Rezystory

Rezystory to bierne elementy elektroniczne, które są specjalnie zaprojektowane tak, aby stawiały określony opór elektryczny (np. 470 Ω albo 1 kΩ — rysunek 5.1). 

Rysunek 5.1. Rezystory mają różne rozmiary i wartości znamionowe

Mimo iż za pomocą rezystora nie zwiększysz prądu ani nie zmienisz jego kierunku, to w istocie jest to bardzo potężne małe urządzenie, ponieważ pozwala ograniczać przepływ prądu w przewidywalny sposób. Odpowiednio dobierając i rozmieszczając rezystory w różnych miejscach obwodu, możesz zdecydować, jaka ilość prądu będzie przesłana do jego poszczególnych części.

Do czego służą rezystory?

Ze względu na swoją prostotę i wszechstronność rezystory należy do najpopularniejszych elementów elektronicznych. Najczęściej używa się ich do ograniczania ilości prądu przepływającego przez obwód, ale za ich pomocą można także kontrolować napięcie
dostarczane do wybranej części obwodu oraz tworzyć obwody czasowe.

Ograniczanie przepływu prądu

Na rysunku 5.2 przedstawiona jest 6-woltowa bateria zasilająca diodę LED. Prąd do diody płynie przez rezystor oznaczony prostokątem. Diody LED (a także wiele innych części elektronicznych) pożerają prąd tak, jak dzieci cukierki — próbują wchłonąć
tyle, ile tylko dadzą radę. Diody mają jednak pewną wadę — jeśli pobiorą zbyt dużo prądu, to ulegają spaleniu. Rezystor pełni w takim przypadku bardzo pożyteczną funkcję, gdyż ogranicza ilość prądu przesyłanego do diody (tak jak dobry rodzic ogranicza ilość cukierków dziecku).

Rysunek 5.2. Rezystor ogranicza ilość prądu wpływającego do delikatnej diody elektroluminescencyjnej

Zbyt duży prąd może zniszczyć wiele elementów elektronicznych, takich jak tranzystory czy układy scalone. Umieszczając
rezystor przed delikatną częścią, ograniczamy ilość prądu, jaka do niej dociera (lecz jeśli użyjesz za dużego rezystora, np. 1 MΩ, czyli 1 000 000 omów, to nie zobaczysz światła, chociaż zostanie ono wytworzone!). Ten prosty zabieg pozwoli Ci zaoszczędzić mnóstwo pieniędzy i czasu, który musiałbyś poświęcić na wymianę uszkodzonych elementów obwodów.

Ograniczanie przepływu prądu przez rezystory można zaobserwować w przedstawionym na rysunku 5.2 obwodzie, wstawiając do niego rezystory o różnych wartościach. W sekcji „Odczytywanie wartości rezystorów stałych” znajdziesz opis kolorowych kodów
paskowych umieszczanych na tych elementach, dzięki czemu nauczysz się rozpoznawać ich rezystancję. Na razie podaję tylko, jak powinny wyglądać te, których potrzebujesz w tej chwili.

Oto elementy potrzebne do zbudowania obwodu z rezystorem i diodą LED:

• Cztery baterie 1,5 V AA
• Jedna oprawa na cztery baterie AA
• Jeden klips do podłączania baterii
• Jeden rezystor 470 Ω (kod paskowy: żółty, fioletowy, brązowy oraz na końcu pasek złoty, srebrny, czarny, brązowy lub czerwony)
• Jeden rezystor 4,7 kΩ (kod paskowy: żółty, fioletowy, czerwony oraz czwarty pasek w dowolnym kolorze)
• Jeden rezystor 10 kΩ (kod paskowy: brązowy, czarny, pomarańczowy oraz czwarty pasek w dowolnym kolorze)
• Jeden rezystor 47 kΩ (kod paskowy: żółty, fioletowy, pomarańczowy oraz czwarty pasek w dowolnym kolorze)
• Jedna dioda LED (dowolnego rozmiaru i koloru)
• Trzy izolowane zaciski szczękowe lub jedna płytka prototypowa

Zbuduj obwód przy użyciu zacisków szczękowych lub płytki prototypowej (rysunek 5.3), używając na początek rezystora 470 Ω. Pamiętaj, aby prawidłowo podłączyć diodę, tzn. krótszym wyprowadzeniem do ujemnego styku baterii. Sposób podłączenia
rezystora nie ma znaczenia. Zwróć uwagę, jak jasno świeci dioda. Następnie wyjmij rezystor i w jego miejsce włóż następny w kolejności poziomu rezystancji, potem kolejny itd. Czy po każdej wymianie dioda świeci słabiej? Jest tak dlatego, że im wyższa
rezystancja, tym większe ograniczenie przepływu prądu, którego mniej dociera do diody, co z kolei sprawia, że ta świeci coraz słabiej.

Rysunek 5.3. Dwa sposoby budowania obwodu z rezystorem i diodą LED

Na rysunku 5.4 widać obwód równoległy, w których każda gałąź zawiera rezystor o innej wartości. W gałęziach z silniejszym rezystorem przepływ prądu jest bardziej ograniczony, przez co diody w nich świecą z mniejszym natężeniem.

Rysunek 5.4. Wyższa rezystancja bardziej ogranicza przepływ prądu, przez co diody emitują mniej światła

Rezystory - Redukowanie napięcia

Przy użyciu rezystorów można zmniejszyć napięcie docierajce do różnych części obwodów. Jeśli masz np. baterię 9-woltową, ale do zasilenia układu scalonego potrzebujesz napięcia 5 V, to możesz zbudować taki obwód, jaki widać na rysunku 5.5, który na wyjściu wytwarza napięcie 5 V. I voilà, możesz używać napięcia wyjściowego, U_wy, tego dzielnika napięcia do zasilania swojego układu.

Rysunek 5.5. Dwa rezystory tworzące dzielnik napięcia — typowa technika uzyskiwania różnych wartości napięcia dla różnych części obwodu

Jeśli chcesz zobaczyć dzielnik napięcia w akcji, skonstruuj obwód pokazany na rysunku 5.6. Potrzebne Ci będą do tego następujące części:

• Jedna bateria 9 V
• Jeden klips do podłączania baterii
• Jeden rezystor 12 kΩ (kod paskowy: brązowy, czerwony, pomarańczowy oraz czwarty pasek w jakimkolwiek kolorze)
• Trzy izolowane zaciski szczękowe lub jedna płytka prototypowa

Rysunek 5.6. Dwa sposoby budowania obwodu dzielnika napięcia

Następnie ustaw miernik uniwersalny na pomiar napięcia prądu stałego i zmierz napięcie na baterii oraz na rezystorze 15 kΩ, jak pokazano na rysunku 5.7. W moim przypadku okazało się, że bateria zapewnia napięcie 9,24 V, a U_wy (napięcie na rezystorze 15 kΩ) wynosi 5,15 V.

Rysunek 5.7. Pomiar napięcia dostarczanego przez baterię (po lewej) i napięcia na rezystorze 15 kΩ

Rezystory - Kontrolowanie cykli czasowych

Przy użyciu rezystora w połączeniu z innym popularnym elementem elektronicznym — kondensatorem — można uzyskać dające
się przewidzieć wzrosty i spadki napięcia w wybranych miejscach. Dowiesz się, że z połączeń rezystorów z kondensatorami można tworzyć coś w rodzaju klepsydry, co bardzo się przydaje w obwodach, w których ważne jest odmierzanie czasu (np. w światłach ulicznych). 

Rodzaje rezystorów — stałe i zmienne

Są dwa rodzaje rezystorów — stałe i nastawne. Obu powszechnie używa się w obwodach elektronicznych. Poniżej znajduje się zwięzły opis każdego z nich.

Rezystor stały stawia niezmienny, z góry ustalony opór elektryczny. Znajduje zastosowanie, gdy trzeba ograniczyć przepływ prądu do określonej wartości albo podzielić napięcie w wybrany sposób. W obwodach z diodami LED używa się rezystorów do ochrony tych delikatnych elementów przed spaleniem.

Rezystor nastawny, często nazywany potencjometrem lub reostatem, pozwala nastawiać siłę rezystancji od zera omów do fabrycznie określonej wartości maksymalnej. Potencjometrów używa się wówczas, gdy trzeba zmieniać wartość prądu lub napięcia dostarczanego do danej części lub danego obwodu. Wśród urządzeń, w których użyty jest potencjometr, można wymienić ściemniacze światła, układy zmiany natężenia dźwięku w sprzęcie grającym i czujniki pozycji, choć w sprzęcie RTV potencjometry zostały w znacznym stopniu wyparte przez urządzenia cyfrowe.

W tej sekcji bliżej poznasz rezystory stałe i nastawne. Na rysunku 5.8 przedstawiono symbole używane do oznaczania rezystorów stałych, potencjometrów i reostatów na schematach ideowych (zobacz ramkę „Potencjometr czy reostat?”).

Rysunek 5.8. Symbole do oznaczania rezystorów

Rezystory stałe

Rezystory stałe mają fabrycznie określoną rezystancję, ale ich rzeczywiste wartości mogą nieco odbiegać od znamionowej. Różnicę tę wyraża się procentowo i określa mianem tolerancji.

Powiedzmy, że wybraliśmy do obwodu rezystor o wartości 1000 Ω i tolerancji 5%. W takim przypadku rzeczywista wartość rezystancji może się wahać w granicach od 950 do 1050 Ω (ponieważ 5% z 1000 wynosi 50). Można powiedzieć, że rezystancja wynosi 1000 Ω plus minus 5%.

Ustawiłam swój miernik uniwersalny na pomiar rezystancji i zmierzyłam wartości pięciu rezystorów 1000 Ω o tolerancji 5%. Oto moje wyniki: 985 Ω, 980 Ω, 984 Ω, 981 Ω oraz 988 Ω. Wyróżnia się dwie kategorie rezystorów stałych:

Standardowe, o tolerancji w zakresie od 2 do aż 20 procent wartości znamionowej. Na opakowaniu zawsze jest podane, jak bardzo rzeczywista rezystancja może się różnić od znamionowej (np. ±2%, ±5%, ±10% albo ±20%). Tego rodzaju rezystorów można używać w większości zastosowań domowych czy hobbystycznych, ponieważ służą one do ograniczania prądu lub dzielenia napięcia w pewnym określonym zakresie. W wielu układach elektronicznych można spotkać rezystory o tolerancji w zakresie od 5 do 10 procent.

Rezystory precyzyjne, o tolerancji w zakresie 1 procenta wartości znamionowej. Używa się ich w obwodach, w których wymagany jest bardzo duży stopień dokładności, np. służących do precyzyjnego pomiaru czasu, lub w układach stabilizujących napięcie.

Wiele rezystorów ma kształt cylindra, z którego wyprowadzone sę dwie końcówki (rysunek 5.1) służące do podłączania go do innych elementów obwodu. Na pewno ucieszy Cię wiadomość, że te małe, miłe urządzenia z dwoma wyprowadzeniami można podłączać do obwodu w dowolny sposób, tzn. nie istnieją w ich przypadku takie pojęcia, jak strony lewa i prawa czy góra i dół.

Większość rezystorów stałych zdobią kolorowe paski, za pomocą których zakodowane są informacje o wartości znamionowej i tolerancji rezystorów. Lecz nie dotyczy to wszystkich; niektóre mają na obudowie wydrukowaną wartość i parę innych liczb, które łatwo można pomylić. Jeśli nie masz pewności, jaka jest wartość rezystancji danego rezystora, sprawdź ją za pomocą swojego miernika uniwersalnego, jak np. pokazano na rysunku 5.9. Podczas pomiaru rezystor nie powinien być podłączony do obwodu,
ponieważ może to spowodować zafałszowanie wyniku.

Rysunek 5.9. Rzeczywistą rezystancję rezystora można zmierzyć za pomocą miernika uniwersalnego

W projektach obwodów zazwyczaj podawane są bezpieczne zakresy wartości rezystorów. Czasami podana jest wartość dla każdego rezystora z osobna, a czasami wartość sumaryczna dla wszystkich rezystorów w obwodzie. Szukaj tych informacji w spisie części lub na schemacie ideowym. Jeżeli na schemacie nie określono tolerancji, można przyjąć standardową tolerancję (±5 lub ±10%).

Elektronika dla bystrzaków. Wydanie III Autor: Cathleen Shamieh Wydawnictwo: Septem