Ellenállás

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.

Az ellenállás szerepe az áramkörben

• áramerősség korlátozása
• kondenzátor kisütése
• feszültségosztó - amivel munkapont állító be
• kondenzátorral váltakozóáramú szűrő alkotása
• fűtés, világítás

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.

Áramerősséget és teljesítményt - ellenállásból és feszültségből Segítség:Számoló <szamolo sor=5 oszlop=20>R=560;U=2.8;;I=U/R;P=negyzet(U)/R;</szamolo>	Áramerősséget és ellenállást - teljesítményből és feszültségből <szamolo sor=5 oszlop=20>P=14 milli;U=2.8;;I=P/U;R=negyzet(U)/P;</szamolo>
Áramerősséget és feszültséget - teljesítményből és ellenállásból <szamolo sor=5 oszlop=20>P=14 milli;R=560;;I=gyok(P/R);U=gyok(P*R);</szamolo>	Teljesítményt és ellenállást - áramerősségből és feszültségből <szamolo sor=5 oszlop=20>I=5 milli;U=2.8;;P=I*U;R=U/I;</szamolo>
Teljesítményt és feszültséget - áramerősségből és ellenállásból <szamolo sor=5 oszlop=20>I=5 milli;R=560;;P=negyzet(I)*R;U=I*R;</szamolo>	Ellenállást és feszültséget - áramerősségből és teljesítményből <szamolo sor=5 oszlop=20>I=5 milli;P=14 milli;;R=P/negyzet(I);U=P/I;</szamolo>

• Áramerősség, teljesítmény, ellenállás, feszültség számoló.

Ellenállások fajtái

1. Állandó értékű
   • rétegellenállás
   • metáloxid
   • huzalellenállás
2. Változtatható
   • Potenciométer
   • Helikális potenciométer (precíziós)
   • Trimmer (beállításhoz)
   • Precíziós beállító (finombeállításhoz)
3. Változó értékű
   • Hőre változó:
     • az NTK hőmérséklet növekedésével csökkenti értékét
     • a PTK pedig a hőmérséklet növelésekor növeli az ellenállásértékét
   • Fényre változó

Ellenálláshuzal

Boltokban "kimérten" ( hosszra, tömegre, 'méterre', 'kilogrammra' ) lehet vásárolni. A kívánt ellenállású részt egyszerűen le kell vágni és a két végén kell csatlakoztatni az áramkörbe. Gyakran a hosszegységre eső ellenállását adják meg, amivel könnyebb számolni.

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 ellenállása 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. Anyagok és tulajdonságaik.

<szamolo sor=6>R0=1 kilo;t0=20;t1=50;alfa=4,3 milli;;R1=R0*(1+alfa*(t1-t0))</szamolo>

Ellenállások terhelhetősége

Minden kereskedelemben kapható ellenálláson feltüntetik, hogy mekkora teljesítmény 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.

Színgyűrű	1. szám<	2.(3.) szám	Nullák	Tűrés
fekete	-	0	-	-
barna	1	1	0	1 %
piros	2	2	00	2 %
narancs	3	3	000	-
sárga	4	4	0000	-
zöld	5	5	00000	0,5 %
kék	6	6	000000	-
lila	7	7	-	-
szürke	8	8	-	-
fehér	9	9	-	-
arany	-	-	* 0,1	5 %
ezüst	-	-	* 0,01	10 %
(nincs)	-	-	-	20 %

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

Mint egyéb

• olvadó biztosító