Tudástár: Ellenállás I.

A legegyszerűbb áramköri alkatrész, amivel aránylag sokat fogunk foglalkozni. Próbálom a kezdők számára is minél egyszerűbben és érthetően leírni a témát, talán hosszú lesz, de remélhetőleg érthető. :)

I. rész

Az első dolog, amit tisztázni kéne maga az elektromos áram.

A töltéssel rendelkező részecskék áramlását nevezzük elektromos áramnak. A részecskék áramlása alapján beszélhetünk egyen- vagy váltakozó áramról.

Az áramerősség megadja a vezetőn egységnyi idő alatt áthaladó töltésmennyiséget, ha így még nem hallottál róla, akkor még az Amper szócska ismerős lehet, amely ennek a töltésáramlásnak a mértékegysége. Az áram mértékegysége Amper (A), amelynek jele I.

Egyenáram esetén az áramforrásnak 2 pólusa van ( negatív és pozitív ).

Váltakozó áram esetén az áramot létrehozó feszültség periodikusán váltakozik, és még lehetne hosszasan írni, de ezzel most nem foglalkozunk.

Ellenállásoknál figyelembe kell venni az áram hőhatását. Joule törvénye kimondja, hogy az ellenálláson folyó áram hőt termel. ( P=I^2*R )

A második dolog, az elektromos feszültség.

Feszültségnek nevezzük azt, hogy mennyi munkát végez az elektromos mező egységnyi töltésen, amíg az egyik pontból a másikba ér. Egy kijelölt ponthoz képest mért feszültséget potenciálnak nevezzük.A feszültség mértékegysége Volt ( V ), amelynek jele U.

Térjünk a lényegre.

Az elektromos ellenállás az anyag azon tulajdonsága, hogy az áram folyását gátolja, és az I²×R villamos teljesítményt hővé alakítja. Az egyenáramú ellenállás azért keletkezik, mert a töltést hordozó részecskék ütköznek az adott anyag atomjaival ( forrás: wikipedia )

Az ellenállás jele R (resistor), mértékegysége ohm (Ω).

Az ellenállás egyszerűen a következő képletekkel lehet számítani:

(U a feszültség, P az elektromos teljesítmény, az I az elektromos áram jele)

Az ellenállás szerepe egy áramkörben lehet áramerősség korlátozása, feszültségosztó ( később kerül kitárgyalásra ), fűtés és még rengeteg dologban szerepe van ( szűrők, oszcillátorok stb.. ).

Rengeteg fajtája létezik különböző teljesítményekre és felhasználási területekre.

Léteznek állandó értékű ellenállások ( huzal, réteg, fém-oxid ), változó értékű ( fényre változó, hőre változó NTC/PTC ), változtatható értékű ( potenciométerek ).

Mi ideális, azaz állandó értékű ellenállásokkal fogunk egyenlőre foglalkozni.

Mielőtt belevágunk a gyakorlati példákba még ismerkedjünk meg az ellenállások rajzjeleivel.

Baloldali az amerikai jelölés, jobboldali az európai

A szimbólumok feletti R1 annyit jelent, hogy R-resistor azaz ellenállás, és az utána lévő szám pedig a sorszáma a kapcsolásban. Az alatta lévő felirat az ellenállás értéke ( példa esetben kΩ, azaz R1=1*1000Ω )

Ellenállások soros és párhuzamos kapcsolása:

Eredő ellenállás számítása soros kapcsolás esetében egyszerű, csupán az ellenállás értékek összegét kell vennünk.

Párhuzamos kapcsolás esetében sajnos nem ilyen egyszerű a helyzet, itt már ajánlott bevezetni a replusz műveletet, amellyel számítható az eredő ellenállás.

Gyakorlati példák előtt pár nagyon hasznos képet megosztanék veletek, amelyek rengeteg segítséget tudnak adni kezdőként alap dolgok megoldásában.

Alap dolgokban talán ez a kis ábra a leghasznosabb. Kezdetekben bőven elég is, ha ezt a három dolgot ( U - feszültség, I - Áram, R - ellenállás ) tudjuk számolni. 

Jobb oldali kép szemlélteti a használatát.

Ennek a körnek a segítségével már szinte mindent tudunk mindenből számolni

Szabványos ellenállás értékek, tűrések és prefixumok:

Prefixumok:
A gyakorlatban az egyszerűség kedvéért ezerszeres léptékeket különböző prefixumokkal jelöljük.
Például 1 000 000Ω-ot sokkal egyszerűbb leírni 1MΩ-ként, vagy a 0,001Ω-ot 1mΩ-ként.
Számításoknál az alapegységgel számolunk, és itt  sok esetben átláthatóbb a számítást, ha 10 hatványaival adjuk meg a nagyságrendeket. (pl: 10^3 = 1000 ( tíz a harmadikon ).

Szabványos értékek:
Tervezéskor gyakran olyan értékű ellenállásokat kapunk, amelyek nem megvásárolhatóak. Legtöbb esetben elegendő, ha egy közelítő értéket használunk, ennek az értéknek a megtalálásában segít a következő táblázat.
Az ellenállások értékéhez tartozik egy tűrés is, amely annyit jelent, hogy a megvásárolt ellenállás hány %-ban térhet el a ráírt értéktől.

E6: 20%-os    E12: 10%-os     E24: 5%-os     E48: 2%-os     E96: 1%-os     E192: 0,5, 0,25, 0,1%-os

Kis jelmagyarázat, hogy biztos érthető legyen

1R00 annyit jelent, hogy 1,00Ω. A betű a tizedes vessző helyén áll, és a betű a szorzót ( nagyságrendet ) jelenti. R=1 K=1000 M=1 000 000
1K20 = 1200Ω = 1,2kΩ
1M80 = 1 800 000Ω = 1,8MΩ
0M1 = 100 000Ω = 100kΩ

0k27 = 270Ω

Tűrések betűjelei:
M = ±20%
K = ±10%
J = ±5%
G = ±2%
F = ±1%
D = ±0,5%

Az értékek egy dekádon belülre értetendők, azaz a kívánt értékhez meg kell szorozni 10 megfelelő hatványával! ( dekád: tízes nagyságrendek. 1-10 10-100 100-1000 1000-10 000 és így tovább )

Például az E12-es sor értékei 1-10k között
.

10^0       1R00      1R20      1R50      1R80      2R20      2R70      3R30      3R90      

                  4R70      5R60      6R80      8R20

10^1       10R0      12R0      15R0      18R0      22R0      27R0      33R0      39R0      

                  47R0      56R0      68R0      82R0

10^2       100R0      120R0      150R0      180R0      220R0      270R0      330R0      390R0      

                  470R0      560R0      680R0      820R0

10^3       1K00      1K20      1K50      1K80      2K20      2K70      3K30      3K90      

                  4K70      5K60      6K80      8K20

Szabványos ellenállás értékek E sorai:

E6 20%
1.00      1.50      2.20      3.30      4.70      6.80

E12 10%
1.00      1.20      1.50      1.80      2.20      2.70      3.30      3.90 4.70      5.60      6.80      8.20

E24 5%
1.00      1.10      1.20      1.30      1.50      1.60      1.80      2.00
2.20      2.40      2.70      3.00      3.30      3.60      3.90      4.30
4.70      5.10      5.60      6.20      6.80      7.50      8.20      9.10

E48 2%
1.00      1.05      1.10      1.15      1.21      1.27      1.33      1.40
1.47      1.54      1.62      1.69      1.78      1.87      1.96      2.05
2.15      2.26      2.37      2.49      2.61      2.74      2.87      3.01
3.16      3.32      3.48      3.65      3.83      4.02      4.22      4.42
4.64      4.87      5.11      5.36      5.62      5.90      6.19      6.49
6.81      7.15      7.50      7.87      8.25      8.66      9.09      9.53

E96 1%
1.00      1.02      1.05      1.07      1.10      1.13      1.15      1.18
1.21      1.24      1.27      1.30      1.33      1.37      1.40      1.43
1.47      1.50      1.54      1.58      1.62      1.65      1.69      1.74
1.78      1.82      1.87      1.91      1.96      2.00      2.05      2.10
2.15      2.21      2.26      2.32      2.37      2.43      2.49      2.55
2.61      2.67      2.74      2.80      2.87      2.94      3.01      3.09
3.16      3.24      3.32      3.40      3.48      3.57      3.65      3.74
3.83      3.92      4.02      4.12      4.22      4.32      4.42      4.53
4.64      4.75      4.87      4.99      5.11      5.23      5.36      5.49
5.62      5.76      5.90      6.04      6.19      6.34      6.49      6.65
6.81      6.98      7.15      7.32      7.50      7.68      7.87      8.06
8.25      8.45      8.66      8.87      9.09      9.31      9.53      9.76

E192 0,5-0,1%
1.00      1.01      1.02      1.04      1.05      1.06      1.07      1.09
1.10      1.11      1.13      1.14      1.15      1.17      1.18      1.20
1.21      1.23      1.24      1.26      1.27      1.29      1.30      1.32
1.33      1.35      1.37      1.38      1.40      1.42      1.43      1.45
1.47      1.49      1.50      1.52      1.54      1.56      1.58      1.60
1.62      1.64      1.65      1.67      1.69      1.72      1.74      1.76
1.78      1.80      1.82      1.84      1.87      1.89      1.91      1.93
1.96      1.98      2.00      2.03      2.05      2.08      2.10      2.13
2.15      2.18      2.21      2.23      2.26      2.29      2.32      2.34
2.37      2.40      2.43      2.46      2.49      2.52      2.55      2.58
2.61      2.64      2.67      2.71      2.74      2.77      2.80      2.84
2.87      2.91      2.94      2.98      3.01      3.05      3.09      3.12
3.16      3.20      3.24      3.28      3.32      3.36      3.40      3.44
3.48      3.52      3.57      3.61      3.65      3.70      3.74      3.79
3.83      3.88      3.92      3.97      4.02      4.07      4.12      4.17
4.22      4.27      4.32      4.37      4.42      4.48      4.53      4.59
4.64      4.70      4.75      4.81      4.87      4.93      4.99      5.05
5.11      5.17      5.23      5.30      5.36      5.42      5.49      5.56
5.62      5.69      5.76      5.83      5.90      5.97      6.04      6.12
6.19      6.26      6.34      6.42      6.49      6.57      6.65      6.73
6.81      6.90      6.98      7.06      7.15      7.23      7.32      7.41
7.50      7.59      7.68      7.77      7.87      7.96      8.06      8.16
8.25      8.35      8.45      8.56      8.66      8.76      8.87      8.98
9.09      9.19      9.31      9.42      9.53      9.65      9.76      9.88

Szín- és számkódok:
Gyakorlatban a normál méretű ( 0,25-5W ) legtöbb esetben színes gyűrűkkel jelölik az ellenállások értét és tűrését. Sokan gondolják ilyenkor, hogy miért van erre szükség, mikor multiméterrel is ki lehet mérni. Építés közben nagyon is sokat számítani, ha egy ellenállást keresünk, akkor csak rá kell néznünk és tudjuk, hogy nekünk megfelelő értékű vagy nem.

4 gyűrűs ellenálláshoz való táblázat.

Elsőre kicsit érthetetlennek tűnhet, pedig nagyon is egyszerű. Az első két oszloppal ( First/Second digit ) megkapjuk az alapszámot, amit a harmadik oszlopban lévő ( Multipler ) számmal szorozni kell, és kész is. Az utolsó gyűrű a tűrést adja meg. A legtöbb ellenálláson látszik, hogy a 4. gyűrű kicsit távolabb kerül a többitől.

Pár példa:

 Első ellenállás:
1. gyűrű: sárga --> 4
2. gyűrű: kék   --> 6
3. gyűrű: narancs --> 3
4. gyűrű: arany --> 5%

Az ellenállás értéke: 46*10^3 = 46kΩ 5% ( nem szabványos )

Második ellenállás:
1. gyűrű: barna --> 1
2. gyűrű: fekete   --> 0
3. gyűrű: zöld --> 5
4. gyűrű: arany --> 5%
Az ellenállás értéke: 10*10^5 = 1MΩ 5% ( szabványos érték )

Harmadik ellenállás:
1. gyűrű: barna --> 1
2. gyűrű: fekete   --> 0
3. gyűrű: narancs --> 3
4. gyűrű: arany --> 5%
Az ellenállás értéke: 10*10^3 = 10kΩ 5% (szabványos )

5 gyűrűs ellenálláshoz való táblázat

Ettől sem kell megijedni, csupán annyi a különbség, hogy itt az alapszám nem 2, hanem 3 tagból áll ( első, második és harmadik oszlop )

1. ellenállás:
1. gyűrű: barna --> 1
2. gyűrű: fekete --> 0
3. gyűrű: fekete --> 0
4. gyűrű: piros --> 2
5. gyűrű: barna --> 1%
Az ellenállás értéke: 100*10^2 = 10kΩ 1%

2. ellenállás:
1. gyűrű: sárga --> 4
2. gyűrű: lila   --> 7
3. gyűrű: fekete --> 0
4. gyűrű: narancs --> 3
5. gyűrű: barna --> 1%
Az ellenállás értéke: 470*10^3 = 470kΩ 1%

Számkódok:

Leginkább SMD alkatrészek esetében használják.
3 digites jelölés esetében az első két szám az alapszám a harmadik szám a szorzó.

A képen látható:
203 kód = 20*10^3 = 20kΩ

680 kód = 68*10^0 = 68Ω

4 digites jelölés esetén is csak annyiban változik, hogy az alapszám 3 számból fog állni.
A képen látható

1500 kód = 150*10^0 = 150Ω

5621 kód = 562*10^1 = 5,62kΩ

Számítási példák:

I. Példa

Van egy 12V-os feszültség forrásunk ( Ut ), amire rákötünk egy 47Ω-os ellenállást. Mekkora áram fog folyni az ellenálláson ( I ) ? Mekkora teljesítmény fog hővé alakulni ( PR )?

Egyszerű számítás alapján látszik, hogy 5W-os ellenállás már ajánlott.

A tartalmak szabadon másolhatóak, terjeszthetőek, megjeleníthetőek és előadhatóak, készülhet rájuk építve új alkotás, mindaddig, amíg az eredeti szerző neve feltüntetésre kerül, kereskedelmi forgalomba nem hozható! @elektrobarlang