Ellenállás
Tartalomjegyzék
- 1 Az ellenállás szerepe az áramkörben
- 2 Az ellenállás fogalma
- 3 Egy egyszerű példa
- 4 Ellenállások fajtái
- 5 Ellenállások tűrése, értéksorai
- 6 Ellenállások hőmérsékletfüggése
- 7 Ellenállások terhelhetősége
- 8 Ellenállások induktivitása
- 9 Ellenállások jelölése (színkódok)
- 10 Mint érzékelő
- 11 Mint beavatkozó
Az ellenállás szerepe az áramkörben
- áramerősség korlátozása
- kondenzátor kisütése
- feszültségosztó - amivel munkapont állító be
- kondenzátorral váltakozóáramú szűrő alkotása
- fűtés, világítás
Az ellenállás fogalma
Az ellenálláson átfolyó áram hatására az ellenállás két vége közt az áram nagyságával egyenesen arányos feszültség mérhető.
Az ellenálláson eső feszültség kiszámítása (Ohm-törvény): [math]U=R*I[/math], ahol
- U az ellenálláson eső feszültség,
- R az ellenállás,
- I pedig az áram nagysága.
Az ellenállás mértékegysége az ohm, jele a görög nagy omega: Ω.
1 Ω ellenálláson 1 A áramot átbocsájtva a feszültségesés 1 V.
A fenti képlet átrendezett alakjait is gyakran használjuk:
- [math]I=U/R[/math]
- [math]R=U/I[/math]
Az ellenállásra jutó teljesítmény: [math]P=U*I=U^2/R=I^2*R[/math].
Ez a teljesítmény teljes egészében az ellenállást melegíti (hőként disszipálódik),
ezért nagyon fontos, hogy arra is ügyeljünk, hogy az áramkörben az ellenállás megengedett maximális terhelhetőségét ne lépjük túl.
Egy egyszerű példa
Példa: Egy 4,5 V-os laposelemről szeretnénk egy LED-et meghajtani. Azt tudjuk, hogy a LED-et 5 mA árammal szeretnénk hajtani és azt is, hogy ekkor 1,7 V esik rajta.
Mekkora ellenállást kell a LED-del sorba kapcsolni?
Megoldás: Az ellenállás és a LED sorba van kapcsolva. Ezáltal a rajta eső feszültségek összege lesz mérhető a LED vége és az ellenállás vége között, [math]U_t=U_D+U_R[/math]. Ebből meghatározzuk [math]U_R[/math]-t. [math]U_R=4,5 V - 1,7V = 2,8 V[/math] -ra adódik.
Mekkora ellenállást kell tehát választanunk, ha azt tudjuk, hogy 5 mA-t kell átengednie 2,8 V-os kapocsfeszültség esetén?
[math]R=\frac{U}{I}=\frac{2,8~{\rm V}}{0,005~{\rm A}} = 560~\Omega[/math].
Az ellenállás disszipációja: [math]P=U*I= 2,8~{\rm V} * 0,005~{\rm A} = 0,014~{\rm W} = 14~{\rm mW}[/math]. Tehát használhatjuk a legkisebb terhelhetőségű, 1/8 W-os (125 mW) ellenállást is.
Ellenállások fajtái
- Állandó értékű
- rétegellenállás
- metáloxid
- huzalellenállás
- Változtatható
- Potenciométer
- Helikális potenciométer (preciziós)
- Trimmer (beállításhoz)
- Precíziós beállító (finombeállításhoz)
- Változó értékű
- Hőre változó:
- az NTK hőmérséklet növekedésével csökkenti értékét
- a PTK pedig a hőmérséklet növelésekor növeli az ellenállásértékét
- Fényre változó
- Hőre változó:
Ellenállások tűrése, értéksorai
Az ellenállás - mint alkatrész - nem végtelenül pontos. Gyártáskor ezért feltüntetik a névértékét és a névértéktől való maximális eltérést. Az eltérést %-ban adják meg. Ezt tűrésnek nevezzük.
- Néhány jellegzetes értéksor
- E6-os, 20% tűrésű sor elemei: 1 - 1,5 - 2,2 - 3,3 - 4,7 - 6,8
- E12-es, 10% tűrésű sor elemei: 1 - 1,2 - 1,5 - 1,8 - 2,2 - 2,7 - 3,3 - 3,9 - 4,7 - 5,6 - 6,8 - 8,2
- E24-es, 5% tűrésű sor elemei: 1 - 1,1 - 1,2 - 1,3 - 1,5 - 1,6 - 1,8 - 2 - 2,2 - 2,4 - 2,7 - 3 - 3,3 - 3,6 - 3,9 - 4,3 - 4,7 - 5,1 - 5,6 - 6,2 - 6,8 - 7,5 - 8,2 - 9,1
- E48-as sor 2% tűréssel
- E96-os sor 1% tűréssel
Leggyakrabban az E12-es sor szerinti alkatrész értékek szerinti értékű ellenállásokat szoktunk kérni. Azonban napjainkban a normál ellenállás tűrése 5%, de 2 illetve 1% tűrésűt is kérhetünk nagyobb alkatrész kereskedésekben.
Honnan jönnek a fenti "mágikus" számok? Egyszerű: egy 1 ohm névleges értékű 20% tűrésű ellenállás tényleges értéke valahol 0,8 ohm és 1,2 ohm között található. A következő néveleges értéket úgy határozzák meg, hogy annak lehetséges értéktartománya nem fedje át a 0,8 ... 1,2 intervallumot. Azaz a következő érték 1,2 / 0,8 = 1,5. Ezután 1,5*1,5=2,25 következik, és így tovább.
A kereskedelemben az ellenállások 0,01 Ω ... 10 MΩ közötti értékben kaphatóak. SMD esetén a 0 Ω-os típus is létezik (1-2 A terhelhetőséggel), amely akkor szokott kelleni, ha
- esztétikusan, SMD alkatrésznek látszó eszközzel akarunk egy átkötést megvalósítani - például mert az egyoldalas NYÁK-on keresztezi egymást két vezető.
- olyan bontható kötést szeretnénk létesíteni, amely bontására maximum beméréskor vagy szervízeléskor van szükségünk. Ekkor az alkatrész kiforrasztásával megszakíthatjuk az áramkört. Erre természetesen normál használat során nem kerül sor.
Ellenállások hőmérsékletfüggése
A hőmérséklet növekedésével a fémes vezetők fajlagos ellenállás általában növekszik. A félvezetők ellenállása viszont melegítésre csökken. Így a fémréteg ellenállás növekvő (PTK - Positive Thermal Coefficient, pozitív hőmérsékleti együttható), a szénréteg ellenállás pedig csökkenő (NTK - Negative Thermal Coefficient, negatív hőmérsékleti együttható) értéket mutat a hőmérséklet növekedésekor.
[math]R_t = R_{20} \Big(\, 1+\alpha(t-20)\Big)[/math], ahol [math]R_{20}[/math] a normál ellenállás (20 C fokon), az [math]R_{t}[/math] a [math]t[/math] hőmérsékleten mért ellenállás, az [math]\alpha[/math] a hőfoktényező.
Ezek az értékek normál ellenállások esetén nincsenek feltüntetve. Azonban ha kimondottan hőmérsékletfüggő ellenállást tervezünk beépíteni, azoknak az adatlapja tartalmazza a hőfoktényezőt is.
Ellenállások terhelhetősége
Minden kereskedelemben kapható ellenálláson feltüntetik, hogy mekkora teljesímény disszipálást képes tönkremenetel nélkül tartósan elviselni. A teljesítmény értelemszerűen az a rajta eső feszültség és a rajta átfolyó áram szorzata.
- Furatszerelt ellenállás esetén
- két raszteres fémréteg ellenállás: 0,4 W (raszter: 2,54 mm, azaz 1/10" hosszúság)
- három raszteres fémréteg ellenállás: 0,6 W
- fémoxid ellenállásként 1 vagy 2 wattos terhelhetőséggel kaphatóak
- huzalellenállások tipikusan 5 W-tól kaphatóak
- Felületszerelt (SMD) ellenállások esetén
- 0402 (1 x 0,5 mm): 1/16 W
- 0603 (1,6 × 0,8 mm): 1/10 W
- 0805 (2 x 1,2 mm): 1/8 W
- 1206 (3.2 × 1.6 mm): 1/4 W
- 1210 (3.2 × 2.5 mm): 1/2 W
- 2010 (5.0 × 2.5 mm): 0,75 W
- 2512 (6,35 × 3,0 mm): 1 W
Ellenállások induktivitása
Sajnos a való világban mindennek van kapacitása, induktivitása. Rádiófrekvenciás felhasználáskor az ellenállások járulékos induktivitása problémát okozhat. Ezért a huzalellenállásokat kerüljük el rádiófrekvenciás alkalmazások esetén. Az SMD ellenállások terén még a 2512-es méret is indukciószegény, így a teljes SMD kínálat felhasználható.
Ellenállások jelölése (színkódok)
Régebben az ellenállás névleges értékét számokkal írták rá. Az alkatrész beültetésénél vigyázni kellett arra, hogy ez a felirat felülre kerüljön. Automatikus beültetőgépeknél ez elég nehezen érhető el.
Továbbá a korszerű ellenállások kis mérete miatt már nem férnek rá olvashatóan a betűk és számok.
A névértéket nemzetközi egyezményes színgyűrűs jelöléssel adják meg. Ellenállásoknál az első gyűrű az alkatrész egyik végéhez közelebb van.
4 és 5 gyűrűs jelölés létezik.
- 4 gyűrűs jelölés esetén az első 3 gyűrű az értéket; a 4. a tűrést jelöli.
- 5 gyűrűs rendszerben - a precíziós ellenállásokhoz - 4 gyűrű adja meg az értéket és az 5. gyűrű a tűrés.
Az első gyűrűk mindenképp számot jelölnek, a tűrés előtti gyűrű egy 10 hatványát jelzi, azaz a nullák számát.
1. példa: Egy ellenállásnak a következő 4 színgyűrűje van: narancs - fehér - piros-arany. Mi az ellenállásértéke?
Megoldás: narancs=3; fehér=9; piros="00"; arany=5%, tehát 3900 ohm 5% tűréssel.
2. példa: Egy fémréteg ellenállásnak 5 gyűrűje van. Barna-barna-zöld-piros-piros. Mekkora az értéke?
Megoldás: barna=1; barna=1; zöld=5; piros="00"; piros=2%, tehát 11500 ohm (11,5 kohm) és 2% a tűrése.
Felületszerelt ellenállás esetén visszatértek a számos jelölésre. Azonban figyeljünk oda, nehogy más alkatrésszel keverjük össze.
Általában az felületszerelt ellenállás fekete, a felületszerelt kondenzátor világosbarna. Ez segít az eligazodásban.
Az ábrán kettő 680 ohmos (68*101) ellenállás látható, amely felirata digitális kijelzőknél megszokott szögletes írással van felírva.
Mint érzékelő
- elmozdulás ( távolság ) érzékelő - tolópotméter
- elfordulás ( szög ) érzékelő - forgópotméter
- nyúlás ( távolság, erő ) érzékelő "bélyeg"
- hőmérséklet érzékelő - termisztor
- fény érzékelő - fotoellenállás
Mint beavatkozó
- melegítés - fűtőellenállás
- fénykibocsátás - izzólámpa