Mi az az ellenállás és mire szolgál?

Az ellenállások az elektronikában leggyakrabban használt elemek közé tartoznak. Ez a név már régóta nem tartozik a rádióamatőr terminológia szűk keretei közé. És bárki számára, aki csak egy kicsit is érdeklődik az elektronika iránt, a kifejezés nem okozhat zavart.

 

Mi az ellenállás

A legegyszerűbb meghatározás szerint az ellenállás egy elektromos áramkör olyan eleme, amely ellenállást biztosít a rajta átfolyó áramnak. Az elem neve a latin "resisto" - "ellenállni" - szóból származik, és a rádióamatőrök gyakran "ellenállásként" emlegetik ezt a részt.

Fontolja meg, hogy mik azok az ellenállások és mire használják őket. E kérdések megválaszolásához meg kell ismerni a villamosmérnöki alapfogalmak fizikai jelentését.

Az ellenállás működésének magyarázatára a vízvezetékkel való analógia használható. Ha bármilyen módon akadályozzuk a víz áramlását a csőben (pl. az átmérő csökkentésével), akkor a belső nyomás megnő. Az akadály eltávolításával a nyomás csökken. Az elektrotechnikában ez a nyomás a feszültségnek felel meg - ha megnehezítjük az elektromos áram áramlását, növeljük a feszültséget az áramkörben; ha csökkentjük az ellenállást, csökkentjük a feszültséget is.

A cső átmérőjének változtatásával a víz áramlási sebességét változtathatjuk; az elektromos áramkörökben az ellenállás változtatásával az áram erősségét szabályozhatjuk. Az ellenállás értéke fordítottan arányos az elem vezetőképességével.

Az ellenállásos elemek tulajdonságai a következő célokra használhatók fel:

• Az áram feszültséggé alakítása és fordítva;
• Az áramáramlás korlátozása egy adott áramérték elérése érdekében;
• Feszültségosztók létrehozása (pl. mérőműszerekben);
• Egyéb speciális alkalmazások (pl. rádiózavarok csökkentése).

A következő példa elmagyarázza, hogy mi az ellenállás és mire használják. Az ismert LED kis áramokon világít, de a saját ellenállása olyan alacsony, hogy ha a LED-et közvetlenül áramkörbe helyezzük, még 5 V-os feszültségen is, a rajta átfolyó áram meghaladja az alkatrész megengedett értékeit. Ez a terhelés a LED azonnali meghibásodását okozza. Ezért az áramkörben szerepel egy ellenállás, amelynek célja ebben az esetben az, hogy az áramot egy előre meghatározott értékre korlátozza.

Az összes ellenállásos elem passzív alkatrész az elektromos áramkörökben, az aktív elemekkel ellentétben nem adnak energiát a rendszernek, hanem csak fogyasztják azt.

Miután megértette, hogy mik az ellenállások, meg kell vizsgálnia típusukat, megnevezésüket és címkézésüket.

Ellenállások típusai

Az ellenállások típusai a következő kategóriákba sorolhatók:

1. Nem állítható (állandó) - huzalozott, kompozit, film, szén, stb.
2. Állítható (változtatható és trimmelt). Az állítható ellenállásokat elektromos áramkörök beállítására használják. A változó ellenállású elemek (potenciométerek) a jelszintek beállítására szolgálnak.

Külön csoportot képviselnek a félvezető ellenállásos elemek (termorezisztorok, fotorezisztorok, varisztorok stb.).

Az ellenállások jellemzőit a rendeltetésük határozza meg, és azokat a gyártáskor határozzák meg. A legfontosabb paraméterek a következők:

1. Névleges ellenállás. Ez az elem fő jellemzője, és ohmban (Ohm, kOhm, Mohm) mérik.
2. A megadott névleges ellenállás százalékában megadott tűréshatár. A gyártástechnológiából adódó lehetséges eltéréseket jelenti.
3. Disszipációs teljesítmény - Az a maximális teljesítmény, amelyet egy ellenállás hosszú távú terhelés során el tud vezetni.
4. Az ellenállás hőmérsékleti együtthatója - az ellenállás relatív változását mutató érték, amikor a hőmérséklet 1°C-kal változik.
5. Működési feszültséghatár (elektromos erősség). Ez az a maximális feszültség, amely mellett az alkatrész megtartja a megadott paramétereit.
6. A zajjellemző az ellenállás által a jelbe bevitt torzítás mértéke.
7. Nedvesség- és hőmérséklet-ellenállás - a páratartalom és a hőmérséklet maximális értékei, amelyek túllépése az alkatrész meghibásodásához vezethet.
8. Feszültségtényező. Olyan érték, amely figyelembe veszi az ellenállásnak az alkalmazott feszültségtől való függését.

Az ellenállások használata az ultramagas frekvenciatartományban további jellemzőket ad, például parazita kapacitást és induktivitást.

Félvezető ellenállások

Ezek olyan félvezető eszközök, amelyek két terminállal rendelkeznek, és amelyek elektromos ellenállása függ a környezeti paraméterektől, például a hőmérséklettől, a fénytől, a feszültségtől stb. Az ilyen alkatrészek gyártásához szennyeződésekkel adalékolt félvezető anyagokat használnak, amelyek típusa meghatározza a vezetőképesség külső hatásoktól való függését.

A félvezető ellenállású elemek a következő típusok léteznek:

1. Lineáris ellenállás. Az alacsony ötvözetű anyagból készült elemnek alacsony az ellenállása a külső hatásoktól való függése a feszültségek és áramok széles tartományában, leggyakrabban integrált áramkörök gyártásában használják.
2. A varisztor olyan elem, amelynek ellenállása az elektromos tér erősségétől függ. A varisztornak ez a tulajdonsága határozza meg az alkalmazását: az eszközök elektromos paramétereinek stabilizálása és szabályozása, a túlfeszültség elleni védelem és egyéb célokra.
3. Termisztor. Ez a fajta nemlineáris ellenállású elem képes a hőmérséklet függvényében változtatni az ellenállását. Kétféle termisztor létezik: a termisztor, amelynek ellenállása a hőmérséklet növekedésével csökken, és a pozisztor, amelynek ellenállása a hőmérséklet növekedésével nő. A termisztorokat ott használják, ahol fontos a hőmérséklet-folyamat folyamatos szabályozása.
4. Fotorezisztor. Ennek az eszköznek az ellenállása fény hatására változik, és független az alkalmazott feszültségtől. A gyártás során ólmot és kadmiumot használnak, és ez néhány országban ahhoz vezetett, hogy környezetvédelmi okokból fokozatosan kivonták ezeket az alkatrészeket a forgalomból. A fotorezisztorok ma már a második helyen állnak a fotodiódák és a fototranzisztorok mögött a hasonló alkalmazásokban.
5. Nyúlásmérő ellenállások. Ezt az elemet úgy tervezték, hogy a külső mechanikai behatás (deformáció) függvényében képes változtatni az ellenállását. Olyan csomópontokban használják, amelyek a mechanikai műveleteket elektromos jelekké alakítják.

A félvezető elemeket, például a lineáris ellenállásokat és a varisztorokat a külső hatásoktól való gyenge függés jellemzi. A nyúlásmérők, termisztorok és fotorezisztorok esetében a jellemzők erősen függnek a hatásoktól.

A félvezető ellenállásokat az áramköri rajzokon intuitív szimbólumokkal azonosítják.

Ellenállás egy áramkörben

Az orosz áramkörökben az állandó ellenállású elemeket általában fehér téglalapként jelölik, néha R betűvel fölötte. A külföldi rendszerekben az ellenállás egy "cikcakk" szimbólummal azonosítható, amelynek tetején egy hasonló R betű látható. Ha valamelyik alkatrész paramétere fontos a készülék működése szempontjából, akkor azt a kapcsolási rajzban szokás feltüntetni.

A teljesítményt egy téglalapon sávokkal lehet jelezni:

• 2W - 2 függőleges kötőjel;
• 1W - 1 függőleges sáv;
• 0.5W - 1 vágás;
• 0,25 W - egy ferde vonal;
• 0,125 W - két ferde vonal.

A teljesítményt római számokkal szabad feltüntetni a diagramon.

A változtatható ellenállásokat a téglalap fölött egy további vonallal jelölik, a beállíthatóságot szimbolizáló nyíllal, a pinszámozás számokkal is feltüntethető.

A félvezető ellenállásokat ugyanezzel a fehér téglalap alakú, de a vezérlés típusát jelző betűvel (U - varisztor esetén, P - nyúlásmérő ellenállás esetén, t - termisztor esetén) keresztezett átlós vonal jelzi (kivéve a fotorezisztorokat). A fotorezisztort egy körben lévő téglalap jelzi, amely felé két nyíl mutat, a fényt szimbolizálva.

Az ellenállás paraméterei nem függenek az áramáram frekvenciájától, ami azt jelenti, hogy ez az elem egyformán működik egyenáramú és váltakozó áramú áramkörökben (alacsony és magas frekvencián egyaránt). Ez alól kivételt képeznek a huzalozott ellenállások, amelyek induktívak, és magas és ultramagas frekvenciákon a sugárzás miatt energiát veszíthetnek.

Az ellenállások párhuzamosan vagy sorba kapcsolhatók, attól függően, hogy az áramkör tulajdonságai milyen követelményeket támasztanak. A teljes ellenállás kiszámítására szolgáló képletek a különböző áramköri kapcsolások esetében jelentősen eltérnek egymástól. Soros kapcsolásban a teljes ellenállás egyenlő az áramkörben lévő elemek értékeinek egyszerű összegével: R = R1 + R2 +... + Rn.

Párhuzamos kapcsolás esetén a teljes ellenállás kiszámításához adjuk össze az elemek inverz értékeit. Ez egy olyan értéket eredményez, amely szintén a teljes érték inverze: 1/R = 1/R1 + 1/R2 + ... 1/Rn.

A párhuzamosan kapcsolt ellenállások összellenállása kisebb lesz, mint a legalacsonyabb.

Értékelések

Az ellenállásos elemekhez szabványos ellenállási értékek tartoznak, amelyeket "ellenállás névleges sorozatnak" neveznek. A sor létrehozásának alapja a következő: Az értékek közötti lépésnek át kell fednie a tűréshatárt (hibát). Példa - ha egy elem névleges értéke 100 ohm és a tűrés 10%, akkor a sorozat következő értéke 120 ohm lesz. Ezzel a lépéssel elkerülhetők a felesleges értékek, mivel a szomszédos minősítések a hibaváltozással együtt gyakorlatilag lefedik a köztük lévő teljes értéktartományt.

A rendelkezésre álló ellenállások különböző tűréshatárokkal vannak sorba rendezve. Minden sorozatnak saját névleges tartománya van.

A sorozatok közötti különbségek a következők:

• E 6 - 20%-os tűréshatár;
• E 12 - 10%-os tűréshatár;
• E 24 - tűrés 5% (néha 2%);
• E 48 - 2%-os tűréshatár;
• E 96 - tűréshatár 1%;
• E 192 - tűréshatár 0,5% (lehet 0,25%, 0,1% és alacsonyabb).

A leggyakoribb E 24 sorozat 24 ellenállási értéket tartalmaz.

Címkézés

Az ellenállásos elem mérete közvetlen kapcsolatban van a disszipációs teljesítményével, minél nagyobb ez a méret, annál nagyobbak az alkatrész méretei. Míg az áramkörökön bármilyen számérték könnyen feltüntethető, a termékek címkézése nehézségekbe ütközhet. Az elektronikai gyártás miniatürizálódási tendenciája miatt az alkatrészek egyre kisebbek lesznek, ami megnehezíti az információk elhelyezését a burkolaton és azok leolvasását is.

Az orosz iparban az ellenállások könnyebb azonosítása érdekében alfanumerikus jelölést használnak. Az ellenállások jelölése a következőképpen történik: a névleges értéket számjegyek jelzik, és a számjegyek mögé (tizedes értékek esetén) vagy elé (százas értékek esetén) egy betű kerül. Ha a névleges érték kevesebb, mint 999 ohm, a számot betű nélkül kell feltüntetni (vagy lehet R vagy E). Ha az értéket kOhm-ban adjuk meg, a szám után a K betű következik, az M betű pedig a Mohm-ban megadott értéknek felel meg.

Az amerikai ellenállások három számjegyű jelöléssel vannak ellátva. Az első kettő a címletre utal, a harmadik az értékhez hozzáadott nullák (tízesek) számát jelöli.

Az elektronikai szerelvények robotizált gyártása során a nyomtatott szimbólumok gyakran az alkatrésznek a lap felé néző oldalán vannak, ami lehetetlenné teszi az információk elolvasását.

Színkódolás

Annak érdekében, hogy az információ minden oldalon olvasható legyen, színkódolást alkalmaznak - kör alakú festékcsíkok segítségével. Minden színnek saját számértéke van. A csíkok az alkatrészeken az egyik csaphoz közelebb helyezkednek el, és balról jobbra olvashatók. Ha az alkatrész kis mérete miatt nem lehetséges a színjelzéseket egy terminálra áthelyezni, az első csík kétszer olyan széles, mint a többi csík.

A 20%-os tűréshatárú alkatrészeket három vonallal, az 5-10%-os tűréshatárúakat 4 vonallal jelöljük. A legpontosabb ellenállásokat 5-6 sorral jelölik, amelyek közül az első kettő az alkatrész névleges értékének felel meg. Ha a sávok száma 4, a harmadik sor az első két sáv tizedes szorzóját, a negyedik sor a pontosságot jelzi. Ha a sávok száma 5, akkor a harmadik a minősítés harmadik számjegyét, a negyedik a tizedespontot (a nullák számát), az ötödik pedig a pontosságot jelzi. A hatodik vonal az ellenállás hőmérsékleti együtthatóját (TCR) jelzi.

A négycsíkos jelölések esetében az arany vagy ezüst csíkok mindig az utolsó helyre kerülnek.

Minden jelölés bonyolultnak tűnik, de a jelölések gyors olvasásának képessége a tapasztalattal együtt jár.

Kapcsolódó cikkek: