Rezistor – co to je, princip činnosti a označení na schématu

Rezistor (anglicky rezistor, z lat. resisto – resist) [1] – pasivní prvek elektrických obvodů, mající určitou konstantní nebo proměnnou hodnotu elektrického odporu, určený k lineární přeměně proudu na napětí, oddělení napětí, omezení a regulaci proudu v elektrický obvod.

Existují rezistory s konstantním i proměnným odporem. Hodnota odporu proměnného rezistoru se může měnit v důsledku mechanického pohybu motoru s proměnným rezistorem (reostat, potenciometr) nebo v důsledku nelineárního vztahu mezi proudem a napětím v elektronickém zařízení (varistor) [1].

Slovo „odpor“ se často používá jako synonymum pro výraz „rezistor“.

Fyzikální základy

Uvažujeme-li část obvodu sestávající ze dvou sériově zapojených rezistorů R 1 > a R 2 >, pak zjistíme, že při průchodu proudu každým z nich vzniká úbytek napětí U 1 > a U 2 >, resp. a velikost tohoto napětí je přímo úměrná velikosti odporu každého rezistoru.
Podstata jevu spočívá v tom, že když proud protéká vodičem s nenulovým odporem (v tomto případě přes rezistor), díky tomu, že materiál rezistoru brání průchodu proudu, vzniká při jeho průchodu potenciálový rozdíl. končí, která provádí přenosovou práci (relativně řečeno „tlačení“) náboje [2]. Velikost tohoto potenciálového rozdílu bude tím větší, čím větší bude odpor rezistoru.
Práce vynaložená na přenos nábojů uvnitř tělesa rezistoru vede k uvolnění tepla, jehož množství závisí také na hodnotě odporu.

Ohmův zákon

Chcete-li vypočítat pokles napětí na rezistoru pro známé hodnoty proudu a odporu, musíte použít Ohmův zákon pro část obvodu [3]:

I = UR > , kde I je síla proudu v obvodu; U je úbytek napětí v části obvodu; R je elektrický odpor části obvodu.

Potom bude úbytek napětí na rezistoru roven:

Hlavní charakteristiky rezistorů

Mezi hlavní charakteristiky rezistorů patří ztrátový výkon, závislost odporu na teplotě a proudově-napěťová charakteristika [4].

Rozptyl energie

Když proud protéká rezistorem, uvolňuje se ve vodivé vrstvě tepelná energie, jejíž výkon může být reprezentován ve formě následujících závislostí:

Pokud průměrný výkon rozptýlený rezistorem překročí jeho návrhový (jmenovitý) výkon, rezistor se přehřeje a může selhat.

Závislost odporu na teplotě

Odpor kovových, včetně drátěných, rezistorů závisí téměř lineárně na teplotě [5]:

R = R 0 ( 1 + α ( t − t 0 ) ) (1+alfa (t-t_))> , kde R a R 0 – respektive odpor rezistoru při teplotách t и t (obvykle t = 20 °C).

Koeficient α se nazývá teplotní koeficient odporu (TCR), který ukazuje, jak moc se změní odpor rezistoru při změně teploty o 1 °C nebo 1 kelvin. U většiny kovů a kovových slitin je TCS pozitivní. Polovodičové rezistory mají negativní TCR, ale modul TCR je vyšší než u kovových, což umožňuje jejich použití jako teplotní senzory. Proudově napěťová charakteristika (voltampérová charakteristika) polovodičového termistoru (termistoru) je uvedena níže.

Proudově-napěťová charakteristika

Podle charakteru proudově-napěťové charakteristiky se všechny odpory dělí na lineární a nelineární [6]. Odpor lineárních rezistorů nezávisí na použitém napětí nebo proudu. Odpor nelineárních rezistorů se mění v závislosti na hodnotě použitého napětí nebo proudu, který jimi protéká (varistory a bartery), nebo na teplotě (termistory) nebo osvětlení (fotorezistory). Obrázek ukazuje příklady charakteristik proud-napětí:

• Pro varistor (vlevo). Modré jsou na bázi ZnO, červené jsou na bázi SiC;
• Pro termistor (vpravo). Tangenta úhlů sklonu přímek vedených od počátku k bodům A, B a C na křivce se rovná statické vodivosti termistoru v těchto bodech.

V lineárních odporových obvodech se tvar proudu shoduje s tvarem napětí.

Klasifikace rezistorů

Rezistory jsou prvky elektronických zařízení a mohou být použity jako samostatné součástky nebo jako součástky integrovaných obvodů. Diskrétní rezistory jsou klasifikovány podle účelu, povahy změny odporu, materiálu odporového prvku, způsobu ochrany před vlhkostí, způsobu instalace, typu proudově-napěťové charakteristiky a technologie výroby [7].

• rezistory pro všeobecné použití;
• rezistory pro speciální aplikace:
  • vysoký odpor (odpor od desítek megaohmů až po jednotky tom, provozní napětí 100-400 V);
  • vysokonapěťové (provozní napětí – desítky kV);
  • vysokofrekvenční (mají malou indukčnost a kapacitu, pracovní frekvence až stovky MHz);
  • precision a ultra-precision (charakterizované zvýšenou přesností jmenovité hodnoty a stabilitou: tolerance odporu je v rozmezí 0,01% – 1%).

  Podle povahy změny odporu:

  • pevné odpory;
  • rezistory s proměnným nastavením;
  • variabilní ladicí odpory.

  Na základě materiálu odporového prvku [6]:

  • tenkovrstvá na izolační základně:
    • uhlík;
    • kovový film:
      • pokovené;
      • oxid kovu;
      • cermet;

      Podle způsobu ochrany proti vlhkosti [6]:

      • neizolované;
      • zateplené-lakované;
      • složený;
      • lisované do plastu;
      • zapečetěné;
      • vakuum.

      Podle způsobu instalace:

      • pro instalaci tištěných obvodů;
      • pro montáž na stěnu;
      • pro mikroobvody a mikromoduly.

      Typy rezistorů

      Níže jsou uvedeny hlavní typy rezistorů a jejich popis [8] [9].

      Pevné odpory

      Na základě konstrukce a výrobní technologie lze pevné odpory rozdělit do následujících typů:

      

      Drátové rezistory

      Drátové rezistory jsou navinuty z drátu nebo pásky s vysokým odporem na rám nějakého druhu. Hodnota odporu rezistoru závisí na měrném odporu materiálu drátu, jeho délce a průřezu. Jako odporový drát se používají slitiny jako konstantan nebo chromnikl. Mezi výhody drátového rezistoru patří schopnost rozptýlit vysoký výkon. Nevýhodou je značná parazitní indukčnost. Pro jeho snížení jsou drátové rezistory téměř vždy vyráběny s bifilárním vinutím.
      Vysoce odolné malé drátové rezistory jsou někdy vyrobeny z mikrodrátů.

      Bezdrátové odpory

      Schéma návrhu bezdrátového rezistoru

      Kovový film a rezistory z oxidu kovu používají jako odporový materiál tenký kovový pás.

      Odporový prvek drátových rezistorů je objemová struktura fyzického těla nebo povrchová vrstva vytvořená na izolačních dílech (tenký film z kovové slitiny nebo kompozitního materiálu s vysokým měrným odporem nanesený na válcové keramické jádro).

      Uhlíkové rezistory se vyrábějí ve formě filmových a objemových. Fólie nebo odporová tělesa jsou směsí grafitu s organickými nebo anorganickými látkami.
      Tělo rezistoru je chráněno barvou nebo plastem, konce jádra jsou opatřeny lisovanými kovovými krytkami s drátěnými vývody pro instalaci.

      Rezistory pro povrchovou montáž na desky plošných spojů

      Technologie povrchové montáže desek plošných spojů se také nazývá technologie povrchové montáže (SMT) nebo technologie SMD. povrchově montované zařízení – zařízení pro povrchovou montáž) a součásti pro povrchovou montáž se nazývají „čipové komponenty“. Rezistory určené pro takovou instalaci jsou konstrukčně odlišné a vypadají takto: