie hlasitosti.
Typy rezistorov
Lineárne rezistory
Sú to rezistory, ktorých hodnota odporu ostáva konštantná aj keď sa menia podmienky v obvode.
Nelineárne rezistory
Sú to rezistory, ktorých hodnota odporu sa mení v závislosti od teploty, svetla, napätia.
TERMISTOR je rezistor vyrobený z polovodičového materiálu, ktorého odpor sa výrazne mení v závislosti od teploty.
- termistor s kladným teplotným súčiniteľom (PTC) t.j. so zvyšujúcou sa teplotou hodnota odporu rastie
- termistor so záporným teplotným súčiniteľom (NTC) t.j. so zvyšujúcou sa teplotou hodnota odporu klesá
FOTOREZISTOR (LDR) je rezistor ktorého odpor závisí na intenzite osvetlenia. So zvyšujúcim sa množstvom dopadajúceho svetla hodnota odporu klesá.
VARISTOR (VDR) je rezistor ktorého hodnota odporu sa mení v závislosti od veľkosti pripojeného napätia.
Zapojenie rezistorov
Reálny odpor
Má okrem odporu aj paralelnú parazitnú kapacitu a drobnú sériovú indukčnosť. To sa prejavuje ale väčšinou pri extrémne vysokých frekvenciách.
Sériové zapojenie
Sériovo sa spájajú rezistory tak, že sa spojí koniec 1. rezistora so začiatkom 2. rezistora, koniec 2. rezistora so začiatkom 3. atď. Pre takéto zapojenie sa celkový odpor rezistorov rovná súčtu veľkostí odporov jednotlivých rezistorov (pre N rezistorov):
Výsledná vodivosť zapojenia je:
Napätia na jednotlivých rezistoroch sú v priamom pomere odporov rezistorov:
Paralelné zapojenie
Paralelné zapojenie znamená, že sa do jedného uzla spoja začiatky a do druhého konce jednotlivých rezistorov. Pre toto zapojenie N rezistorov sa celkový odpor určí zo vzťahu:
Výsledná vodivosť zapojenia je:
Pre paralelné zapojenie dvoch rezistorov možno použiť zjednodušený vzťah:
Sériovo-paralelné zapojenie
Skladá sa zo sériových a paralelných spojení.
Celkový odpor pre toto zapojenie je:
Ako funguje rezistor
V nasledujúcich videách (od českého autora: ViaExplore - Tomáš Kamenický) sa dozviete ako funguje odpor, čo je to elektrické napätie a prečo tečie elektrický prúd.
