Rezystor

Rezystor jest dla elektronika najprostszym stosowanym elementem. Bardzo łatwo można przewidzieć działanie i obliczyć wartość rezystancji rezystora w obwodzie elektronicznym. Jest on również elementem najczęściej używanym — najtańszym, a przy tym jedną z najważniejszych części układu.

Symbol graficzny rezystora.

Rysunek 11

Rysunek jedenasty przedstawia najczęściej spotykane rezystory. Pierwsza część rysunku ukazuje siedem rezystorów sklejonych ze sobą po obu stronach tasiemką. Tak są one pakowane fabrycznie. Ze względu na ich mały rozmiar jest to wygodne rozwiązanie.

Rysunek 12

Rysunek 12 natomiast przedstawia rezystory wykonane w inny sposób. Jak widać mogą one przybierać różne rozmiary. Rozmiar zależy od mocy rezystora. Czyli prądu i napięcia do jakiego został wykonany. Im większa moc tym większy rezystor. Np. Rezystory o tej samej  wartości rezystancji mogą mieć różne rozmiary. Dzieje się tak dlatego że jeden jest np. mocy 5 Watt a drugi np. mocy 10 Watt. Rezystor, który jest bardzo obciążony przepływającym przezeń prądem, silnie się nagrzewa, co w pewnych przypadkach jest dopuszczalne. Rezystory dużej mocy nawijane są drutem oporowym z konstantanu . Drut ten nie zawsze musi być widoczny może być pokryty glazurą odporną na temperaturę lub warstwą ceramiczną dodatkowo lakierowaną. Rezystory o mocy powyżej 4 W są z reguły drutowe.

Zastosowanie rezystorów

Elektronik potrzebuje rezystorów do:
— zmniejszania wartości prądu w obwodzie,
— podziału napięcia w obwodzie,
— uzyskania zmian napięcia poprzez zmiany prądu,
— ochrony elementów,
— symulacji obciążenia (odbiornika),
— technicznych pomiarów rezystancji. Bez rezystancji nie mogą funkcjonować żadne układy elektroniczne.

Rezystory nastawne ręcznie

Dotychczas zajmowaliśmy się tylko rezystorami, które miały jedną ustaloną wartość rezystancji. Elektronik stosuje jednak bardzo często rezystory o regulowanej, tzn. płynnie nastawianej rezystancji. Symbol takiego rezystora podano na rys. 13.

Rysunek 13

Nastawienie polega na przesuwaniu ręką, bądź za pomocą jakiegoś mechanicznego napędu, suwaka ślizgającego się po rezystywnej ścieżce. Umożliwia to uzyskanie różnych wartości rezystancji za pomocą jednego elementu.,
Na rysunku 13b przedstawiono regulowany rezystor w tzw. „układzie potencjometrycznym" lub układzie dzielnika napięcia. Również i ten sposób połączeń rezystora nastawnego jest bardzo często spotykany w elektronice. Spotyka się go na przykład jako regulator głośności w radioodbiorniku lub jako regulator jasności w telewizorze. Takie potencjometry mają zazwyczaj kąt obrotu równy 270° i stosowane są w ten sposób, że w lewym skrajnym położeniu dają na wyjściu napięcie równe zero, a w prawym skrajnym położeniu napięcie wyjściowe osiąga wartość maksymalną.
Na rysunku 13c widzimy tzw. trymer rezystancyjny, który w obwodzie elektronicznym spełnia rolę identyczną jak potencjometr. Przy oznaczaniu potencjometru na schematach można stosować pomocnicze symbole literowe. Napięcie wejściowe to napięcie pomiędzy punktem P (początkowe położenie suwaka — 0°), a punktem K (końcowe położenie suwaka — 270°). Oznaczenie S przypisane jest suwakowi. Czasami litery P, K i S są naniesione na potencjometrze w pobliżu odpowiednich punktów przyłączowych.

Rysunek 14. a - rezystor nastawny, b - potencjometr, c - trymetr.

Zastosowanie rezystorów nastawnych ręcznie

W elektronice bardzo często wymaga się zmiany przebiegów i parametrów wielkości wyjściowych, co wiąże się z potrzebą przestrajania układu. Do tego celu służą właśnie potencjometry regulacyjne pozwalające użytkownikowi na ustawienie z zewnątrz siły głosu, wielkości napięcia, częstotliwości itp. Potencjometry służą również do wewnętrznego zestrajania układu i zmiany jego parametrów. Może okazać się na przykład konieczne zlikwidowanie za pomocą nastawianej rezystancji (potencjometru) zbyt dużych tolerancji innych elementów. Nieraz istnieje potrzeba dokładnego ustawienia punktu pracy tranzystora i w tym przypadku potencjometr może okazać się użyteczny. Inny przykład: regulowany rezystor może posłużyć do dostrojenia punktu zadziałania fotorezystora sterującego włączaniem światła przy zapadającym zmroku.
Podsumowując: nastawiany rezystor jest niezastąpiony do kompensacji tolerancji elementów i ustalania punktów pracy układu.

Rezystory o rezystancji zmienianej przez światło, ciepło lub wielkości elektryczne

Istnieje wiele różnych odmian rezystorów, które elektronik stosuje w określonym celu. Należą do nich: rezystory NTC — termistory rezystory PTC rezystory VDR — warystory rezystory LDR — fotorezystory rezystancyjne czujniki pola.
Dla rezystorów NTC, PTC oraz VDR obowiązuje oznaczenie przedstawione na rys. 15a. Symbol rezystora LDR jest podany na rys. 15b, a czujnika pola — na rys. 15c.
Jakie własności mają wymienione typy rezystorów? Przede wszystkim należy stwierdzić, że prawo Ohma nie ma w odniesieniu do nich charakteru ogólnego, a obowiązuje tylko w jakimś określonym punkcie pracy. Dla każdego z punktów pracy musi być określona indywidualnie wartość rezystancji Rezystor VDR — zwany warystorem — cechuje rezystancja zależna od występującego na nim napięcia. Oznaczenie literowe VDR pochodzi z języka angielskiego i jest skrótem od słów Voltage Dependent Resistar. Przy małych napięciach warystor zachowuje się jak rezystor normalny. Przy napięciach większych jego rezystancja maleje.

Rysunek 15

Oznaczenie literowe rezystora PTC jest skrótem angielskich wyrazów Positiv Temperatur Coeffizient (dodatni współczynnik temperaturowy). Rezystancja tego elementu w stanie zimnym jest niewielka. Jeżeli natomiast zostanie on podgrzany, to wartość rezystancji wzrasta. Dobrym przykładem rezystora PTC jest włókno żarowe żarówki lub tzw. bareter.
Rezystory NTCi charakteryzuje ujemny współczynnik temperaturowy (ang. Negative Temperatur Coeffizient). Takie rezystory w stanie zimnym mają dużą rezystancję. Jeżeli natomiast będzie się je podgrzewało (przepuszczając przez nie prąd elektryczny lub pod wpływem zewnętrznego źródła ciepła), ich rezystancja będzie malała.
Fotorezystory — rezystory LDR (ang. Light Dependent Resistor) są elementami typu półprzewodnikowego. Oznacza to, że do ich produkcji stosuje się jako materiał rezystywny substancję podobną do tej, jakiej używa się do diod i tranzystorów. Rezystancja takiego elementu zależy od natężenia promieniowania świetlnego, która na nie pada.
Rezystancyjne czujniki pola znajdują ostatnio coraz większe zastosowanie. Tego rodzaju elementy zmieniają swą rezystancję przy zmianie pola magnetycznego, na przykład pod wpływem zbliżającego się lub oddalającego magnesu trwałego. Na rysunku 4-19 możemy zobaczyć jak wyglądają rezystory, których rezystancja zależy od prądu, napięcia, światła lub pola magnetycznego. Jak wynika z foto­grafii, poszczególne elementy mogą się znacznie różnić wielkością, co wynika z szerokiego zakresu ich zastosowań. Rozmaite są również formy wykonania rezystorów specjalnych. Na przykład rezystor VDR może być pokryty lakierem dla ochrony przed wilgocią. Fotorezystor natomiast nie może być polakierowany, ponieważ wtedy światło nie padałoby na warstwę światłoczułą. W takim przypadku stosuje się bańkę szklaną jako ochronę, z czym niestety wiąże się większy rozmiar elementu. Rezystory NTC, PTC oraz VDR wykonuje się dla rozmaitych wartości prądu i napięcia, stąd duża rozpiętość ich wymiarów. Niektóre z rezystorów NTC i PTC mają obudowę metalową ze śrubką mocującą, co umożliwia umieszczenie ich na radiatorze dla chłodzenia przy zbyt wysokich temperaturach. Jeżeli taki rezystor jest stosowany do pomiaru temperatury, to musi być wykonany tak, aby istniało dobre przewodnictwo cieplne pomiędzy powierzchnią dotykającą ciała mierzonego a rezystorem. Gdy na przykład za pomocą rezystora PTC będziemy mierzyć temperaturę oleju lub wody silnika samochodowego, to jego metalowa obudowa może być przykręcona bezpośred­nio do korpusu w miejscu, w którym wymagany jest pomiar. Odpowiedni miernik wyskalowany w stopniach Celsjusza będzie wskazywał temperaturę jako odpowiednik rezystancji.

Zastosowanie rezystorów specjalnych

Elektronik używa rezystorów specjalnych aby:
— nie dopuścić do iskrzenia styków (VDR),
— ograniczyć wysokie napięcie na indukcyjnościach (VDR),
— stabilizować napięcia przemienne (VDR),
— mierzyć temperaturę (rezystory PTC lub NTC),
— ograniczyć szybkość narastania prądu w czułych elementach (NTC),
— przeciwdziałać zmianie parametrów elementów pod wpływem temperatury w układach precyzyjnych (np. pomiarowych) — rezystor NTC lub PTC,
— zbudować miernik oświetlenia do aparatu fotograficznego — fotorezystor LDR,
— automatycznie włączyć światło przy zapadających ciemnościach — fotore­zystor LDR,
— zbudować barierę świetlną — fotorezystor LDR,
— liczyć przechodzących ludzi lub przesuwające się przedmioty na transporte­rze — fotorezystor LDR,
— mierzyć natężenie pola magnetycznego — rezystorowy czujnik pola.

Budowa rezystorów

W ogromnej większości przypadków rezystory wykonywane są w postaci walca, z końców którego wyprowadzone są końcówki drutowe. Końcówki te są przymocowane do zaciskanych mosiężnych kapturków zapewniających właściwy kontakt z rezystywną warstwą, węglową lub metalową. Cały rezystor jest pokryty warstwą lakieru ochronnego.

Rysunek 16. 1 - warstwa lakieru ochronnego, 2 - kontakt ,.kapturków", 3 - cześć izolowana ceramicznie, 5 - ścieżka węglowa - warstwa rezystywna,  6 - doprowadzenie kapturowe, 7 - izolacja ceramiczna, 8 - spiralna ścieżka wolframowa (warstwa rezystywna).

Na rysunku 16a przedstawiono wewnętrzną budowę rezystora. Na jego podstawie można zorientować się, że końcówki drutowe są przylutowane do kapturków. Można również zobaczyć, że warstwa węglowa położona jest na ceramicznym korpusie izolacyjnym.
Takie wykonanie spotyka się przede wszystkim w rezystorach niskoomowych (o małej rezystancji). Przy większych rezystancjach istnieje potrzeba nacięcia na obwodzie walca ścieżki oporowej o małym przekroju i dużej długości — widzimy to na rys. 16a. Na rysunku 16c pokazano rezystor drutowy — często stosowany, gdy potrzebna jest większa moc. Ola ochrony uzwojenie drutowe pokrywa się warstwą glazury ceramicznej. Temperatura takich rezystorów przy pracy z pełnym obciążeniem prądowym bywa bardzo wysoka przekraczająca 100°C. Może to powodować, że zamocowane w pobliżu elementy, nieodporne na wysoką temperaturę, ulegną przegrzaniu i uszkodzeniu. Takie rezystory trzeba umieszczać w miejscu, z którego z całą pewnością ciepło jest dobrze odprowadzane.
 

Kod barw

Do niedawna rozpowszechniony był sposób oznaczania rezystorów przez druko­wanie na nich wartości liczbowej rezystancji. Na przykład 2,2 kΩ (10%). Obecnie większość rezystorów oznaczona jest za pomocą tzw. kodu barw, polegającego na nanoszeniu na rezystor czterech barwnych pierścieni. Kod barw ma tę zaletę — oczywiście jeżeli został przez elektronika dobrze opanowany, że zawsze pozwala na łatwe określenie rezystancji. Gdy stosuje się nadruk wartości liczbowych, to mogą okazać się one niewidoczne przy niewłaściwym wlutowaniu rezystora. Oto jak oznacza się rezystory za pomocą kodu barw. Pierwsze dwa pierścienie podają współczynnik liczbowy rezystancji (pierwszy pierścień położony na początku korpusu rezystora). Pierścień trzeci oznacza mnożnik dziesiętny, a więc 10,100,1000 itd. Czwarty pierścień określa tolerancję. Tabela na rys. 17 wyjaśnia to szczegółowo.

Rysunek 17

KONDENSATOR