Základy elektroniky - rezistor
Rezistor je elektronický prvek, který slouží k omezení proudů v elektrických obvodech. Tyto proudy se mohou vyskytovat například při přenosu energie nebo při regulaci napětí. Rezistory jsou k dispozici v mnoha různých velikostech a typů, což jim umožňuje být použity v široké škále aplikací, jako jsou počítače, mobilní telefony, spotřebiče a automobily. Fungování rezistoru spočívá v přeměně energie získané z proudících elektronů na teplo. V důsledku toho se mezi elektrodami rezistoru vytvoří rozdíl potenciálů (napětí), díky kterému mohou být rezistory použity i ke snížení napětí. Rezistory lze nalézt téměř ve všech elektrických sítích a elektronických obvodech. Odpor se měří v ohmech. 1 ohm je odpor, ke kterému dochází, když proud s intenzitou 1 A protéká rezistorem a na jeho svorkách je napětí 1 V.
Rezistory fungují tak, že brání proudům v průchodu elektrickými obvody. Tuto funkci provádějí skrze svou vlastnost, kterou se nazývá odpor. Odpor rezistoru je měřen v ohmech (Ω) a určuje, jak moc brání proudům v průchodu. Čím vyšší je hodnota odporu, tím více brání proudům.
Existují různé typy rezistorů, jako například pevné rezistory, proměnné rezistory, stabilizátory napětí, žárové rezistory a mnoho dalších. Každý typ má své vlastní specifické vlastnosti a použití. Pevné rezistory, jak napovídá jejich jméno, mají pevnou hodnotu odporu a nemění se v průběhu času. Proměnné rezistory, na druhou stranu, mají odpor, který lze měnit, což umožňuje přizpůsobovat proudy v obvodech.
V elektrických obvodech se rezistory často používají ke snížení napětí, ke kompenzaci ztrát energie, k ochraně jiných součástek před poškozením a k regulaci proudů. Jejich použití je nezbytné pro funkci mnoha elektronických zařízení a systémů.
Konstrukce rezistoru
Základem rezistoru je vodič s požadovanou hodnotou odporu, které lze dosáhnout použitím látky s určitou rezistivitou, určitou délkou a obsahem průřezu vodiče. Vodič se používá buďto ve formě drátu nebo ve formě tenké vrstvy. Kvůli úspoře místa se dlouhý drát obvykle navíjí kolem izolačního tělíska, tento druh rezistoru se nazývá drátový rezistor. Častějším způsobem výroby je ovšem nanesení elektricky vodivé vrstvy (například grafitu) na izolační tělísko a vyfrézování drážky, tento druh se nazývá uhlíkový rezistor. Dalším způsobem vytvoření tenké vrstvy je vakuové napaření kovu na keramické tělísko. Tyto rezistory se nazývají metalické. Každá z konstrukcí rezistoru má své výhody a nevýhody. Například drátový rezistor je vhodnější pro vyšší výkony, ale má vysokou sériovou indukčnost, která vadí ve vysokofrekvenční technice. Pro velké výkony existují speciální typy rezistorů, které mají často velké a účinné chladiče, aby dokázaly velký tepelný výkon odvést do okolního prostředí. Takové rezistory se používají například u elektrických lokomotiv při brzdění vlaku. Jeho kinetická energie se tak promění v teplo.
Jiným příkladem jsou tzv. vodní odpory, které jsou k vidění například u kolotočů, kterým zajišťují plynulý rozjezd. U těchto rezistorů proud prochází vodou s přídavkem malého množství kyseliny nebo soli. Hodnota odporu se mění velikostí zasunutí kovových desek do lázně. Průřez vodiče je závislý na předpokládaném zatížení, aby teplo vznikající v rezistoru průchodem elektrického proudu nezpůsobilo roztavení vodiče. Za materiál rezistoru je vhodné vzít látku s nízkým teplotním součinitelem odporu, aby odpor rezistoru nezáležel příliš na teplotě (manganin, konstantan). U některých typů odporů se ale naopak jejich teplotní závislosti využívá (tzv. termistory).
Druhy rezistorů
Ukázka výkonového vzduchem chlazeného rezistoru vhodného pro velké proudové rázy. Délka rezistoru je cca 40 cmRezistory se rozlišují podle konstrukce, podle velikosti odporu a dovoleného zatížení. Rezistory, jejichž odpor lze měnit, se nazývají reostaty, potenciometry nebo trimry. Pro povrchovou montáž se vyrábí rezistory v miniaturním provedení ve tvaru hranolku bez vývodů označované jako SMD.
Využití rezistorů
- Rezistory jsou nejpoužívanějšími slaboproudými elektronickými součástkami, jejich základní funkcí je omezení protékajícího proudu nebo získání napěťového úbytku.
- Pro měření proudu (bočník)
- Do série zapojený malý odpor může sloužit i jako ochrana proti zkratu v obvodech s vysokou impedancí (například při přenosu signálu po sériové lince )
- Pro vytápění (topná tělesa)
- Maření výkonu u elektrodynamických brzd
- Pro regulaci výkonu (viz odporová regulace výkonu a rozjezdový odporník)
- Pro tlumení kmitavých obvodů
- Jako nabíjecí odpor (pro omezení proudového nárazu při nabíjení nebo vybíjení kondenzátorů)
- Zatížení signálových linek pro zvýšení odolnosti proti rušení
- Zakončení signálových linek proti odrazům
Značení rezistorů
Základní jednotkou pro značení rezistorů je 1 Ω (1 ohm). Pokud je jasné, že se jedná o rezistor, znak Ω se obvykle nepíše. Např. rezistor označený "100k" má hodnotu 100 kΩ. Značka řádu (k, M, G...) slouží současně jako desetinná tečka, takže např. odpor "6k8" má hodnotu 6,8 kΩ, odpor "k100" má hodnotu 0,1 kΩ. Hodnota rezistorů se dnes často označuje barevným proužkovým kódem, který je na miniaturních součástkách lépe čitelný, než nápis. V poslední době se častěji používá třímístné značení např. 102, kde 10 značí hodnotu a třetí místo představuje počet nul za hodnotou. Takže tato hodnota je jinak 1000 ohmů. U SMD rezistorů se užívá značení formou tří nebo čtyř číslic, např. 102 je odpor 1000 ohmů v toleranci 5%. Čtyři číslice označují rezistory v toleranci hodnoty odporu 1%.
Charakteristické vlastnosti rezistorů
- Jmenovitý odpor rezistoru - předpokládaný odpor součástky v ohmech.
- Tolerance jmenovitého odporu rezistoru - Označuje se jí dovolená odchylka od jmenovité hodnoty.
- Jmenovité zatížení rezistoru - Výkon, který se smí za určitých normou stanovených podmínek přeměnit v teplo, aniž by teplota jeho povrchu překročila přípustnou velikost.
- Provozní zatížení rezistorů - Největší přípustné provozní zatížení rezistoru, které je určeno nejvyšší teplotou součástky, při které ještě nenastávají trvalé změny jejího odporu ani podstatné zkracování doby její životnosti.
- Největší dovolené napětí - Největší dovolené napětí mezi vývody součástky, při jehož překročení by mohlo dojít k jejímu poškození.
- Teplotní součinitel odporu rezistoru - Určuje změnu odporu rezistoru způsobenou změnou jeho teploty. Udává největší poměrnou změnu odporu součástky odpovídající vzrůstu o 1 °C v rozsahu teplot, ve kterých je změna odporu vratná.
- Šumové napětí - Vzniká vlivem nerovnoměrného pohybu
elektronů uvnitř materiálu součástky. Projevuje se malými, časově
nepravidelnými změnami potenciálu. Příčinou šumu je šumové napětí, které
má dvě hlavní složky:
- tepelné šumové napětí - je závislé na teplotě a šířce kmitočtového pásma, ve kterém se rezistor používán.
- povrchové šumové napětí - závisí na velikosti stejnosměrného napětí U přiloženého na rezistor.