Upori so med najbolj razširjenimi elementi v elektroniki. To ime je že zdavnaj zapustilo ozke okvire radioamaterske terminologije. In za vsakogar, ki ga elektronika vsaj malo zanima, izraz ne bi smel povzročiti zmede.
Vsebina
Kaj je upor
Najenostavnejša definicija je naslednja: upor je element v električnem tokokrogu, ki zagotavlja upor toku, ki teče skozi njega. Ime elementa izhaja iz latinske besede "resisto" - "upor", radioamaterji pogosto imenujejo ta del tako - odpornost.
Poglejmo, kaj so upori, za kaj so upori potrebni. Odgovor na ta vprašanja vključuje poznavanje fizikalnega pomena osnovnih konceptov elektrotehnike.
Za razlago delovanja upora lahko uporabite analogijo vodovodnih cevi. Če na nek način preprečimo pretok vode v cevi (na primer z zmanjšanjem njenega premera), bo prišlo do povečanja notranjega tlaka. Z odstranitvijo zapore zmanjšamo pritisk.V elektrotehniki ta tlak ustreza napetosti - s tem, ko električni tok otežimo, povečamo napetost v tokokrogu; z zmanjšanjem upora zmanjšamo tudi napetost.
S spreminjanjem premera cevi lahko spreminjamo hitrost toka vode, v električnih tokokrogih s spreminjanjem upora uravnavamo jakost toka. Vrednost upora je obratno sorazmerna s prevodnostjo elementa.
Lastnosti uporovnih elementov se lahko uporabljajo za naslednje namene:
- Pretvorba toka v napetost in obratno;
- omejevanje tekočega toka za pridobitev dane vrednosti toka;
- Izdelava napetostnih delilnikov (na primer v merilnih instrumentih);
- druge posebne namene (npr. zmanjšanje radijskih motenj).
Na naslednjem primeru razloži, kaj je upor in za kaj se uporablja. Znana LED sveti pri nizkih tokovih, vendar je njen lastni upor tako majhen, da če je LED nameščena neposredno v tokokrog, tudi pri 5 V, bo tok, ki teče skozi njo, presegel dovoljene parametre dela. Zaradi takšne obremenitve bo LED takoj odpovedala. Zato vezje vključuje upor, katerega namen je v tem primeru omejiti tok na dano vrednost.
Vsi uporovni elementi so pasivne komponente električnih tokokrogov, za razliko od aktivnih ne dajejo energije sistemu, ampak jo le porabijo.
Ko smo razumeli, kaj so upori, je treba upoštevati njihove vrste, oznako in oznako.
Vrste uporov
Vrste uporov lahko razdelimo v naslednje kategorije:
- Nenastavljive (konstantne) - žične, kompozitne, filmske, karbonske itd.
- Nastavljiv (variabilen in trim). Nastavljivi upori se uporabljajo za prilagajanje električnih tokokrogov. Elementi s spremenljivim uporom (potenciometri) se uporabljajo za prilagajanje ravni signala.
Ločeno skupino predstavljajo polprevodniški uporovni elementi (termorepori, fotorezistorji, varistorji itd.).
Lastnosti uporov so določene z njihovim namenom in se nastavijo med izdelavo. Med ključnimi parametri so:
- Nazivni upor. To je glavna značilnost elementa in se meri v ohmih (Ohm, kOhm, Mohm).
- Dovoljeno odstopanje kot odstotek navedenega nazivnega upora. Pomeni možno spremembo indeksa, ki jo določa tehnologija izdelave.
- Disipacija moči - največja moč, ki jo lahko upor izgubi pod dolgotrajno obremenitvijo.
- Temperaturni koeficient upora - vrednost, ki prikazuje relativno spremembo upora upora, ko se temperatura spremeni za 1 ° C.
- Omejitev delovne napetosti (električna trdnost). To je največja napetost, pri kateri del ohrani svoje navedene parametre.
- Značilnost šuma - stopnja popačenja, ki jo v signal vnese upor.
- Odpornost na vlago in temperaturo - najvišje vrednosti vlažnosti in temperature, katerih preseganje lahko povzroči okvaro dela.
- Faktor napetosti. Vrednost, ki upošteva odvisnost upora od uporabljene napetosti.
Uporaba uporov na področju ultravisokih frekvenc daje pomen dodatnim karakteristikam: parazitni kapacitivnosti in induktivnosti.
Polprevodniški upori
So polprevodniške naprave z dvema vodnikoma, ki imajo odvisnost električnega upora od parametrov okolja - temperature, svetlobe, napetosti itd. Uporabljajo se polprevodniški materiali, dopirani z nečistočami, katerih vrsta določa odvisnost prevodnosti od zunanjih vplivov. za izdelavo takih delov.
Obstajajo naslednje vrste polprevodniških uporovnih elementov:
- Linearni upor. Ta element, izdelan iz nizko legiranega materiala, ima nizko odvisnost upora od zunanjega delovanja v širokem razponu napetosti in tokov, najpogosteje se uporablja pri proizvodnji integriranih vezij.
- Varistor - element, katerega upor je odvisen od jakosti električnega polja. Ta lastnost varistorja določa njegovo področje uporabe: za stabilizacijo in regulacijo električnih parametrov naprav, za zaščito pred prenapetostjo, za druge namene.
- Termistor. Ta vrsta nelinearnih uporovnih elementov ima možnost spreminjanja upora glede na temperaturo. Obstajata dve vrsti termistorjev: termistor, katerega upor pada z naraščajočo temperaturo, in posistor, katerega upor narašča s temperaturo. Termistorji se uporabljajo tam, kjer je pomembna stalna kontrola temperaturnega procesa.
- Fotorezistor. Upornost te naprave se spremeni, ko je izpostavljena svetlobi in ni odvisna od uporabljene napetosti. V proizvodnji se uporabljata svinec in kadmij, kar je v nekaterih državah privedlo do tega, da so ti deli zaradi okoljskih razlogov postopno opuščeni. Danes so fotoupori slabši od fotodiod in fototranzistorjev, ki se uporabljajo v podobnih sklopih.
- Tenzorski upor. Ta element je zasnovan tako, da spreminja svojo odpornost glede na zunanji mehanski vpliv (deformacijo). Uporablja se v vozliščih, ki pretvarjajo mehansko delovanje v električne signale.
Za polprevodniške elemente, kot so linearni upori in varistorji, je značilna šibka stopnja odvisnosti od zunanjih dejavnikov. Pri merilnikih napetosti, termouporih in fotouporih je odvisnost karakteristik od vpliva močna.
Polprevodniški upori so na shemi intuitivno označeni.
Upor v vezju
V ruskih shemah so elementi s konstantnim uporom običajno označeni kot beli pravokotnik, včasih s črko R nad njim. V tujih shemah lahko najdete upor v obliki cik-cak simbola s podobno črko R na vrhu. Če je kateri koli parameter dela pomemben za delovanje naprave, je to običajno označeno na shemi.
Moč lahko označite s črtami na pravokotniku:
- 2W - 2 navpični pomišljaji;
- 1 W - 1 navpična črta;
- 0,5 W - 1 vrstica;
- 0,25 W - ena poševna črta;
- 0,125 W - dve poševni črti.
Moč na diagramu je sprejemljivo označiti z rimskimi številkami.
Oznaka spremenljivih uporov se odlikuje po prisotnosti dodatne črte nad pravokotnikom s puščico, ki simbolizira možnost prilagajanja, številke so lahko označene s številčenjem nožic.
Polprevodniški upori so označeni z enakim belim pravokotnikom, vendar prečrtanim s poševnico (razen za fotoupore) s črko, ki označuje vrsto krmilnega delovanja (U - za varistor, P - za upor merilnika napetosti, t - za termistor ). Fotorezistor je označen s pravokotnikom v krogu, na katerega sta usmerjeni dve puščici, ki simbolizirata svetlobo.
Parametri upora niso odvisni od frekvence tekočega toka, kar pomeni, da ta element enako deluje v tokokrogih enosmernega in izmeničnega toka (tako nizke kot visoke frekvence). Izjema so žični upori, ki so induktivni in lahko izgubljajo energijo zaradi sevanja visokih in ultravisokih frekvenc.
Odvisno od zahtev glede lastnosti električnega tokokroga lahko upore povežemo vzporedno in zaporedno. Formule za izračun skupnega upora za različne povezave tokokroga se precej razlikujejo. Pri zaporedni povezavi je skupni upor enak enostavni vsoti vrednosti elementov v vezju: R = R1 + R2 +... + Rn.
Pri vzporedni povezavi za izračun celotnega upora dodajte vrednosti inverzne vrednostim elementov. Posledica tega bo vrednost, ki je tudi inverzna skupni vrednosti: 1/R = 1/R1 + 1/R2 + ... 1/Rn.
Skupni upor vzporedno povezanih uporov bo manjši od najnižjega.
Ocene
Obstajajo standardne vrednosti upora za uporovne elemente, imenovane "serije nazivnih uporov". Pristop k ustvarjanju te vrstice temelji na naslednjem premisleku: korak med vrednostmi mora prekrivati dovoljeno vrednost odstopanja (napaka). Primer - če je nazivni upor elementa 100 ohmov in je toleranca 10 %, bo naslednja vrednost v seriji 120 ohmov. S tem korakom se izognemo nepotrebnim vrednostim, saj sosednje ocene skupaj z variacijo napake praktično pokrivajo celotno območje vrednosti med njimi.
Proizvedeni upori so združeni v serije, ki se razlikujejo po tolerancah. Vsaka serija ima svoj nazivni razpon.
Razlike med serijami so:
- E 6 - 20% toleranca;
- E 12 - 10% toleranca;
- E 24 - toleranca 5% (včasih 2%);
- E 48 - toleranca 2%;
- E 96 - toleranca 1%;
- E 192 - 0,5% toleranca (lahko 0,25%, 0,1% in manj).
Najpogostejša serija E 24 vključuje 24 stopenj odpornosti.
Označevanje
Velikost uporovnega elementa je neposredno povezana z njegovo disipacijo moči, večja je, večja je velikost dela. Medtem ko je na shemah enostavno navesti katero koli številčno vrednost, je lahko označevanje izdelkov težavno. Trend miniaturizacije v proizvodnji elektronike zahteva uporabo vedno manjših elementov, kar otežuje tako vnos podatkov na ohišje kot njihovo branje.
Za lažjo identifikacijo uporov v ruski industriji se uporablja alfanumerično označevanje. Upor je označen na naslednji način: nazivna vrednost je označena s števkami, črka pa je bodisi za števkami (pri decimalnih vrednostih) bodisi pred njimi (za stotine). Če je nazivni upor manjši od 999 ohmov, je številka zapisana brez črke (ali pa sta lahko črki R ali E). Če je vrednost določena v kOhm, se za številko postavi črka K, črka M pa ustreza vrednosti v Mohm.
ZDAupori so označeni s tremi številkami. Prvi dve nakazujeta nominalno vrednost, tretja pa število ničel (desetic), ki se dodajo vrednosti.
Pri robotizirani proizvodnji elektronskih sklopov so aplicirani simboli pogosto na strani, ki je obrnjena proti plošči, kar onemogoča branje informacij.
Barvno kodiranje
Da so informacije o parametrih dela berljive z obeh strani, se uporablja barvno kodiranje - barva se nanese v krožnih črtah. Vsaka barva ima svojo številčno vrednost. Proge na delih so nameščene bližje enemu od žebljičkov in se berejo od leve proti desni. Če barvnih oznak zaradi majhnosti dela ni mogoče premakniti na en terminal, je prvi trak dvakrat širši od ostalih trakov.
Postavke z dovoljeno napako 20% so označene s tremi vrsticami, za napako 5-10% so uporabljene 4 vrstice. Najbolj natančni upori so označeni s 5-6 vrsticami, od katerih prvi 2 ustrezata nazivni vrednosti dela. Če je pasov 4, tretji označuje decimalni množitelj za prva dva pasova, četrta vrstica pa natančnost. Če je vrstic 5, potem tretja označuje tretjo števko nominalne vrednosti, četrta označuje decimalni množitelj (število ničel), peta pa označuje natančnost. Šesta vrstica pomeni temperaturni koeficient upora (TCR).
Pri štiripasovni oznaki je zlata ali srebrna črta vedno zadnja.
Vse oznake so videti zapletene, vendar sposobnost hitrega branja oznak pride z izkušnjami.
Povezani članki:
