Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu Orbis pictus 21. století

Orbis pictus 21. století Rezistory II OB21-OP-EL-ZEL-JAK-U-1-006 Obor: Elektrikář Ročník: 1. Vypracovala: Ing. Ivana Jakubová OB21-OP-EL-ZEL-JAK-U-1-006 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Obsah prezentace: Vlastnosti reálných rezistorů Některé katalogové údaje – vysvětlení pojmů Materiály a technologie výroby rezistorů Procvičení, jednoduché výpočty

Ideální a reálný rezistor Ideální rezistor (např. v ideovém schématu zapojení) je plně charakterizován svým elektrickým odporem. Reálný rezistor má kromě odporu ještě řadu dalších vlastností: elektrických (např. výkonová zatížitelnost, parazitní indukčnost,…) i jiných (rozměry, mechanická odolnost atd.). Vlastnosti rezistorů jsou popsány v katalozích výrobců (podrobněji, často i v grafech) nebo prodejců (stručný výběr nejdůležitějších parametrů z dokumentace výrobce).

Hlavní katalogové údaje rezistorů: jmenovitá (nominální) hodnota odporu tolerance (odchylka od jmenovité hodnoty v %) výkonové zatížení ve wattech nejvyšší dovolené napětí teplotní součinitel odporu napěťový součinitel odporu šumové parametry geometrické rozměry speciální vlastnosti (např. bezindukční rezistory pro vf aplikace, samozhášivé rezistory atp.) Parametry rezistorů úzce souvisejí s materiálem a technologií výroby.

Jmenovitá (nominální) hodnota odporu a tolerance Jmenovitá neboli nominální hodnota odporu R je uvedena na součástce. Skutečná hodnota odporu rezistoru Rs se od nominální většinou liší: u nového rezistoru kvůli výrobním nepřesnostem, u staršího navíc v dů-sledku stárnutí, přetěžování, vlivu prostředí atp. Tolerance je přípustná odchylka skutečné hodnoty odporu (u nového rezistoru) od nominální hodnoty vyjádřená v procentech nominální hodnoty: t = ±100 ∙|Rs - R| /R

Tolerance – př. 1 Na zakoupeném rezistoru je vyznačena hodnota 22 kΩ a tolerance ±20%. Ohmmetrem jste naměřili odpor 24,7 kΩ. Odpovídá naměřená hodnota odporu uvedené toleranci? Řešení: jmenovitá hodnota R = 22 kΩ skutečná hodnota Rs = 24,7 kΩ odchylka v % t´ = 100 ∙(Rs - R)/R t´= 100 ∙(24,7 - 22)/22=12,3% Ano, naměřená hodnota odporu leží v pásmu vymezeném uvedenou tolerancí.

Tolerance – př. 2 Pro dvě sousední hodnoty z řady E24 (např. 6,2 kΩ a 6,8 k Ω) vypočtěte, jaké maximální a minimální hodnoty odporu splňují toleranci ±5%. Řešení: t = ±5% = ±0,05, R1 = 6,2 kΩ R1max= R1∙(1 + t) = 6,2 ∙(1 + 0,05) = 6,51 kΩ R1min= R1∙ (1 - t) = 6,2 ∙ (1 - 0,05) = 5,89 kΩ podobně pro R2: R2max= 7,14 kΩ , R2min= 6,46 kΩ Všimněte si: R1max > R2min ! Toleranční pásma sousedních hodnot řady se mírně překrývají. - Už víte, proč se rezistory s tolerancí ±5% vyrábějí právě v řadě E24?

Výkonová zatížitelnost rezistorů Při průchodu elektrického proudu I na rezistoru s odporem R vzniká úbytek napětí U. Rezistor se zahřívá: elektrická energie se mění v tepelnou. Tepelný výkon ztracený touto přeměnou lze vyjádřit: Pz = UI = RI2 = U2/R. Jmenovité výkonové zatížení je takový výkon, který je rezistor schopen bez poškození a bez nepřípustného vzrůstu teploty snést a vyzářit do okolí. Jmenovitá výkonová zatížitelnost běžných slaboproudých rezistorů bývá od desetin wattu do několika wattů.

Provozní výkonové zatížení rezistorů je stanoveno pro určitou teplotu okolí jako přípust-ný podíl jmenovitého výkonového zatížení (v %) . S rostoucí teplotou okolí (nad určitou hodnotou, např. 70°C) klesá – odvod tepla z rezistoru se zhoršuje. Příklad:

Proč si hlídat ztrátový výkon: oteplením se mění okamžitý odpor rezistoru a vzrůstá tepelný šum (viz dále), přetěžováním se zhoršují vlastnosti rezistoru i dlouhodobě, více se projevuje stárnutí, zvýšená teplota působí i na okolní součástky, zvláště na polovodičové, ale i na spoje, výkonové přetížení může způsobit zničení rezistoru nebo součástek v okolí a může vyvolat i požár. Záleží nejen na výběru rezistoru s dostatečnou výkonovou zatížitelností, ale i na dalších okolnostech: rozmístění součástek, šířka plošných spojů, orientace desky s ohledem na proudění vzduchu, umístění zařízení, větrací otvory atd.

Výkonové zatížení rezistoru – př. Vypočtěte, jaké jmenovité zatížení musí mít rezistor o jmenovité hodnotě 4,7 kΩ, kterým má při pokojové teplotě protékat proud 12 mA. Bude stačit 0,5 W? Řešení: Pz=RI2 Pz=4,7∙103 ∙(12 ∙10-3)2=0,6768 W Rezistor s jmenovitým zatížením 0,5 W stačit nebude, budeme muset použít raději s rezervou rezistor jednowattový.

Změna odporu s teplotou Odpor látek se mění v závislosti na teplotě podle vztahu: R(T)=RT0[1+α(T-T0)] R(T) je odpor při teplotě T, RT0 odpor při teplotě T0, α je teplotní součinitel odporu v Ω/K (Ω/°C). Teplotní součinitel odporu může být kladný (odpor s rostoucí teplotou vzrůstá – většina kovů), nebo záporný (tj. odpor s rostoucí teplotou klesá – např. uhlík). Materiály rezistorů jsou často kombinované (kov či uhlík a keramika, různé oxidy kovů apod.) Teplotní součinitel odporu bývá od cca 5 ppm u kvalitních tenkovrstvých metalizovaných rezistorů až k 250-300 ppm i více u metaloxidových a drátových rezistorů (ppm „parts per million“= 10-6)

Teplotní součinitel odporu – př. Metalizovaný rezistor o jmenovitém zatížení 0,6 W a jmenovitém odporu 1 MΩ je určen pro teploty okolí -55 až +165 °C. Jeho teplotní koeficient je podle katalogu ±50 ppm. Vypočtěte, jak velký rozdíl odporu by vznikl při uvedené změně teploty okolí. Řešení: R(-55)=RT0[1+50.10-6(T0+55)] R(165)=RT0[1+50.10-6(T0-165)] R(-55)- R(165)= RT0∙50.10-6(55+165) ΔR=1∙106∙0,011=11 kΩ

Další katalogové údaje Napěťový součinitel odporu definuje relativní změnu odporu připadající na 1 volt přiloženého napětí (např. 0,01%/V) Šumové vlastnosti rezistorů jsou důležité zejména při zpracování slabých užitečných signálů. Uvádí se proudový šum rezistoru v μV/V (na volt přiloženého napětí). Maximální napětí (uvádí se trvalé či krátkodobé, případně průrazná pevnost) – od 150 V u trimrů až k 700 V u některých metalizovaných rezistorů.

Uhlíkové rezistory Starší typy: tělísko z keramiky s definovaným podílem uhlíku Nevýhody: velké tolerance, velikost odporu nestálá (citlivé na vlhkost prostředí, přehřátí, přepětí…) Novější typy: spirálová uhlíková vrstva na izolačním substrátu Odpor:1 Ω až 10 MΩ Výkonové zatížení: 1/8 W až 5 W při 70°C Rozsah teplot: -55°C až 155°C Maximální napětí: 200 až 600 V

Uhlíkový rezistor: údaje v katalogu prodejce

Metalizované rezistory Odporová vrstva s obsahem kovu (často NiCr), s vyřezanou spirálovou dráhou je nanesena na keramickém nebo korundovém substrátu. Tolerance 0,5% - 1% - 2% Teplotní koeficient odporu až 200 ppm/°C.

Metalizované rezistory - katalog

Metaloxidové rezistory Odporová vrstva z „vodivé keramiky“(nitrid tantalu TaN, oxid rutheničitý RuO2, olovnatý PbO, Bi2Ru2O7, NiCr, Bi2Ir2O7) Tenkovrstvé: Tenký film se vakuově naprašuje na izolační podklad a odleptává po expozici podobně jako plošné spoje. Přesná hodnota odporu se dostavuje např. laserem. tolerance 0,1% až 1%, teplotní koeficient odporu 5 až 25 ppm/°C.

Metaloxidové rezistory Jiná technologie: Silnější vrstva cermetu s práškovým sklem se nanáší na podklad tiskem a slinuje se. tolerance 1% až 5% teplotní koeficient odporu 200 až 250 ppm/°C jsou levnější než tenkovrstvé

Drátové rezistory Odporový drát (často NiCr) je navinutý na keramickém, plastovém nebo skleněném tělísku a povrchově překrytý barvou, plastem, nebo smaltem. Nežádoucí parazitní indukčnost lze potlačit speciálním způsobem vinutí. Lze dosáhnout vysoké výkonové zatížitelnosti (při vhodném chlazení).

Drátový rezistor – katalog

Děkuji Vám za pozornost Střední průmyslová škola Uherský Brod, 2010 Ing. Ivana Jakubová Střední průmyslová škola Uherský Brod, 2010 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky