Otpornici: principi, vrste i vodič za boje
Glavna funkcija otpornika je ograničiti struju, a time kontrolisati strujno kolo, usmjeriti istosmjernu struju na određenu komponentu, zaštititi drugu komponentu i tako dalje. Kao i obično, prvo ćemo predstaviti princip i funkciju otpornika:
1. Razumijevanje otpornika i simbola na strujnim krugovima
Otpornik je jedna od najosnovnijih elektroničkih komponenti. Njegova funkcija je da ometa protok struje i uzrokuje pad napona. Obično otpornik ima dva izlaza (leada) koji su povezani sa dva kraja ili strane tijela otpornika. Tijelo otpornika je obično napravljeno od materijala sa relativno niskom provodljivošću. Jedinica otpora je ohm, označen grčkim slovom Ω.
Na dijagramima kola, simbol otpornika prikazan je kao na gornjoj slici (lijevo: tradicionalni simbol kola; desno: noviji simbol evropskog stila). Na evropskim dijagramima kola ponekad se pojavljuje simbol američkog stila, i obrnuto. Slova K i M označavaju kiloome (hiljadu oma) ili megoome (milion oma). Ovi kodovi slova se češće koriste u Evropi, ali se pojavljuju i u SAD-u. Ponekad slovo može zamijeniti decimalnu tačku. Na primjer, otpornik od 4,7 kΩ može se napisati kao 4k7, a otpornik od 3,3 MΩ kao 3M3, i tako dalje.
2. Glavne primjene otpornika
Otpornici se često koriste za ograničavanje brzine punjenja kondenzatora, za osiguravanje odgovarajućeg kontrolnog napona za poluvodiče (kao što su bipolorni tranzistori), za zaštitu LED dioda ili drugih poluvodičkih dijelova od prekomjernog struje, za podešavanje ili ograničavanje frekvencije povratne sprege u audio sklopovima (zajedno s drugim komponentama), za podizanje ili spuštanje napona ulaznog pin-a u digitalnim logičkim sklopovima, ili za kontrolu vrijednosti napona na određenoj tački u sklopu. U ovoj posljednjoj primjeni, dva otpornika se mogu postaviti serijski kao podijelitelj napona. Ako je potrebna drugačija otpornost, potenciometar se također može koristiti kao otpornik.
3. Izgled, ocjena snage i tolerancija
Slika 2 prikazuje otpornike različitih snaga. Od lijeva ka desno, nazivne snage su 3 vata, 1 vat, 0,5 vata, 0,25 vata, 0,25 vata, 0,25 vata, 0,125 vata. Tolerancije, slijeva nadesno, su ±5%, 5%, 5%, 1%, 1%, 5% i 1%. Bež tijelo otpornika znači toleranciju od 5%, dok plavo tijelo obično znači toleranciju od 1% ili 2%. Također, plavi i tamno smeđi otpornici sadrže dijelove s metalnim oksidnim filmom, dok bež i zeleni otpornici sadrže ugljikni film. Ako je tijelo otpornika plave ili smeđe boje, to znači da sadrži metalno-oksidni film. Ako je tijelo otpornika bež ili zelene boje, to znači da sadrži ugljični film.
4. Princip i formule za izračun
Pravilo
U procesu ometanja struje i pada napona, otpornik apsorbuje električnu energiju i zatim je otpušta kao toplotu. U većini modernih kola, raspršena toplota je manja od jednog vata.
Ako R označava otpor (u ohmima), I označava struju koja prolazi kroz otpornik (u amperima), a V označava razliku potencijala (pad napona) preko otpornika, onda je prema Ohmovom zakonu odnos:
Drugim riječima, otpornik od jednog oma znači da naponska razlika od jednog volta omogućava prolaz struje od jednog ampera.
Ako W označava električnu snagu koju otpornik raspršuje (u vatima), onda u istosmjernom krugu:
Preuredivši Ohmov zakon, možemo izraziti snagu koristeći struju i otpor:
Naravno, snagu možemo izraziti i pomoću napona i otpora:
Ove zamjene formula mogu se koristiti za pronalaženje vrijednosti kada ne znate napon ili struju.
U AC krugovima, odnos između ovih varijabli je sličan, samo je formula za snagu malo složenija.
5. Vrste otpornika
- Aksijalni otpornici imaju okruglo tijelo s izlaznim vodom na svakom kraju. Radijalni otpornici su rjeđi; imaju dva paralelna voda koja izlaze iz jednog kraja tijela.
- Precizni otpornici se obično definiraju kao oni s tolerancijom manjom od ±1%.
- Opšti otpornici imaju lošiju stabilnost i njihove vrijednosti su manje precizne.
- Otpornici za napajanje obično rasipaju od jednog do dva vata ili više električne energije. Posebno se koriste u napojnim izvorima ili pojačalima snage. Obično su ovi otpornici veći i mogu zahtijevati hladnjak ili ventilator.
- Žičano namotani otpornici se koriste tamo gdje dio treba izdržati toplotu. Obično žičano namotani otpornik ima cijev otpornu na toplotu ili ravno/cilindrično tijelo, namotano s mnogo slojeva zaštitne žice. Materijal žice je često nikrom (Ni-chrome), obložen plastičnim slojem. Temperatura štampane pločice mora biti ograničena jer toplota koja se stvara kada struja prolazi kroz žicu može uzrokovati probleme. Ali u svakodnevnim aparatima kao što su fenovi za kosu, tosteri i grijači s ventilatorom, dijelovi od nikroma se obično koriste za stvaranje toplote. Također, žarulje otpornice namotane žicom koriste se u 3D štampačima za taljenje plastike (ili drugih spojeva) i izbacivanje proizvoda.
- Tankoslojni otpornici ponekad se izrađuju u ravnom kvadratnom obliku. Desna slika prikazuje primjer; ravna površina može rasipati 10 vata, a vrijednost otpora je 1 kΩ.
- Površinski montirani otpornici obično sadrže sloj otpornog tinta otisnutog na tijelu od alumine i keramike. Uobičajena veličina je šest milimetara, što je 2512 paket. Svaki površinski montirani otpornik ima dva niklirana terminala sa slojem kalaja koji se topi pri spajanju sa štampanom pločicom. Također, gornja površina je obično prekrivena crnim kružnim slojem epoksidne smole kako bi se zaštitilo tijelo otpornika.
6. Kodiranje vrijednosti
6.1 Tradicionalni sistem kodiranja boja
Tradicionalno, aksijalni otpornici sa provlačnim kontaktima označeni su sa tri bojne trake kako bi se prikazala vrijednost otpora. Prve dvije trake predstavljaju po jedan znamenak od 0 do 9. Treća traka označava multiplikator (moć desetice, odnosno koliko nula treba dodati, od nule do devet). Također, može postojati i četvrta traka, srebrna ili zlatna, koja označava toleranciju od ±10% ili ±5%. Međutim, ova oznaka je danas rjeđa.
Trenutno mnogi otpornici imaju pet bojenih prstenova. To olakšava prikazivanje međuvrijednosti ili decimalnih vrijednosti. U ovom sistemu prve tri trake predstavljaju vrijednost (isti sistem cifara kao i prije), četvrta traka je množitelj (moć desetice), a peta traka na drugom kraju otpornika pokazuje toleranciju.
Na donjoj tablici, cifreni ili decimalni vrijednosti prikazani su na vrhu u obliku “spektra”, a tolerancija (ili preciznost) prikazana je ispod srebrnom, zlatnom i drugim bojama kao ± procenat.
| Boja | Digi | Množitelj (10iks) | Tolerancija |
|---|---|---|---|
| Crni | 0 | deset puta0 (put) | – |
| Smeđi | 1 | deset puta1 (×10) | ±1% |
| Crvena | 2 | deset puta2 (×100) | ±2% |
| Narančasta | 3 | deset puta3 (×1.000) | – |
| Žuto | 4 | deset puta4 (×10.000) | – |
| Zeleni | 5 | deset puta5 (×100.000) | ±0,51 TP3T |
| Plavo | 6 | deset puta6 (×1.000.000) | ±0.25% |
| Vijoleta | 7 | deset puta7 | ±0,11 TP3T |
| Sivi | 8 | deset puta8 | ±0.05% |
| Bijeli | 9 | deset puta9 | – |
| Zlato | – | deset puta-1 (dijeli 10) | ±5% |
| Srebrni | – | deset puta-2 (÷100) | ±10% |
| (Nema) | – | – | ±20% |
6.2 Primjeri čitanja šifre boja i važne napomene
Na slici ispod nalaze se dva primjera bojnog koda otpornika.
Gornja vrijednost otpornika je 1k. Od lijeva ka desno: smeđa, crna (1, 0), zatim treća traka je crvena (što znači da se dodaje dvije nule). Na kraju, zlatna traka označava toleranciju od 5%. Vrijednost donjeg otpornika je 1,05 kΩ. Od lijeva prema desno: smeđa, crna, zelena (1, 0, 5), nakon čega slijedi četvrta smeđa traka (što znači da se dodaje jedna nula). Crna traka na samoj desnoj strani označava toleranciju od 1%.
Prije mnogo vremena, otpornici su ponekad bili kodirani sistemom boja tijela-vrha-tačke. U tom sistemu, boja tijela je bila prva znamenka, boja vrha druga znamenka, a tačka je označavala broj nula. Spektar znamenki u ovom sistemu je potpuno isti kao i prethodno spomenuti.
U svim modernim sistemima kodiranja, prve tri ili četiri trake koje pokazuju vrijednost su blizu jedna drugoj, s većim razmakom između njih i trake za toleranciju. Prilikom čitanja traka, tri ili četiri trake s vrijednošću trebaju biti na lijevoj strani. Međutim, zbunjujuće je što neki otpornici koriste prve tri trake za vrijednost, četvrtu traku za toleranciju, a petu traku na drugom kraju za preciznost. Ali ovaj sistem je prilično rijedak. Također, u nekim posebnim primjenama koriste se drugi sistemi kodiranja, kao što je slučaj kod vojne opreme.
6.3 Digitalno kodiranje za površinske otpornike
Također, neki moderni otpornici imaju svoju vrijednost otisnutu direktno u ciframa na tijelu. Otpornici za površinsku montažu su također označeni ciframa, ali to je sistem kodiranja i ne bi se trebalo čitati direktno kao vrijednost. Posljednja cifra govori koliko nula slijedi iza vrijednosti, a sljedeće dvije ili tri cifre predstavljaju samu vrijednost. Slovo R se koristi za označavanje decimalne tačke. Dakle, površinski montažni otpornik označen sa 3R3 ima vrijednost od 3,3 oma. 330 znači 33 oma. 332 znači 3.300 oma. Površinski montažni otpornik s oznakom 2152 ima vrijednost od 21.500 oma.
Postoji vrsta površinskog otpornika s oznakom nula. To znači da je to otpornik od nula oma, a njegova funkcija je zapravo ista kao kod kratkospojnika. To je učinjeno radi praktičnosti, kako bi ga mogla postaviti automatizirana montažna oprema. Njegova funkcija je vrlo jednostavna: povezati dijelove na tiskanoj pločici.
6.4 Praksa označavanja nominalne vrijednosti otpora na dijagramima kola
Kada je vrijednost otpora otisnuta na šematskim dijagramima, loš kvalitet kopije može uzrokovati gubitak decimalne tačke ili stvoriti mrlje koje se mogu zamijeniti za decimalnu tačku. Da bi se riješio ovaj problem, evropski sistem koristi slovo umjesto decimalne tačke. Dakle, otpornik od 5,6 kΩ se označava kao 5k6, a otpornik od 3,3 MΩ kao 3M3. Međutim, ova praksa označavanja nije mnogo uobičajena u SAD-u.
