Do czego służą rezystory (inaczej oporniki)?

Najprościej rzecz ujmując, rolą rezystora jest ograniczenie prądu płynącego w obwodzie, w którym występuje niezmieniające się napięcie. Najczęściej używane rezystory są lekko wklęsłymi „walcami”, z których osiowo wystają dwa wyprowadzenia. Na schematach ideowych rezystory przedstawia się jako prostokąty z dwoma wyprowadzeniami.

Im większa rezystancja opornika, tym mniejszy prąd może popłynąć w układzie. Dobrze demonstruje to poniższy humorystyczny obrazek:

Jak należy go interpretować? Im większe (tutaj „silniejsze”) napięcie, tym prąd płynie w obwodzie szybciej. Na płynący prąd duży wpływ ma jednak opór panujący w obwodzie. Im jest on większy (im stworek mocniej zaciska pętlę), tym mniej prądu może przepłynąć. Już teraz można wyciągnąć stąd ciekawy wniosek, że jeśli chcielibyśmy, aby w układzie płynął większy prąd, to możemy obniżyć opór lub zwiększyć napięcie. Do tego tematu jeszcze wrócimy – zapamiętaj ten obrazek!

Rezystor - skrót wideo »

Jak działa rezystor?

Wiele osób ma dość duży problem ze zrozumieniem istoty rezystorów. Bierze się to chyba ze sposobu, w jaki tłumaczy im się działanie tego elementu. Jeśli zapytacie kogoś, co robi dioda, to usłyszycie, że świeci. Co robi silnik? Kręci się. A co robi rezystor? Ogranicza prąd...

Świetnie, że ogranicza prąd, ale to nie jest zbyt intuicyjne w zrozumieniu. Lepszą odpowiedzią na pytanie „Co robi rezystor?” byłoby raczej: „Grzeje się”. Rezystor nie ma żadnej magicznej zdolności zmniejszania prądu płynącego w obwodzie – on musi coś robić z tym nadmiarem energii. W praktyce przekształca energię elektryczną na energię cieplną.

Czasami taki rezystor musi wziąć na siebie większą, a czasami mniejszą ilość energii, dlatego rezystory mają różne rozmiary obudów – dostosowane do mocy, jakie można na nich wytracić.

Parametry rezystora

Rezystory opisywane są za pomocą dwóch parametrów: rezystancja oraz moc strat. Teraz kluczowy będzie dla nas tylko ten pierwszy. Rezystancja jest na ogół podawana w formie zakodowanej, z użyciem kolorowych pasków lub kodowych nadruków (w przypadku małych elementów). Oprócz tego producenci deklarują tolerancję rezystorów – standardowo 5%, niekiedy 1%. Oznacza to, że producent zapewnia, że opór danego rezystora to np. 1 kΩ +/- 5%. Czyli rezystor może mieć 950–1050 Ω.

Im mniejsza tolerancja, tym rzeczywista wartość zakupionego opornika będzie bardziej odpowiadała temu, co jest zakodowane na jego obudowie, za to element ten będzie droższy. W przeważającej większości przypadków tolerancja wynosząca 5% jest absolutnie wystarczająca.

Dopuszczalna moc strat jest wyrażana w watach [W] i oznacza moc prądu elektrycznego, jaką można wydzielić na danym rezystorze bez obawy o jego uszkodzenie. Im większa moc, tym większe gabaryty rezystora, a co za tym idzie – również cena.

Mocą nie musisz się w tej chwili zupełnie przejmować. Zapomnij o niej i idź dalej. Jeśli chcesz, to możesz zapoznać się dokładniej z tym tematem, bo przygotowaliśmy dodatkowy artykuł tylko o tym zagadnieniu. Wyjątkowo nie musisz się z nim teraz zaznajamiać (nawet nie powinieneś) – wrócimy do niego później. Pamiętaj jednak, że taki artykuł istnieje i nie musisz się obawiać, że zrozumienie mocy będzie trudne.

Kod paskowy rezystorów – jak odczytać wartość?

W celu odczytania parametrów zakodowanych kolorowymi paskami na rezystorze musimy skorzystać z odpowiedniej tabelki. Znajdziesz ją w materiałach dodatkowych do kursu (do ściągnięcia po rejestracji naszego zestawu), jest ona również częścią naszych kieszonkowych ściąg z podstaw elektroniki.

Jak wykorzystać ją w praktyce? Weźmy dla przykładu jeden z rezystorów będących częścią zestawu. Znajdź taki sam rezystor i też sprawdzaj wszystko u siebie. Wybierając rezystor, upewnij się, że ma te same kolory pasków:

Kolory pasków: brązowy, czarny, pomarańczowy, złoty. Spoglądamy w tabelkę i odczytujemy kolejne informacje. Pasek brązowy na pierwszej pozycji oznacza wartość 1, pasek czarny na drugiej pozycji to 0, pasek pomarańczowy na trzeciej pozycji – ×1 kΩ, pasek złoty na końcu – 5%.

Czyli mamy: 1 0 ×1 kΩ 5%. Jak należy to zinterpretować? Na początku otrzymaliśmy 10, które mnożymy przez podaną wartość, otrzymujemy więc 10 kΩ. Dalej sprawa jest już oczywista: 5% oznacza tolerancję. Odpowiedź: badany rezystor to 10 kΩ, tolerancja 5%.

Pora na kolejny przykład: bierzemy następny rezystor z zestawu:

Odczytujemy kolory: złoty, brązowy, czarny, brązowy. No to sprawdzamy kolejno wartości. Pasek złoty na miejscu pierwszym to – spoglądamy do tabelki – nic... Hm, nie ma żadnej wartości...

Wybrakowana tabelka? Błąd producenta? Zdecydowanie jest to błąd, ale nasz. Trzymamy rezystor odwrotnie. Oczywiście, jeśli chodzi o działanie rezystora, sposób jego ułożenia nie ma znaczenia, jednak teraz, gdy chcemy odczytać wartość, jest to dla nas mylące.

Odwracamy rezystor o 180 stopni i próbujemy jeszcze raz:

Teraz pójdzie już z górki. Odczytujemy wartości: brązowy, czarny, brązowy, złoty. Otrzymujemy:

1 0 ×10 Ω 5%, czyli nasz rezystor to 100 Ω, tolerancja 5%.

Pomiar oporu rezystora miernikiem

W poprzedniej części kursu mierzyliśmy już opór naszego ciała. Teraz pora wykorzystać te umiejętności w bardziej praktyczny sposób. Ustaw miernik na odpowiedni zakres i sprawdź, jakie wartości pokaże miernik dla obu rezystorów. Nóżki rezystora zagnij tak, aby trzymały się sond miernika, lub połóż opornik na stole i dociśnij nóżki sondami do podłoża (jeśli blat nie będzie przewodził prądu, to pomiar będzie poprawny).

Poniżej pomiar rezystora 10 k, więc opór mierzymy na zakresie 20 k. Przy pomiarze oporu nie ma czegoś takiego jak biegunowość, nie ma zatem różnicy, do których wyprowadzeń przyłożymy sondy:

Odczytana wartość to 9,56 kΩ, więc rezystor, jak widać, mieści się w zakresie tolerancji producenta. Teraz wykonaj analogiczny pomiar dla rezystora 100 Ω. Pomiaru najlepiej dokonać na zakresie do 200 Ω. Podziel się w komentarzu swoimi wynikami – daj znać, czy wszystko przebiegło bez problemów!

Łączenie rezystorów

Rezystory są elementami, które mają dwa zaciski, a kierunek przepływu prądu jest im obojętny, zatem można je ze sobą dowolnie łączyć. Najczęściej rezystory łączy się równolegle lub szeregowo. Dzięki temu można uzyskać np. rezystor o wartości, której nie mamy pod ręką, a nawet takiej, której nie ma w typoszeregu. Umiejętność ta jest więc bardzo przydatna w praktyce!

Połączenie szeregowe rezystorów

W połączeniu szeregowym łączymy jeden rezystor z drugim tylko za pomocą jednego wyprowadzenia. Taki typ połączenia widoczny jest na poniższym schemacie. Mamy tutaj dwa rezystory: R1 oraz R2, które zostały połączone szeregowo.

W przypadku połączenia szeregowego rezystorów ich opory się sumują. Warto więc zapamiętać, że takie zestawienie rezystorów zawsze da nam „nowy rezystor”, którego wartość oporu będzie większa od rezystancji największego z użytych oporów.

Dla przykładu weźmy dwa rezystory: R1 = 330 Ω i R2 = 1 kΩ. Obliczmy, jaka będzie ich wypadkowa wartość przy połączeniu szeregowym. Na początek ujednolicenie jednostek – 1 kΩ = 1000 Ω, dodajemy zatem wartości w omach:

R = 330 Ω + 1000 Ω = 1330 Ω = 1,33 kΩ

Łącząc dwa rezystory, powinniśmy uzyskać więc połączenie o oporze zastępczym równym 1,33 kΩ. Za chwilę sprawdzimy to w praktyce.

Połączenie równoległe rezystorów

W połączeniu równoległym rezystorów łączymy ze sobą oba wyprowadzenia elementów, tak jak jest to pokazane poniżej. Mamy tutaj dwa rezystory, R1 oraz R2, które zostały połączone równolegle.

W tym przypadku opory się nie sumują, wzór jest trochę bardziej rozbudowany. Warto zapamiętać, że przy takim połączeniu uzyskamy opór zastępczy mniejszy od oporu stawianego przez najmniejszy z użytych rezystorów. Warto o tym pamiętać, aby móc szacować w pamięci wartość oporu zastępczego.

Dla przykładu weźmy wcześniej użyte rezystory: R1 = 330 Ω i R2 = 1 kΩ. Obliczmy, jaka będzie wartość oporu przy połączeniu równoległym. Zaczynamy od sprowadzenia wartości do tej samej jednostki – tym razem zamieńmy 330 Ω na 0,33 kΩ.

R = (0,33 kΩ * 1 kΩ) / (0,33 kΩ + 1 kΩ) = 0,33 kΩ / 1,33 kΩ = ~0,25 kΩ 

Jak widać, faktycznie z obliczeń wychodzi, że łącząc w sposób równoległy rezystory 330 Ω oraz 1 kΩ, uzyskamy wartość mniejszą od najmniejszego z użytych rezystorów (0,25 kΩ < 0,33 kΩ).

Łączenie rezystorów w praktyce

Pora na sprawdzenie tego w praktyce. W tym celu oprócz rezystorów wykorzystamy płytkę stykową, która ułatwia testowanie układów elektronicznych bez konieczności lutowania. W jej wnętrzu znajdują się blaszki, które pozwalają na łączenie wetkniętych elementów.

Płytki stykowe - skrót wideo »

Schemat wewnętrznych połączeń płytki używanej w kursie jest bardzo prosty. Na całej długości płytki znajdują się linie, które przeważnie służą do rozprowadzania zasilania (oznaczone plusem i minusem). Na środku płytki mamy dwie kolumny blaszek, a w każdej z nich jest miejsce na wetknięcie 5 nóżek elementów. Wszystkie nóżki wetknięte w tę samą blaszkę będą ze sobą połączone. 

Pomarańczowe linie na ilustracji oznaczają połączenie. Jeśli przez jakieś punkty nie przechodzi taka linia, to znaczy, że punkty te są od siebie odizolowane. Więcej na temat płytek stykowych, ich konstrukcji oraz sposobu wykorzystywania ich do budowy urządzeń elektronicznych znajdziesz tutaj:

Połączenie szeregowe w praktyce

Połączmy teraz szeregowo dwa rezystory (330 Ω oraz 1 kΩ). Poniżej widoczny jest przykład takiego układu w praktyce. Nie musisz wkładać elementów dokładnie w te same dziurki, wystarczy, że mając w głowie powyższy schemat płytki stykowej, połączysz szeregowo dwa rezystory.

Poniżej specjalnie pokazane są inne połączenia rezystorów (korzystające z różnych otworów):

Po wykonaniu połączenia przykładamy sondy do skrajnych nóżek układu i mierzymy opór takiego połączenia. Oczywiście pamiętamy o ustawieniu pokrętła w mierniku na tryb pomiaru oporu i wybieramy odpowiedni zakres (rozsądnym wyborem będzie tutaj 2000 lub 20 k). W tym przypadku miernik wskazał 1,32 kΩ, czyli wartość ta zgadza się z naszymi obliczeniami (jest w granicach tolerancji).

Połączenie równoległe w praktyce

Teraz pora na połączenie równoległe tych samych rezystorów, co jest właściwie jeszcze łatwiejsze. Przykład połączenia widoczny jest poniżej. Jak widać, tym razem pomiar nie odbiegał nam nawet od wartości, która wyszła wcześniej z obliczeń.

Nie szkodzi, że przy pomiarze tego połączenia sondami dotykamy nóżek tylko jednego rezystora. Prąd i tak, dzięki blaszkom w płytce stykowej, przepływa przez cały układ.

Podsumowanie

Nawet jeśli jeszcze nie rozumiesz, co naprawdę dają rezystory, to idź dalej – wszystko nabierze sensu w kolejnej części kursu, w której wykorzystamy je do ograniczenia prądu płynącego w obwodzie. W razie problemów śmiało pytaj w komentarzach. Będzie nam również bardzo miło, jeśli podzielisz się wynikami swoich eksperymentów i napiszesz, czy wszystko przebiegło bez problemów!

W ramach zadania domowego warto poćwiczyć odczytywanie wartości rezystorów na podstawie kodu paskowego oraz dobieranie „zastępczych” rezystorów, łącząc szeregowo i równolegle kilka oporników. Możesz np. sprawdzić też, co stanie się, gdy połączysz po trzy rezystory. Pamiętaj, że w nauce elektroniki najważniejsza jest praktyka – sprawdzaj samodzielnie nawet najprostsze układy.

Aktualna wersja kursu: Damian Szymański, ilustracje: Piotr Adamczyk. Pierwsza wersja: Michał Kurzela. Schematy montażowe zostały wykonane przy częściowym wykorzystaniu oprogramowania Fritzing (oraz własnych bibliotek elementów). Zakaz kopiowania treści kursów oraz grafik bez zgody FORBOT.pl

Data ostatniego sprawdzenia lub aktualizacji tego wpisu: 14.08.2024.

kursElektroniki, miernik, multimetr, napięcie, opór, prąd, rezystor, rezystory