.png)
Do czego służą rezystory (inaczej oporniki)?
Najprościej rzecz ujmując, rolą rezystora jest ograniczenie prądu płynącego w obwodzie, w którym występuje niezmieniające się napięcie. Najczęściej używane rezystory są lekko wklęsłymi "walcami", z których osiowo wystają dwa wyprowadzenia. Na schematach ideowych rezystory przedstawia się jako prostokąty z dwoma wyprowadzeniami.
Rezystor oraz jego przedstawienie w formie symbolu ideowego wraz z wartością i opisem
Im większa rezystancja opornika, tym mniejszy prąd może popłynąć w układzie. Dobrze demonstruje to poniższy, humorystyczny obrazek, który od lat krąży po sieci i niestety nie jest nam znane jego źródło:
Humorystyczna ilustracja prądu płynącego w obwodzie
Jak należy go interpretować? Im większe (tutaj "silniejsze") napięcie tym, prąd płynie w obwodzie szybciej. Na płynący prąd ma jednak duży wpływ opór panujący w obwodzie. Im jest on większy (im stworek mocniej zaciska pętlę), tym mniej prądu może przepłynąć. Już teraz można wyciągnąć stąd ciekawy wniosek, że jeśli chcielibyśmy, aby w układzie płynął większy prąd, to możemy obniżyć opór lub zwiększyć napięcie. Do tego tematu jeszcze wrócimy - zapamiętaj ten obrazek!
Jak działa rezystor?
Wiele osób ma dość duży problem ze zrozumieniem istoty rezystorów. Bierze się to chyba ze sposobu, w który tłumaczy się im działanie tego elementu. Jeśli zapytacie kogoś co robi dioda, to usłyszycie, że świeci. Co robi silnik? Kręci się. A co robi rezystor? Ogranicza prąd...
Świetnie, że ogranicza prąd, ale to nie jest zbyt intuicyjne w zrozumieniu. Lepszą odpowiedzią na pytanie "Co robi rezystor?" byłoby raczej, że "Grzeje się". Rezystor nie ma żadnej magicznej zdolności zmniejszania prądu płynącego w obwodzie - on musi coś robić z tym nadmiarem energii. W praktyce przekształca energię elektryczną na energię cieplną.
Rolą rezystora jest wyłącznie pobór mocy i zamiana jej na ciepło!
Rezystor zamienia nadmiar energii elektrycznej w energię cieplną
Czasami taki rezystor musi wziąć na siebie większą, a czasami mniejszą ilość energii, dlatego rezystory występują w różnych rozmiarach obudów - dostosowanych do mocy jakie można na nim wytracić.
Parametry rezystora
Rezystory opisywane są dwoma parametrami: rezystancją oraz mocą strat. Teraz kluczowy będzie dla nas tylko ten pierwszy parametr. Rezystancja jest na ogół podawana w formie zakodowanej, za pomocą kolorowych pasków lub kodowych nadruków (w przypadku małych elementów). Oprócz tego producenci deklarują tolerancję rezystorów – typowo 5%, niekiedy 1%. Oznacza to, że producent zapewnia, że opór tego rezystora to np. 1kΩ +/- 5%. Czyli w praktyce rezystor może mieć 950-1050Ω.
Im mniejsza tolerancja, tym rzeczywista wartość zakupionego opornika będzie bardziej odpowiadała temu, co jest zakodowane na jego obudowie, za to element ten będzie droższy. W przeważającej większości wypadków, tolerancja wynosząca 5% jest absolutnie wystarczająca.
Rezystory, jak i inne elementy elektroniczne, wytwarza się w oparciu o tzw. typoszereg, czyli z odgórnie określonymi wartościami. Nie można kupić rezystora o dowolnej rezystancji.
Dopuszczalna moc strat jest wyrażana w watach [W] i oznacza moc prądu elektrycznego, jaką można wydzielić na danym rezystorze bez obawy o jego uszkodzenie. Im większa moc, tym większe gabaryty rezystora, a co za tym idzie – również cena.
Przykłady rezystorów o tym samym oporze, ale różnej maksymalnej mocy strat
Maksymalna moc strat musi być większa od tej, jaka faktycznie będzie wydzielana.
Tematem mocy nie musisz się w tej chwili zupełnie przejmować.
Kod paskowy rezystorów - jak odczytać wartość?
W celu odczytania parametrów zakodowanych kolorowymi paskami na rezystorze musimy skorzystać z odpowiedniej tabelki.
Tabelka z kodami paskowymi rezystorów
Jak wykorzystać ją w praktyce? Weźmy dla przykładu jeden z rezystorów będących częścią zestawu. Znajdź taki sam rezystor i też sprawdzaj wszystko u siebie. Wybierając rezystor upewnij się, aby miał te same kolory pasków:
Przykładowy rezystor w powiększeniu
Kolory pasków: brązowy, czarny, pomarańczowy, złoty. Spoglądamy w tabelkę i odczytujemy kolejne informacje. Pasek brązowy na pierwszej pozycji oznacza wartość "1", pasek czarny na drugiej pozycji, to "0", pasek pomarańczowy na trzeciej pozycji oznacza "x1kΩ", pasek złoty na końcu to "5%".
Czyli mamy: "1 0 x1kΩ 5%". Jak należy to zinterpretować? Na początku otrzymaliśmy 10, które mnożymy przez podaną wartość, otrzymujemy więc 10kΩ. Dalej sprawa jest już oczywista, 5% oznacza tolerancję. Odpowiedź: badany rezystor to 10kΩ, tolerancja 5%.
Interpretacja pasków na rezystorze
Pora na kolejny przykład, bierzemy następny rezystor:
Kolejny rezystor w powiększeniu
Odczytujemy kolory: złoty, brązowy, czarny, brązowy. No to sprawdzamy kolejno wartości. Pasek złoty na miejscu pierwszym to (spoglądamy do tabelki na ściągach) nic... Hm nie ma żadnej wartości...
Wybrakowana tabelka? Błąd producenta? Zdecydowanie jest to błąd, ale nasz. Trzymamy rezystor odwrotnie, oczywiście z punktu działania rezystorów sposób jego ułożenia nie ma znaczenia. Teraz, gdy chcemy odczytać wartość jest to jednak dla nas mylące.
Odwracamy rezystor o 180 stopni i próbujemy jeszcze raz:
Poprawnie obrócony rezystor
Teraz pójdzie już z górki. Odczytujemy wartości: brązowy, czarny, brązowy, złoty. Otrzymujemy:
"1 0 x10Ω 5%", czyli nasz rezystor to 100Ω, tolerancja 5%.
Interpretacja pasków na rezystorze
Pomiar oporu rezystora miernikiem
W poprzedniej części kursu mierzyliśmy już opór naszego ciała. Teraz pora wykorzystać te umiejętności w bardziej praktyczny sposób. Ustaw miernik na odpowiedni zakres i sprawdź jakie wartości pokaże miernik dla obu rezystorów. Nóżki rezystora możesz zagiąć tak, aby trzymały się sond miernika lub połóż opornik na stole i dociśnij nóżki sondami do podłoża (jeśli blat nie będzie przewodził prądu, to pomiar będzie poprawny).
Dotykanie palcami wyprowadzeń rezystora przy pomiarze rezystancji może wprowadzać błąd pomiarowy. Jeśli to konieczne, lepiej trzymać go, co najwyżej, za jedną nóżkę.
Poniżej pomiar rezystora 10k, więc opór mierzymy na zakresie 20k. Przy pomiarze oporu nie ma czegoś takiego jak biegunowość, więc nie ma różnicy, do których wyprowadzeń przyłożymy sondy:
Pomiar oporu
Sposób podłączenia wyprowadzeń
Odczytana wartość to 9,56kΩ, więc jak widać rezystor mieści się w zakresie tolerancji producenta. Teraz wykonaj analogiczny pomiar dla rezystora 100R. Pomiaru najlepiej dokonać na zakresie do 200. Podziel się w komentarzu swoimi wynikami - daj znać, czy wszystko przebiegło bez problemów!
Łączenie rezystorów
Rezystory są elementami, które mają dwa zaciski, a kierunek przepływu prądu jest im obojętny, zatem można je ze sobą dowolnie łączyć. Najczęściej rezystory łączy się równolegle lub szeregowo. Dzięki temu można uzyskać np. rezystor o wartości, której nie mamy pod ręką, a nawet takiej, której nie ma w typoszeregu. Umiejętność ta jest więc bardzo przydatna w praktyce!
Połączenie szeregowe rezystorów
W połączeniu szeregowym łączymy jeden rezystor z drugim tylko za pomocą jednego wyprowadzenia. Taki typ połączenia widoczny jest na poniższym schemacie. Mamy tutaj dwa rezystory: R1 oraz R2, które zostały połączone szeregowo.
Połączenie szeregowe rezystorów
W przypadku połączenia szeregowego rezystorów ich opory się sumują. Warto więc zapamiętać, że takie zestawienie rezystorów zawsze da nam "nowy rezystor", którego wartość oporu będzie większa od rezystancji największego z użytych oporów.
Dla przykładu, weźmy dwa rezystory R1 = 330Ω i R2 = 1kΩ. Obliczmy, jaka będzie ich wypadkowa wartość przy połączeniu szeregowym. Na początek ujednolicenie jednostek, 1kΩ = 1000Ω, dodajemy więc wartości w omach:
R = 330Ω + 1000Ω = 1330Ω = 1,33kΩ
Łącząc dwa rezystory powinniśmy uzyskać więc połączenie o oporze zastępczym równym 1,33kΩ. Za chwilę sprawdzimy to w praktyce.
Zwracaj uwagę na wstawiane do wzorów wielkości (jednostki) – do kiloomów dodawać możesz tylko kiloomy i w wyniku również otrzymasz wtedy kiloomy. Chcąc połączyć np. omy z kiloomami, należy to ujednolicić – w przeciwnym wypadku, otrzymany wynik będzie błędny.
Połączenie równoległe rezystorów
W połączeniu równoległym rezystorów łączymy ze sobą oba wyprowadzenia elementów, tak jak jest to pokazane poniżej. Mamy tutaj dwa rezystory R1 oraz R2, które zostały połączone równolegle.
Połączenie równoległe rezystorów
W takim przypadku opory się nie sumują, wzór jest trochę bardziej rozbudowany. Warto zapamiętać, że przy takim połączeniu uzyskamy opór zastępczy mniejszy od oporu stawianego przez najmniejszy z użytych rezystorów. Warto o tym pamiętać, aby móc szacować w pamięci wartość oporu zastępczego.
Dla przykładu, weźmy wcześniej użyte rezystory R1 = 330Ω i R2 = 1kΩ. Obliczmy, jaka będzie wartość oporu przy połączeniu równoległym. Zaczynamy od sprowadzenia wartości do tej samej jednostki, tym razem zamieńmy 330Ω na 0,33kΩ.
Nie ma różnicy do jakiej jednostki sprowadzimy wszystkie elementy (Ω czy kΩ), grunt, aby podstawiane do wzoru wartości były w tych samych jednostkach.
R = (0,33kΩ * 1kΩ) / (0,33kΩ + 1kΩ) = 0,33kΩ / 1,33kΩ = ~0,25kΩ
Jak widać, faktycznie z obliczeń wychodzi, że łącząc w sposób równoległy rezystory 330Ω oraz 1kΩ uzyskamy wartość mniejszą od najmniejszego z użytych rezystorów (0,25kΩ < 0,33kΩ).
Łączenie rezystorów w praktyce
Pora na sprawdzenie tego w praktyce. W tym celu wykorzystamy, oprócz rezystorów, płytkę stykową, która ułatwia testowanie układów elektronicznych bez konieczności lutowania. W jej wnętrzu znajdują się blaszki, które pozwalają na łączenie wetkniętych elementów.
Nie zrywaj taśmy dwustronnej ze spodu płytki, bo odkryjesz blaszki znajdujące się w jej wnętrzu. Zrobiliśmy to za Ciebie, abyś zobaczył jak płytka wygląda w środku.
Budowa płytki stykowej: od góry, od dołu, od dołu bez taśmy ochronnej
Schemat wewnętrznych połączeń płytki używanej w kursie jest bardzo prosty. Na całej długości płytki znajdują się linie, które przeważnie służą do rozprowadzania zasilania (oznaczone plusem i minusem). Na środku płytki znajdują się dwie kolumny blaszek, a w każdej z nich jest miejsce na wetknięcie 5 nóżek elementów. Wszystkie nóżki wetknięte w tę samą blaszkę będą ze sobą połączone.
Połączenia w płytce stykowej
Pomarańczowe linie na ilustracji oznaczają połączenie. Jeśli przez jakieś punkty nie przechodzi taka linia to znaczy, że punkty te są od siebie odizolowane.
Połączenie szeregowe w praktyce
Połączmy teraz szeregowo dwa rezystory (330Ω oraz 1kΩ). Poniżej widoczny jest przykład takiego układu w praktyce. Nie musisz wkładać elementów dokładnie w te same dziurki, wystarczy, że mając w głowie powyższy schemat płytki stykowej połączysz szeregowo dwa rezystory.
Poniżej, specjalnie pokazane są inne połączenia rezystorów (korzystając z różnych otworów):
Połączenie szeregowe w praktyce
Pomiar oporu połączenia szeregowego
Dla lepszej czytelności zdjęć skróciliśmy wyprowadzenia naszych rezystorów. Możesz zrobić tak samo, ale równie dobrze możesz stosować elementy z długimi nóżkami - uważaj tylko, aby wystające druciki nie robiły wtedy niepotrzebnych zwarć.
Alternatywne połączenie bez skracania nóżek
Po wykonaniu połączenia przykładamy sondy do skrajnych nóżek układu i mierzymy opór takiego połączenia. Oczywiście pamiętamy o ustawieniu pokrętła w mierniku w tryb pomiar oporu i wybieramy odpowiedni zakres (rozsądnym wyborem będzie tutaj 2000 lub 20k). W naszym przypadku miernik wskazał 1,32kΩ, czyli wartość ta zgadza się z naszymi obliczeniami (jest w granicach tolerancji).
Połączenie równoległe w praktyce
Teraz pora na połączenie równoległe tych samych rezystorów, co jest właściwie jeszcze łatwiejsze. Przykład połączenia widoczny jest poniżej. Jak widać, tym razem pomiar nie odbiegał nam nawet od wartości, która wyszła wcześniej z obliczeń.
Połączenie równoległe w praktyce
Pomiar oporu połączenia równoległego
Nie szkodzi, że przy pomiarze tego połączenia sondami dotykamy nóżek tylko jedno rezystora. Prąd i tak, dzięki blaszkom w płytce stykowej, przepływa przez cały układ.
Podsumowanie
Nawet jeśli jeszcze nie rozumiesz co naprawdę dają rezystory, to idź dalej - wszystko nabierze sensu w kolejnej części kursu, w której wykorzystamy je do ograniczenia prądu płynącego w obwodzie. W razie problemów śmiało pytaj w komentarzach. Będzie nam również bardzo miło, jeśli podzielisz się wynikami swoich eksperymentów i napiszesz czy wszystko przebiegło bez problemów!