Отпорник

Из Википедије, слободне енциклопедије
Отпорник опште намене. Боје означавају вредност отпора.

Отпорник (енгл. resistor) је пасивна електронска компонента са два извода (једним приступом) која пружа отпор струји, стварајући притом пад напона између прикључака. Пружање отпора струји као основна особина отпорника описује се електричним отпором. Према Омовом закону електрични отпор једнак је паду напона на отпорнику подељеном са јачином струје која протиче кроз отпорник. Другим речима, отпор је константа сразмере између напона и струје отпорника. Отпорник се користи као елемент електричних мрежа и електронских уређаја.


Примена[уреди]

  • Ако је струја у колу позната, тада се отпорник користи за стварање познате разлике потенцијала пропорционалне тој струји. Обратно, уколико је позната разлика потенцијала између две тачке у колу, тада се отпорник може користити за стварање познате струје пропорционалне тој разлици потенцијала.
  • Ограничавање струје. Постављањем отпорника у серију с неком другом компонентом, као што је ЛЕД диода, струја кроз ту компоненту се ограничава на познату и дозвољену вредност.
  • Пригушивач (атенуатор) је мрежа два или више отпорника (делитељ напона) који служе за смањење напона сигнала.
  • Линијски терминатор је отпорник на крају преносне линије, конструисан као завршна импеданса (отпор чија вредност отпора одговара отпору остатка кола на који је спојен) и тиме минимизира рефлексију сигнала.

Идеални отпорник[уреди]

СИ јединица електричног отпора је 1  \Omega (ом). Компонента има отпор од 1  \Omega (ома) ако напон од 1V (волт) на крајевима елемента даје струју од 1A (ампера), која је еквивалент току од 1 C/s (кулона електричног набоја у секунди). Често се користе и вишекратници k \Omega (килоом - 1000 ома) и M \Omega (мегаом - милион ома).

Код идеалног отпорника отпор остаје константан без обзира на доведени напон или струју кроз елемент или брзину промене струје. Иако стварни отпорници не могу постићи овај захтев, они су пројектовани да имају мале варијације у електричном отпору када су подвргнути тим променама, или променама температуре или осталим факторима из околине.

Отпор проводника За израчунавање отпора проводника можемо користити следећи израз:


R_{20} = \rho \cdot { l \over S }

где је,  R_{20} отпор на 20°C,  \rho специфични електрични отпор материјала од кога је сачињен проводник, l дужина проводника и S површина попречног пресека проводника.

Реални отпорник[уреди]

Отпорник има највећи радни напон и струју изнад које се отпор може променити (у неком случајевима и драстично) или отпорник може бити физички оштећен (на пример може бити прегрејан или може прегорети). Иако неки отпорници имају одређену напонску и струјну класу, већина се разврстава према максималној снази која се одређује према физичкој величини отпорника. Најчешће класе снаге за угљене и метал-филм отпорнике су 1/8 W (вата), 1/4 W и 1/2 W. Отпорници израђени од метал-филмова и угљених филмова су пуно температурно, и због старења, стабилнији од угљених отпорника. Велики отпорници могу дисипирати више топлоте јер имају већу површину. Жичани и отпорници омотани керамиком се користе када се тражи високи разред снаге.

Реални отпорници уносе и нешто индуктивитета и малу количину капацитета, који мењају динамичке карактеристике реалног отпорника у односу на идеални отпорник.

Отпорници су елементи чија се својства мењају с променом температуре. Иако је промена отпора у односу на промену температуре врло нелинеарна, можемо је апроксимисати следећим изразом:

R_T = R_{20}(1 + \alpha \cdot \Delta T) = R(T_0)(1 + \alpha \cdot (T-T_0)) где је T_0 = 20\,^{\circ}\mathrm{C}


Врсте отпорника[уреди]

Фиксни отпорници[уреди]

Неки отпорници су цилиндрични, с активним отпорним материјалом у средини (масени отпорник, више се не користе) или на површини цилиндра (филм) отпорници, и водљивих металних прикључака изведених уз осу цилиндра на свакој страни. Користе се угљен-филм и метал-филм отпорници. Отпорници велике снаге долазе у великим паковањима пројектованим да ефикасно дисипирају топлину. Отпорници за велике снаге се обично изводе као мотани отпорници. Отпорници у рачунарима су пуно мањи, обично израђени у СМД кућиштима без жичаних прикључака. Отпорници се уграђују у интегрисана кола као део фабричког поступка, користећи чињеницу да полупроводник има отпорност и да се може користити као отпорник.

Променљиви отпорници[уреди]

Променљиви отпорник је отпорник чија се вредност може наместити окретањем осовине или помицањем клизача. Зовемо их и потенциометри или реостати и омогућују да се отпор уређаја ручно мења. Реостати се користе за све отпорнике изнад 1/2 W.

Променљиви отпорници могу бити једноокретног типа или вишеокретног типа. Најчешћи примери:

  • Реостат: променљиви отпорник с два прикључка, један фиксни, а други клизни. Користи се за велике струје.
  • Потенциометар: најчешћи тип променљивог отпорника. Честа примена је контрола јачине гласа у аудио појачавачима.

Остали типови отпорника[уреди]

  • Метал оксидни варистор (МОВ) је специјални тип отпорника који мења свој отпор с порастом напона: врло велики отпор на ниском напону и врло мали отпор на високим напонима. Ради као прекидач. Обично се користи као заштита енергетских склопова од кратког споја или одводник атмосферског пражњења на уличним светиљкама, или као елемент за ограничавање пораста струје у индуктивним колима.
  • Термистор је температурно зависан отпорник. Постоје две врсте, а разликују се према предзнаку њиховог температурног коефицијента:
    • ПТЦ (Positive Temperature Coefficient) отпорник је отпорник с позитивним температурним коефицијентом. Како расте температура тако се и отпор термистора повећава. ПТЦ термистори се често могу наћи у телевизорима у серијском споју с демагнетизирајућим намотом где се користе за осигуравање краткотрајног струјног удара кроз завојницу када је телевизор укључен.
    • НТЦ (Negative Temperature Coefficient) отпорник је такође температурно зависан отпорник, али с негативним температурним коефицијентом. Када се температура повећава отпор термистора пада. НТЦ термистори се често користе у једноставним температурним детекторима и мерним инструментима.
  • Фотоотпорник или фото-отпорник је отпорник чији се отпор мења према светлости која пада на њега. Користи се као сензор, а у најједноставнијем случају за аутоматско паљење уличних лампи увече.

Технологија[уреди]

Отпорници се обично производе намотавањем металне жице око керамике, пластике, или око стакленог влакна. Крајеви жица се залеме на два извода који се налазе на крајевима језгре. Склоп се заштити слојем боје, пластиком или слојем емајла, печеног на високој температури. Жичани изводи обично имају промер између 0.6 и 0.8 mm и пресвучени су заштитиним слојем да се омогући лакше лемљење.

Означавање отпорника[уреди]

Већина цилиндричних отпорника има узорак обојених прстенова за означавање отпора. СМД отпорници имају нумерички узорак. Кућишта су обично смеђа, плава, или зелена, иако се повремено могу наћи и боје као тамноцрвена и тамносива.

Цилиндрични отпорници са 4 прстена[уреди]

Идентификација с 4 прстена у боји је најчешће кориштени начин кодирања вредности на свим отпорницима. Састоји се од четири прстена у боји, око тела отпорника. Шема је једноставна: прве две боје су прве две значајне цифре вредности отпорника, трећа је множилац, и четврта је вредност толеранције. Свака боја одговара одређеном броју.

Цилиндрични отпорници са 5 прстенова[уреди]

Идентификација с 5 прстенова се користи код отпорника с мањим толеранцијама (1%, 0.5%, 0,25 % и 0.1%), за записивање додатне цифре. Прва три прстена представљају значајне цифре, четврта је множилац, а пета је толеранција.

  • Табела стандардних EIA кодова боја
Боја 1. прстен 2. прстен 3. прстен(Множилац) 4. прстен (толеранција) Температурни коефицијент
Црна 0 0 ×100    
Браон 1 1 ×101 ±1% (F) 100 ppm
Црвена 2 2 ×102 ±2% (G) 50 ppm
Наранџаста 3 3 ×103   15 ppm
Жута 4 4 ×104   25 ppm
Зелена 5 5 ×105 ±0,5 % (D)  
Плава 6 6 ×106 ±0,25 % (C)  
Љубичаста 7 7 ×107 ±0,1 % (B)  
Сива 8 8 ×108 ±0,05 % (A)  
Бела 9 9 ×109    
Златна     ×0.1 ±5% (J)  
Сребрна     ×0.01 ±10% (K)  
Без боје       ±20% (M)  

СМД отпорници[уреди]

СМД (енгл. Surface Mount Device) отпорници имају исписане нумеричке вредности на исти начин као код цилиндричних отпорника. СМД отпорници са стандардним толеранцијама се означавају троцифреним кодом, у ком прве две цифре представљају прве две значајне цифре вредности, док је трећа цифра експонент броја 10 (односно множилац). На пример, 472 представља 47 (прве две цифре) помножено с десет на 2. степен (трећа цифра), тј. 47х10²=47х100=4700 ома. Прецизни СМД отпорници се означавају с четвероцифреним кодом у коме су прве три цифре уједно и прве три значајне цифре вредности, а четврта цифра је степен броја 10.

Индустријске ознаке[уреди]

Према подручју радне температуре разликујемо комерцијалну, индустријску и војну класу компонената.

  • Комерцијална класа: 0°C до 70°C
  • Индустријска класа: -25°C до 85°C
  • Војна класа: -25°C до 125°C

Прорачуни[уреди]

Омов закон[уреди]

Однос између напона, отпора и струје кроз елемент дат је једноставном формулом познатом под именом Омов закон:

U = I \cdot R

где је U напон на елементу у волтима, I је струја кроз елемент у амперима, и R је отпор у омима. Ако су U и I линеарно повезани – тј. ако је R константан - на одређеном подручју вредности, кажемо да је материјал на том подручју омски. Савршени отпорник има фиксну вредност отпора на свим фреквенцијама и амплитудама напона или струје.

Суперпроводни материјали на врло ниским температурама имају отпор (практично) једнак нули. Изолатори (као што су ваздух, дијамант, или остали непроводни материјали) могу имати екстремно (али не бесконачно) висок отпор, који се може пробити под утицајем јаког електричног поља и тако десити велики проток струје.

Дисипација снаге[уреди]

Снага дисипације (потрошене) на отпорнику једнака је напону на отпорнику помноженом са струјом кроз отпорник::

P = I \cdot U = I^2 R = \frac{U^2}{R}

Сва три израза су еквивалентна, задња два су изведена из првог кориштењем Омовог закона.

Укупан износ ослобођене топлотне енергије је интеграл снаге по времену:


W = \int_{t_1}^{t_2} u(t) i(t)\, dt

Уколико просечна снага дисипације премаши класу снаге отпорника најпре долази до одступања отпора у односу на номиналну вредност, а касније и до уништења (прегоревања) због прегревања.


Серијска и паралелна веза[уреди]

Отпорници у паралелној вези имају особину да им је исти напон на изводима. Израчунавање укупног еквивалентног отпора (Req):

Паралелна везе отпорника
 \frac{1}{R_\mathrm{eq}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \cdots + \frac{1}{R_n}

Запис паралелне везе се у једначинама може приказати као две вертикалне линије ||, чиме се поједностављује једначина. За два отпорника,

 R_\mathrm{eq} = R_1 \| R_2 = {R_1 R_2 \over R_1 + R_2}

Отпорници спојени у ред имају особину да је струја кроз све њих иста, али напон на поједином отпорнику може бити различит. Збир напона једнак је укупном напону. Одређивање укупног отпора:

Серијска веза отпорника
 R_\mathrm{eq} = R_1 + R_2 + \cdots + R_n

Отпорничка мрежа, комбинација паралелно и серијски везаних отпорника, се понекад може раставити на мање делове који су или паралеле или серије. На пример,

Комбинована веза три отпорника
 R_\mathrm{eq} = \left(R_1 \| R_2 \right) + R_3 = {R_1 R_2 \over R_1 + R_2} + R_3

Проводност[уреди]

Проводност је реципрочна вредност отпора:

G={1\over R}

СИ јединица за електричну проводност је 1 S (сименс)



Спољашње везе[уреди]

Викиостава
Викимедијина остава има још мултимедијалних датотека везаних за: Отпорник