Rezistor – co to je, princip činnosti a označení na schématu

Rezistor (anglicky rezistor, z lat. resisto – resist) [1] – pasivní prvek elektrických obvodů, mající určitou konstantní nebo proměnnou hodnotu elektrického odporu, určený k lineární přeměně proudu na napětí, oddělení napětí, omezení a regulaci proudu v elektrický obvod.

Existují rezistory s konstantním i proměnným odporem. Hodnota odporu proměnného rezistoru se může měnit v důsledku mechanického pohybu motoru s proměnným rezistorem (reostat, potenciometr) nebo v důsledku nelineárního vztahu mezi proudem a napětím v elektronickém zařízení (varistor) [1].

Slovo „odpor“ se často používá jako synonymum pro výraz „rezistor“.

Fyzikální základy

Uvažujeme-li část obvodu sestávající ze dvou sériově zapojených rezistorů R 1 > a R 2 >, pak zjistíme, že při průchodu proudu každým z nich vzniká úbytek napětí U 1 > a U 2 >, resp. a velikost tohoto napětí je přímo úměrná velikosti odporu každého rezistoru.
Podstata jevu spočívá v tom, že když proud protéká vodičem s nenulovým odporem (v tomto případě přes rezistor), díky tomu, že materiál rezistoru brání průchodu proudu, vzniká při jeho průchodu potenciálový rozdíl. končí, která provádí přenosovou práci (relativně řečeno „tlačení“) náboje [2]. Velikost tohoto potenciálového rozdílu bude tím větší, čím větší bude odpor rezistoru.
Práce vynaložená na přenos nábojů uvnitř tělesa rezistoru vede k uvolnění tepla, jehož množství závisí také na hodnotě odporu.

Ohmův zákon

Chcete-li vypočítat pokles napětí na rezistoru pro známé hodnoty proudu a odporu, musíte použít Ohmův zákon pro část obvodu [3]:

I = UR > , kde I je síla proudu v obvodu; U je úbytek napětí v části obvodu; R je elektrický odpor části obvodu.

Potom bude úbytek napětí na rezistoru roven:

Hlavní charakteristiky rezistorů

Mezi hlavní charakteristiky rezistorů patří ztrátový výkon, závislost odporu na teplotě a proudově-napěťová charakteristika [4].

Rozptyl energie

Když proud protéká rezistorem, uvolňuje se ve vodivé vrstvě tepelná energie, jejíž výkon může být reprezentován ve formě následujících závislostí:

Pokud průměrný výkon rozptýlený rezistorem překročí jeho návrhový (jmenovitý) výkon, rezistor se přehřeje a může selhat.

Závislost odporu na teplotě

Odpor kovových, včetně drátěných, rezistorů závisí téměř lineárně na teplotě [5]:

R = R 0 ( 1 + α ( t − t 0 ) ) (1+alfa (t-t_))> , kde R a R 0 – respektive odpor rezistoru při teplotách t и t (obvykle t = 20 °C).

Koeficient α se nazývá teplotní koeficient odporu (TCR), který ukazuje, jak moc se změní odpor rezistoru při změně teploty o 1 °C nebo 1 kelvin. U většiny kovů a kovových slitin je TCS pozitivní. Polovodičové rezistory mají negativní TCR, ale modul TCR je vyšší než u kovových, což umožňuje jejich použití jako teplotní senzory. Proudově napěťová charakteristika (voltampérová charakteristika) polovodičového termistoru (termistoru) je uvedena níže.

Proudově-napěťová charakteristika

Podle charakteru proudově-napěťové charakteristiky se všechny odpory dělí na lineární a nelineární [6]. Odpor lineárních rezistorů nezávisí na použitém napětí nebo proudu. Odpor nelineárních rezistorů se mění v závislosti na hodnotě použitého napětí nebo proudu, který jimi protéká (varistory a bartery), nebo na teplotě (termistory) nebo osvětlení (fotorezistory). Obrázek ukazuje příklady charakteristik proud-napětí:

• Pro varistor (vlevo). Modré jsou na bázi ZnO, červené jsou na bázi SiC;
• Pro termistor (vpravo). Tangenta úhlů sklonu přímek vedených od počátku k bodům A, B a C na křivce se rovná statické vodivosti termistoru v těchto bodech.

V lineárních odporových obvodech se tvar proudu shoduje s tvarem napětí.

Klasifikace rezistorů

Rezistory jsou prvky elektronických zařízení a mohou být použity jako samostatné součástky nebo jako součástky integrovaných obvodů. Diskrétní rezistory jsou klasifikovány podle účelu, povahy změny odporu, materiálu odporového prvku, způsobu ochrany před vlhkostí, způsobu instalace, typu proudově-napěťové charakteristiky a technologie výroby [7].

• rezistory pro všeobecné použití;
• rezistory pro speciální aplikace:
  • vysoký odpor (odpor od desítek megaohmů až po jednotky tom, provozní napětí 100-400 V);
  • vysokonapěťové (provozní napětí – desítky kV);
  • vysokofrekvenční (mají malou indukčnost a kapacitu, pracovní frekvence až stovky MHz);
  • precision a ultra-precision (charakterizované zvýšenou přesností jmenovité hodnoty a stabilitou: tolerance odporu je v rozmezí 0,01% – 1%).

  Podle povahy změny odporu:

  • pevné odpory;
  • rezistory s proměnným nastavením;
  • variabilní ladicí odpory.

  Na základě materiálu odporového prvku [6]:

  • tenkovrstvá na izolační základně:
    • uhlík;
    • kovový film:
      • pokovené;
      • oxid kovu;
      • cermet;

      Podle způsobu ochrany proti vlhkosti [6]:

      • neizolované;
      • zateplené-lakované;
      • složený;
      • lisované do plastu;
      • zapečetěné;
      • vakuum.

      Podle způsobu instalace:

      • pro instalaci tištěných obvodů;
      • pro montáž na stěnu;
      • pro mikroobvody a mikromoduly.

      Typy rezistorů

      Níže jsou uvedeny hlavní typy rezistorů a jejich popis [8] [9].

      Pevné odpory

      Na základě konstrukce a výrobní technologie lze pevné odpory rozdělit do následujících typů:

      

      Drátové rezistory

      Drátové rezistory jsou navinuty z drátu nebo pásky s vysokým odporem na rám nějakého druhu. Hodnota odporu rezistoru závisí na měrném odporu materiálu drátu, jeho délce a průřezu. Jako odporový drát se používají slitiny jako konstantan nebo chromnikl. Mezi výhody drátového rezistoru patří schopnost rozptýlit vysoký výkon. Nevýhodou je značná parazitní indukčnost. Pro jeho snížení jsou drátové rezistory téměř vždy vyráběny s bifilárním vinutím.
      Vysoce odolné malé drátové rezistory jsou někdy vyrobeny z mikrodrátů.

      Bezdrátové odpory

      Schéma návrhu bezdrátového rezistoru

      Kovový film a rezistory z oxidu kovu používají jako odporový materiál tenký kovový pás.

      Odporový prvek drátových rezistorů je objemová struktura fyzického těla nebo povrchová vrstva vytvořená na izolačních dílech (tenký film z kovové slitiny nebo kompozitního materiálu s vysokým měrným odporem nanesený na válcové keramické jádro).

      Uhlíkové rezistory se vyrábějí ve formě filmových a objemových. Fólie nebo odporová tělesa jsou směsí grafitu s organickými nebo anorganickými látkami.
      Tělo rezistoru je chráněno barvou nebo plastem, konce jádra jsou opatřeny lisovanými kovovými krytkami s drátěnými vývody pro instalaci.

      Rezistory pro povrchovou montáž na desky plošných spojů

      Technologie povrchové montáže desek plošných spojů se také nazývá technologie povrchové montáže (SMT) nebo technologie SMD. povrchově montované zařízení – zařízení pro povrchovou montáž) a součásti pro povrchovou montáž se nazývají “čipové komponenty”. Rezistory určené pro takovou instalaci jsou konstrukčně odlišné a vypadají takto:

      Rezistor (z latinského „resisto“, což znamená „odolat“) je pasivní prvek elektrického obvodu, který má určitou nebo proměnnou hodnotu elektrického odporu. Na rozdíl od aktivních prvků nemají pasivní prvky schopnost řídit tok elektronů.

      Rezistory se lidově nazývají „odpory“ nebo jednoduše „odpor“. Rezistory jsou zodpovědné za lineární přeměnu proudu na napětí a naopak, stejně jako za omezování proudu a absorpci elektrické energie.

      Rezistor je jednou z nejoblíbenějších součástí a používá se ve většině elektronických zařízení.

      Proč je v elektrickém obvodu potřeba rezistor?

      

      Pomocí rezistoru v elektrickém obvodu je proud omezen a získává svou požadovanou hodnotu. Podle Ohmova zákona platí, že čím větší odpor při stabilním napětí, tím menší proud.

      Ohmův zákon je vyjádřen vzorcem U = I*R, ve kterém:

      • U – napětí, V;
      • I – síla proudu, A;
      • R – odpor, Ohm.

      Rezistory také fungují jako:

      • měniče proudu na napětí a naopak;
      • děliče napětí, této vlastnosti se využívá v měřicích přístrojích;
      • prvky pro snížení nebo úplné odstranění rádiového rušení.

      Hlavní charakteristiky rezistorů

      Parametry, které je třeba vzít v úvahu při výběru rezistoru, závisí na povaze obvodu, ve kterém bude použit. Mezi hlavní charakteristiky patří:

      • Nominální odpor. Tato hodnota se měří v Ohmech, 1 kOhm (1000 Ohmů), 1 MOhm (1000 kOhmů), 1 GOhm (1000 MOhmů).
      • Maximální ztrátový výkon – maximální výkon, který je prvek schopen rozptýlit při dlouhodobém používání. V diagramech je jmenovitý ztrátový výkon uveden pouze u výkonných nabíječek. Čím vyšší výkon, tím větší velikost dílu.
      • Třída přesnosti. Určuje, jak moc se může skutečná hodnota odporu lišit od deklarované hodnoty.

      V případě potřeby zohledněte maximální provozní napětí, nadměrný hluk, odolnost vůči teplotě a vlhkosti a napěťový faktor. Pokud je součást plánována pro instalaci do zařízení pracujícího na vysokých a ultravysokých frekvencích, je třeba vzít v úvahu parazitní kapacitu a parazitní indukčnost. Tyto hodnoty by měly být minimální.

      Způsob montáže

      Podle instalační technologie se rezistory dělí na výstupní a SMD.

      Výstupní odpory

      

      Určeno pro instalaci přes desku plošných spojů. Vývody mohou být umístěny axiálně nebo radiálně. Takové díly se používaly ve starých audio a video zařízeních. Nyní se používají v jednoduchých zařízeních a v případech, kdy je použití SMD rezistorů z nějakého důvodu nemožné.

      Konstrukce výstupních rezistorů může být vyrobena z drátu, kovové fólie nebo kompozitu.

      Z čeho se skládá drátový rezistor?

      U drátových rezistorů je odporová složka drát navinutý kolem jádra. Bifilární vinutí (dva paralelní vodiče izolované od sebe, nebo běžný dvoužilový vodič) snižuje parazitní indukčnost. Na konce vinutí jsou připojeny vývody z lankových měděných nebo mosazných plechů. Pro ochranu před vlhkostí, mechanickým poškozením a znečištěním jsou drátěné řezy potaženy anorganickým smaltem, který je odolný vůči zvýšeným teplotám.

      Jaký je rozdíl mezi kovovým filmovým rezistorem a drátovým rezistorem?

      V rezistoru s kovovým filmem není odporovým prvkem drát, ale film vyrobený z kovové slitiny. Odporové součásti (drát nebo fólie) v rezistoru jsou vyrobeny ze slitin s vysokým měrným odporem: manganin, konstantan, nichrom, nikl.

      SMD rezistory

      SMD rezistory (neboli čipové rezistory) jsou určeny pro povrchovou montáž a nemají kolíky. Tyto miniaturní díly malé tloušťky jsou vyráběny v obdélníkových nebo oválných tvarech. Mají malé kontakty zapájené do povrchu. Jejich výhodou je úspora místa na desce, zjednodušení a zrychlení procesu montáže desky a možnost jejich využití pro automatizovanou instalaci.

      SMD rezistory jsou vyráběny filmovou technologií. Mohou být tenkovrstvé nebo tlustovrstvé. Na izolační substrát se nanáší odporový silný nebo tenký film. Substrát plní dvě funkce: základnu a složku odvádějící teplo.

      Z čeho jsou čipové rezistory vyrobeny?

      Tenkovrstvé prvky, které mají speciální požadavky na odolnost proti vlhkosti, jsou vyrobeny z nichromu. Při výrobě tlustovrstvých modelů se používá oxid rutheničitý, ruthenity olova a bismutu.

      Typy rezistorů podle charakteru změn odporu

      Rezistory mohou být pevné nebo variabilní. Konstanty mají dva vývody a stabilní odpor uvedený v označení. U proměnných (regulačních a ladicích) rezistorů se tento parametr pohybuje v přijatelných mezích v závislosti na provozním režimu.

      V souhrnech proměnných jsou tři závěry. Diagram ukazuje jmenovitou hodnotu mezi krajními svorkami. Hodnota odporu mezi střední a vnější svorkou se nastavuje pohybem posuvného kontaktu (jezdce) po odporové vrstvě. V tomto případě se odpor mezi středním a jedním z krajních vývodů zvyšuje a mezi středním a druhým krajním vývodem klesá. Když se „běžec“ pohne opačným směrem, efekt se obrátí.

      Co dělají trimovací rezistory?

      Jsou navrženy pro periodické nastavování, takže pohyblivý systém je navržen pro malý počet pohybových cyklů – až 1000.

      Nastavovací odpory jsou určeny pro opakované použití – více než 5 tisíc cyklů.

      Typy rezistorů podle charakteru proudově-napěťové charakteristiky

      Podle charakteristik proudového napětí se rezistory dělí na lineární a nelineární. Odpor lineárních prvků nezávisí na napětí a proudu, ale odpor nelineárních prvků se mění v závislosti na těchto (nebo jiných) veličinách. Drobné lineární díly typu MLT (metalizované lakované žáruvzdorné) se používají v komunikačních zařízeních – magnetofonech a rozhlasových přijímačích.

      Příkladem nelineárních rezistorů je obyčejná žárovka, jejíž odpor ve vypnutém stavu je mnohem nižší než v režimu svícení. U fotorezistorů se odpor mění vlivem světla, u termistorů – teplota, tenzometry – deformace odporové vrstvy, magnetorezistory – magnetické pole.

      Typy rezistorů podle účelu

      Rezistory podle účelu se dělí na dva hlavní typy – obecné a speciální. Na druhé straně jsou speciální odpory rozděleny takto:

      • Vysoká frekvence. Proč jsou takové odpory potřeba v elektrických obvodech: kvůli jejich nízkým vnitřním kapacitám a indukčnostem lze vysokofrekvenční odpory použít v obvodech, ve kterých frekvence dosahuje stovek megahertzů, působí v nich jako předřadné nebo ukončovací zátěže.
      • Vysoká odolnost. Hodnota odporu je v rozsahu od několika desítek MOhmů do TOhm, hodnota napětí je malá – do 400 V. Vysokoodporové prvky pracují v nezatíženém stavu, nepotřebují tedy vysoký výkon. Jejich ztrátový výkon nepřesahuje 0,5 W. Vysokoodporové rezistory se používají k omezení proudu v dozimetrech, zařízeních pro noční vidění a dalších zařízeních s nízkými proudy.
      • Přesnost a ultra přesnost. Tato zařízení mají vysokou třídu přesnosti: přípustná hodnota odporu je 1% jmenovité hodnoty nebo méně. Pro srovnání: u běžných rezistorů je přípustný rozsah 5 % a více. Přesná zařízení se používají hlavně ve vysoce přesných měřicích přístrojích.

      Hluk rezistoru a způsoby jeho snížení

      Vlastní šum odporových prvků se skládá z tepelného a proudového šumu. Tepelný šum způsobený pohybem elektronů ve vodivé vrstvě se zvyšuje s rostoucí teplotou ohřevu součásti a teplotou okolí. Když protéká proud, vzniká proudový šum. Proudový šum, jehož hodnota je výrazně vyšší než tepelný šum, je charakteristický především pro bezdrátové odpory.

      Způsoby, jak se vypořádat s hlukem:

      • Použití v obvodu typů rezistorů, ve kterých je díky výrobní technologii nízký šum.
      • Variabilní odpory jsou hlučnější než konstantní odpory, proto se v obvodu snaží použít prvky s proměnným odporem minimální hodnoty nebo je nepoužívat vůbec.
      • Použití navíječů s větším výkonem, než vyžaduje technologie.
      • Nucené chlazení prvku instalací blízkého ventilátoru.

      Označení rezistorů ve schématu

      Označení podle GOST 2.728-74	popis
      Pevný odpor bez specifikované jmenovité ztráty výkonu
      Pevný odpor s jmenovitým ztrátovým výkonem 0,05 W
      Pevný odpor s jmenovitým ztrátovým výkonem 0,125 W
      Pevný odpor s jmenovitým ztrátovým výkonem 0,25 W
      Pevný odpor s jmenovitým ztrátovým výkonem 0,5 W
      Pevný odpor s jmenovitým ztrátovým výkonem 1 W
      Pevný odpor s jmenovitým ztrátovým výkonem 2 W
      Pevný odpor s jmenovitým ztrátovým výkonem 5 W

      Označení proměnných, trimrových a nelineárních rezistorů ve schématech:

      Symbol rezistoru ve schématu je obdélník o rozměrech 4×10 mm. Na diagramech je hodnota konstantního odporu menší než kOhm uvedena vedle jeho symbolu s číslem bez měrné jednotky. Při jmenovité hodnotě od 999 kOhm do XNUMX kOhm je vedle čísla umístěno písmeno „K“, od jednoho MOhm písmeno „M“. Charakteristiky rezistorů jsou vyznačeny na jejich plochách, pro které je použit alfanumerický kód nebo skupina barevných pruhů.

      Příklady alfanumerického zápisu odporu vyjádřeného jako celé číslo:

      • 25 Ohm – 25 R;
      • 25 kOhm – 25 K;
      • 25 MOhm – 25 M.

      Pokud se k vyjádření hodnoty odporu použije desetinný zlomek, bude se pořadí čísel a písmen lišit, například:

      • 0,25 Ohm – R 25;
      • 0,25 kOhm – K 25;
      • 0,25 MOhm – M 25.

      Pokud je odpor vyjádřen jako jiné číslo než nula a s desetinným zlomkem, pak písmeno v označení hraje roli čárky, například:

      • 2,5 Ohm – 2R5;
      • 2,5 kOhm – 2K5;
      • 2,5 MOhm – 2M5.

      Výrobci kvůli nedokonalé technologii výroby nejsou schopni 100% zaručit, že deklarovaná hodnota odporu odpovídá skutečné. Přípustná chyba je uvedena v % a je uvedena za jmenovitou hodnotou, například ±5 %, ±10 %, ±20 %. Třídu přesnosti lze určit písmenem v závislosti na výrobci – ruština nebo latina.

      Přípustná chyba, ± %