Komponenty, część 2: rezystory i ich warianty wykonania

Rezystor jest chyba najpopularniejszym elementem elektronicznym. Zaryzykuję stwierdzenie, że jest też najstarszym elementem, z którego korzystamy. Właśnie od niego zacznę szczegółową opowieść o różnych elementach elektronicznych.

Od razu powiem, że postanowiłem nie tylko opowiadać o różnych elementach elektronicznych, ale też proponować sposoby ich wykorzystania. Omówimy je na przykładzie prostych, ale przydatnych układów. Poświęcę temu osobne artykuły, a całość będzie stanowić pewien kurs dla początkujących, którzy dopiero rozpoczynają swoją przygodę ze światem elektroniki.

Rezystor, nazywany też opornikiem, służy do wprowadzenia do obwodu elektrycznego określonej rezystancji.
Za pomocą rezystorów ustala się warunki pracy innych elementów, ogranicza prąd (na przykład w diodach LED), a także mierzy prąd na podstawie spadku napięcia. Rezystory wykorzystuje się również jako obciążenie, a nawet w przetwornikach ADC i DAC. Do tego wszystkiego wrócimy później, a na razie przejdźmy do tematu artykułu.

Rezystory są różne, na przykład:
Warystor — jego rezystancja zależy od przyłożonego napięcia
Termistor — jego rezystancja zależy od temperatury
Fotorezystor — jego rezystancja zależy od natężenia oświetlenia
Tensometr — jego rezystancja zależy od stopnia odkształcenia
Magnetorezystor — jego rezystancja zależy od natężenia pola magnetycznego.

W gruncie rzeczy nawet zwykła żarówka jest rezystorem, ale jej rezystancja silnie zależy od płynącego przez nią prądu. Gdy prąd rośnie, żarnik się nagrzewa, a jego rezystancja wzrasta. Ten i wymienione wyżej elementy zaliczamy do rezystorów nieliniowych.

Zwykły rezystor w idealnym przypadku jest jednak całkowicie liniowy, czyli jego parametry od niczego nie zależą. Oczywiście w rzeczywistości wpływ różnych czynników istnieje, bo nic na świecie nie jest idealne. O tym też porozmawiamy, ale następnym razem.
Właśnie dlatego przyjmuje się, że prawo Ohma dla chwilowych wartości prądu i napięcia jest spełnione tylko w obwodach rezystancyjnych.

Na schematach rezystor stały (o niezmiennej rezystancji) oznacza się na dwa sposoby:
1. Prostokątem (symbol europejski)
2. Linią zygzakowatą (symbol amerykański).

Jednostką rezystancji jest om. Stosuje się też wielokrotności: 1000 Ω = 1 kΩ, 1000 kΩ = 1 MΩ. Zwróćcie uwagę, że gdy podaje się wartość 1 milioma, zapisuje się ją jako mΩ, co może przypominać MΩ. Nie pomylcie tych oznaczeń.
W urządzeniach elektronicznych najczęściej stosuje się rezystory o rezystancji od jednego oma do jednego megaoma. Istnieje wiele wartości większych i mniejszych, ale używa się ich znacznie rzadziej.


W symbolu amerykańskim moc zwykle podaje się obok wartości rezystancji, a w krajowym — za pomocą kresek.
Prawdę mówiąc, ostatnio nikt już tak ich nie oznacza — używa się po prostu prostokąta.


Na przestrzeni lat powstało mnóstwo różnych wersji rezystorów, a i dziś produkuje się ich ogromną liczbę. W większości urządzeń najpewniej zobaczycie jednak coś w rodzaju elementu pokazanego na tym zdjęciu.


Spotyka się też takie rezystory. Są wykonane z kawałka drutu o dużej rezystancji, na przykład z nichromu, manganinu lub konstantanu.
Takie rezystory często stosuje się jako boczniki albo w połączeniu z tranzystorami mocy, na przykład we wzmacniaczach mocy.


Czasami jako karkas dla drutu wykorzystuje się zwykły rezystor, ale trzeba wtedy uważać. Podobnie postępuje się niekiedy przy wykonywaniu cewki indukcyjnej. Różnica polega na tym, że cewka ma zwykle więcej zwojów i jest nawinięta drutem miedzianym. Miedzi nie stosuje się do produkcji rezystorów, ponieważ jej rezystancja wyraźnie zmienia się wraz z temperaturą.
Po lewej rezystor, po prawej cewka indukcyjna.


Najczęściej spotykane rezystory mają postać walca o różnej średnicy i długości, z wyprowadzeniami na obu końcach. Czasami obudowa może być kwadratowa lub prostokątna, ale zdarza się to znacznie rzadziej.
Spotyka się też rezystory z więcej niż dwoma wyprowadzeniami, na przykład boczniki do pomiaru prądu. Istnieją również zespoły kilku rezystorów, na przykład w dzielniku napięcia multimetru.


Tu również może nas czekać pułapka. Na zdjęciu po lewej jest stary warystor, a po prawej stosunkowo nowy rezystor. Oba mają takie same wymiary i różnią się tylko kolorem oraz oznaczeniem.
Warystor na zdjęciu jest bardzo stary, ale nie zmienia to szczególnie istoty sprawy. Czasami, żeby obniżyć koszty, producenci wykorzystują ten sam karkas do różnych elementów.


Chyba najczęściej spotykane są jednak rezystory małej mocy. To właśnie je widzicie na wielu płytkach drukowanych.


Ostatnio coraz częściej stosuje się rezystory w obudowach bez wyprowadzeń. Na zdjęciu widać rezystory w rozmiarach 2512, 1206, 0805 i 0604. Rozmiary 1206 i 0805 są najwygodniejsze do montażu ręcznego, 2512 są droższe i rzadziej stosowane, a 0604 są zbyt małe.


Większość rezystorów można podzielić na dwa typy konstrukcyjne.
Drutowe.


Wykorzystują drut wykonany ze stopu o dużej rezystywności. Na prawym rezystorze widać też zwoje drutu.


Są też rezystory metalizowane. W tych rezystorach cienka warstwa metalu jest napylona na ceramiczne podłoże.


Po usunięciu warstwy ochronnej widać zwoje warstwy przewodzącej, która tworzy rezystor.
Na krawędziach znajdują się czołowe pola stykowe, do których przyspawane są wyprowadzenia.
Czasami strukturę warstwy widać nawet przez warstwę farby, jak w przypadku rezystora po prawej.


Jak pisałem wyżej, najczęściej stosuje się ceramiczne podłoże, ponieważ jest tanie, odporne na wysoką temperaturę i stabilne — jego wymiary zmieniają się pod wpływem temperatury w bardzo niewielkim stopniu.
W rezystorach dużej mocy podłoże to jest bardzo dobrze widoczne.


Oprócz podstawowego parametru, jakim jest rezystancja, rezystory różnią się także mocą.
Na zdjęciu widać na przykład rezystory o mocy (w watach): 0.062, 0.25, 0.5, 1, 2, 5, 8, 10 i 50 W.
Parametr ten określa, przy jakiej mocy wydzielanej w rezystorze jego parametry pozostaną w granicach podanej tolerancji.
Ponieważ parametr ten podaje się dla temperatury otoczenia wynoszącej 20 stopni, a wewnątrz urządzenia temperatura jest zwykle wyższa, należy to uwzględnić i unikać pracy rezystorów na granicy ich maksymalnych wartości.


Technologie z czasem się zmieniają, dlatego rezystory stopniowo stają się coraz mniejsze. Stosuje się stabilniejsze materiały, których parametry w mniejszym stopniu zmieniają się pod wpływem nagrzewania. Dlatego rezystory o tej samej mocy mogą mieć różne rozmiary.
Na zdjęciu pokazano pary rezystorów o mocy 0.062 W, 0.25 W i 0.5 W.
Po lewej są nowsze, po prawej starsze. Różnica w rozmiarach jest wyraźna.


Istnieją jednak rezystory precyzyjne, które mogą być znacznie większe od zwykłych. O rezystorach precyzyjnych i ich zastosowaniu opowiem następnym razem, a na razie pokażę tylko zdjęcie: po lewej leżą obok siebie trzy rezystory o mocy 0.5 W, a po prawej rezystor o mocy 0.25 W.


Na dziś to wszystko. Jeśli macie pytania, chętnie na nie odpowiem. Na koniec polecam film na ten temat.