REZISTORY

Sú to pasívne prvky používajúce sa vo všetkých elektronických obvodoch. Ich vlastnosťou je odpor(pri ideálnom rezistore; v reálnom rezistore sa prejavuje i parazitná indukčnosť a parazitná kapacita, avšak signifikantnejšie-významnejšie sa prejavia pri vyšších frekvenciách)závisiaci od štruktúry materialu a jeho rozmerov. Prechádzajúcemu prúdu kladie odpor, t.j. znižeje jeho veľkosť(I=U/R) a súčastne jeho pretekaním vzniká na rezistore úbytok napätia vypočítateľný zo vzťahu U_r=RI.

ŠPECIÁLNE APLIKÁCIE REZISTOROV

POTENCIOMETER

je elektrická súčiastka - regulovateľný delič napätia

Vo svojej podstate ide o rezistor s pripojeným bežcom, ktorý je v kontakte s odporovou vrstvou a ktorý je vyvedený na samostatný vývod.

Delenie potenciometrov

Podľa spôsobu, akým sa dá bežcom pohybovať:

• otočné - jednootáčkové (bežne používané) alebo viacotáčkové

• posuvné (používané napr. v mixážnych pultoch)

Podľa vyhotovenia odporovej dráhy:

• drôtové (odporový drôt - pre väčšie výkonové zaťaženia)

• vrstvové (uhlíková alebo kovová vrstva)

Podľa priebehu odporu (ako sa mení odpor pri lineárnej zmene natočenia/posunutia) - nezanedbateľné rozšírenie majú však len prvé tri:
A. PLYNULE NASTAVITEĽNÉ

• lineárne(N)-používané na zmeny farby tónu (výšky –
  hĺbky), vo vstupných a výstupných deličoch napätia meracích prístrojov

• logaritmick(G)-pre reguláciu hlasitosti - vyplýva z vlastností ucha

• exponenciálne(E)-kompenzácia veľmi nelineárneho rastu napätia v obvode

  kvadratické

B. NASTAVITEĽNÉ V STUPNOCH

• odporové dekády

Zvláštne vyhotovenia

Ttrimer - potenciometer určený na jednorazové (alebo občasné) nastavenie parametrov nejakého obvodu. Zväčša sa ladí skrutkovačom.

Potenciometer s vypínačom - obsahuje spínač, ktorý spína (rozopína) v krajnej polohe natočenia bežca potenciometra. Využíva sa napríklad pri niektorých rozhlasových prijímačoch, kde nastavenie hlasitosti na nulu spôsobí vypnutie prístroja.

Potenciometer s odbočkou - má vyvedené ďalšie vývody, ktoré sú v istých bodoch pripojené k odporovej dráhe.

Tandemový potenciometer - dva potenciometre so spriahnutými bežcami. Využíva sa pri spoločnej regulácii hlasitosti oboch kanálov stereofónneho systému.

Reostat - len s dvoma vývodmi, t. j. s vyvedeným bežcom a len jedným koncom odporovej dráhy

Elektronický potenciometer - nie je súčiastkou, ale komplexným integrovaným obvodom, ktorý plní funkciu potenciometra. Regulácia sa nerobí natáčaním bežca, ale obvod je riadený cez digitálnu komunikačnú linku. Elektronický potenciometer umožňuje napr. digitálne ovládanie hlasitosti.

TERMISTOR

Termistor je pasívna elektronická súčiastka ktorej elektrický odpor je závislý od teploty. Názov pochádza z angl. thermistor, ktorý má pôvod v kombinácii slov thermal a resistor

Podľa povahy teplotnej závislosti sa termistory delia na dva druhy:

• PTC termistor (z angl. Positive Temperature Coefficient – pozitívny teplotný koeficient) alebo pozistor, ktorého odpor pri zahrievaní náhle rastie

• NTC termistor (z angl. Negative Temperature Coefficient – negatívny teplotný koeficient) alebo negastor, ktorého odpor pri zahrievaní klesá.

• CTR termistore. ktorého odpor pri zahrievaní náhle klesá.
   

Termistory sa konštrukčne líšia od odporových snímačov teploty (skr. RTD z angl. Resistance Temperature Detector), typickým reprezentantom ktorých je napr. platinový senzor PT100. Zatiaľ čo odporové snímače sú z čistého kovu, termistory sú vyrobené z keramických alebo polymérových materiálov na báze polovodičov. Sú použiteľné v užšom rozsahu teplôt než odporové snímače, v tomto rozsahu sa však vyznačujú rádovo vyššou citlivosťou na zmenu teploty, čo umožňuje ich využitie v špecifických typoch obvodov, kde nemajú priamu náhradu (pozri nižšie).

Vlastnosti

Výhody (v porovnaní s inými typmi teplotných snímačov):

• vysoká citlivosť (pri 25° až 400 Ω/°C, odporový snímač len 0,4 Ω/°C, termočlánok 40 µV/°C

• rýchla odozva na zmenu teploty

• vďaka vysokému odporu a citlivosti stačí dvojvodičové meranie (odporový snímač vyžaduje pre presné meranie 4-vodičové pripojenie, aby bolo meranie napäťového úbytku na snímači nezávislé od prívodu meracieho prúdu. Vylúči sa tak vplyv odporu prívodných vodičov.)

Nevýhody:

• výrazne nelineárna charakteristika

• obmedzený teplotný rozsah (−80 °C až 150 °C podľa typu)

• zahrievanie vplyvom priechodu meracieho prúdu

Využitie

• meranie teploty. Po vhodnej linearizácii teplotnej charakteristiky termistoru je možné jeho teplotnú závislosť využiť na relatívne presné meranie teploty pri konštrukcii teplomerov, termostatov, indikátorov určitej prahovej teploty a pod.

• stabilizácia alebo obmedzenie prúdu, tečúceho obvodom (nadprúdová ochrana). Využíva sa negatívna spätná väzba, pôsobiaca pri vlastnom ohreve PTC termistoru v dôsledku prechádzajúceho prúdu. Prúd, tečúci obvodom ohrieva termistor, ktorého odpor následne stúpa, čo pôsobí proti ďalšiemu nárastu prúdu.

• zabezpečenie plynulého nárastu prúdu obvodom po zapnutí (tzv. plynulý štart alebo plynulý nábeh, angl. soft start). Využíva sa pozitívna spätná väzba, pôsobiaca pri vlastnom ohreve NTC termistoru v dôsledku prechádzajúceho prúdu. Prúd, tečúci obvodom postupne ohrieva termistor, ktorého odpor následne klesá, čo podporuje nárast prúdu. Toto zapojenie sa v minulosti používalo napr. v žeraviacom obvode elektrónkových spotrebičov.

• priamy ohrev malého uzavretého priestoru PTC termistorom. Využíva sa negatívna spätná väzba, pôsobiaca pri vlastnom ohreve PTC termistoru v dôsledku prechádzajúceho prúdu. Pri náraste teploty termistoru vzrastie jeho odpor. Pri napájaní zo zdroja konštantného napätia to spôsobí pokles výkonu, zmareného na termistore, čo pôsobí proti ďalšiemu rastu teploty. Výsledkom je jednoduché vyhrievanie so stabilizáciou teploty vyhrievaného priestoru. Toto riešenie sa využíva na stabilizáciu pracovnej teploty obvodov (napr. kryštálové oscilátory s vyššími nárokmi na stabilitu frekvencie a pod.)

Matematický model teplotnej charakteristiky

Steinhart-Hartova rovnica

Steinhart-Hartova rovnica je aproximáciou teplotnej charakteristiky termistoru polynómom 3. rádu:

kde T je teplota v kelvinoch, R je odpor v ohkmoch, a, b, c sú Steinhart-Hartove parametre – konštanty, špecifické pre konkrétny termistor (príklad výpočtu konštánt z troch nameraných hodnôt teplota-odpor.

Po vyjadrení odporu ako funkcie teploty dostaneme:

kde

and

Chyba aproximácie Steinhart-Hartovou rovnicou môže byť menej ako 0,02°C pri meraní teploty v pracovnom rozsahu termistoru a po dôkladnej kalibrácii konštánt.

Príklad typických hodnôt konštánt pre NTC termistor s odporom 3 000 Ω pri izbovej teplote (25°C = 298,15 K):

Integrované senzory teploty

Na pohodlné, spoľahlivé a presné elektronické meranie teploty v širokom rozsahu dnes už existujú špecializované senzory vo forme integrovaných obvodov. Na meranie teploty sú často oveľa vhodnejšie než klasické diskrétne senzory (termistor, odporový snímač, termočlánok), nakoľko nevyžadujú kalibráciu ani linearizáciu charakteristiky, sú odolné, netrpia starnutím a zapojenie s nimi je v konečnom dôsledku jednoduchšie, opakovateľnejšie a často aj lacnejšie.

• analógové integrované senzory s výstupom, priamo úmerným teplote (napr. LM35 – prevodník teplota/napätie, SMT160 – prevodník teplota/strieda)

• digitálne integrované senzory, zvlášť vhodné pre priame meranie teploty počítačom alebo mikrokontrolórom (napr. DS18B20 – 12-bitový teplotný senzor s jedinečným sériovým číslom pre paralelné pripojenie na 1-vodičovú zbernicu)

FOTOREZISTOR (LDR)

Fotorezistor pasívna elektronická súčiastka, druh polovodičového fotodetektora. Jeho elektrický odpor klesá s rastúcou intenzitou dopadajúceho svetla (elektrická vodivosť rastie).

Princíp

Princíp fotorezistoru je založený na vnútornom fotoelektrickom jave . fotorezistor je vyrobený z polovodiča s vysokým elektrickým odporom. Ak fotón svetla dostatočne krátkej vlnovej dĺžky narazí do elektrónu vo valečnom pásme atómu, odovzdá mu svoju energiu. Elektrón tak získa dostatok energie na prekonanie zakázaného pásma a preskočí z valenčného pásma do vodivostného. Tým opustí svoj atóm a pohybuje sa ako voľný elektrón v priestore kryštálovej mriežky. Na jeho mieste vznikla tzv. diera – voľné miesto s kladným nábojom. Takto vzniknuté voľné elektróny a diery vedú elektrický prúd a znižujú tak elektrický odpor osvetleného fotorezistoru.

Konštrukcia

Na polovodičovú základňu (najčastejšie CdS, Si, Ge) sú z protiľahlých strán nanesené vrstvičky kovu v tvare hrabličiek, vodivo spojené s vývodmi fotorezistoru, tvoriace prechod kov – polovodič. Vplyvom osvetlenia sa mení elektrická vodivosť polovodiča medzi kovovými vrstvičkami. Na fotorezistor(napr. J13 Series Lead Sulfide Detectors) zvlášť citlivý v infračervenej oblasti(vlnová dĺžka: 1-3.5 µm), s dobrou chemickou stálosťou a rýchlou odozvou na zmenu osvetlenia sa používal sírnik olovnatý(PbS).

Vlastnosti

Odpor fotorezistoru klesá v závislosti od intenzity osvetlenia približne exponenciálne, do istej miery je ale možné túto závislosť linearizovať.

V závislosti od použitého materiálu je možné fotorezistorom detegovať široké spektrum vlnových dĺžok – od infračerveného žiarenia, cez viditeľné svetlo až po ultrafialové žiarenie.

Výhody voči iným fotocitlivým súčiastkam:

• dostatočná citlivosť (bežný CdS fotorezistor má v tme odpor rádu jednotiek MΩ, pri plnom osvetlení klesne na rádovo stovky Ω)

• nízke výrobné náklady

• jednoduché použitie v el. obvodoch

• možnosť použitia v obvodoch jednosmerného aj striedavého prúdu

Nevýhody voči iným fotocitlivým súčiastkam:

• pomalá odozva na zmenu intenzity osvetlenia (nie je použiteľný napr. na prenos dát)

• veľká tepelná závislosť odporu

• fotorezistory v prevádzke starnú

Použitie

Fotorezistory majú široké využitie pri meraní a regulácii v závislosti od intenzity osvetlenia, napr. v expozimertoch kamier a fotoaparátov, súmrakových spínačoch osvetlenia, regulátoroch jasu displejov a pod.

Využívajú sa tiež v obvodoch spätnej väzby v kompresorovej dynamiky, kde v kombinácii s malou osvetľovacou žiarovkou prípadne LED znižujú zisk zosiľnovača v závislosti od intenzity signálu.

VARISTOR (VDR)

Varistor je nelineárny odporový jednobran.

Varistor je symetrická nelineárna polovodičová súčiastka vyrábaná z polykryštalického materiálu. Pri zväčšovaní napätia medzi jeho vývodmi narastá prúd najprv pomaly a takmer lineárne. Odpor súčiastky je veľký a skoro konštantný. Ak však napätie dosiahne určitú hodnotu Un, ktorá podľa varistora je niekoľko desiatok V, prudko poklesne jeho dynamický vnutorný odpor. Ďalšie malé zväčšenia napätia vyvolá veľký vzrast prúdu. Varistory sa používajú na stabilizáciu jednosmerného napätia, ako ochrana proti prepätiu a pod.

Jeho voltampérová charakteristika je krivka, symetrická podľa začiatku s charakteristickým priebehom, znázorneným na obrazku. Charakteristika sa vyznačuje približne lineárnym úsekom okolo začiatku, potom však pri určitom, dostatočne velkom napätí dochádza k prudkému vzrastu prúdu. Pokým sa neprekročí dovolený stratový výkon varistora, nenastanú nezvratné zmeny.

Pracovná oblasť varistora je obmedzená kolenom charakteristiky (bod A) a dovoleným stratovým výkonom (bod B). V tejto časti sa voltampérová charakteristika vyznačuje malým diferenciálnym odporom.

Voltampérovú charakteristiku varistora možno približne vyjadriť charakteristickou funkciou v tvare.

Hodnota súčiniteľa C sa pohybuje v rozsahu 102 až 105 a závisí predovšetkým od rozmerov varistora. Mocnitel b sa nazýva činitel nelinearity; závisí od materiálu a použitej technológie a jeho velkosť je v rozsahu 0,15 až 0,50. Pre každý typ varistora uvádza výrobca obidve čísla v katalógu ako charakteristické údaje.

Stabilizácia napätia, ochrana proti prepätiu, a na regulačné účely v obvodoch jednosmerného prúdu a striedavého prúdu technických frekvencii.
 

TENZOMETRE

Tenzometre sú rezistory, ktorých odpor závisí od tlaku, ťahu, krutu. Používajú sa hlavne
v automatizačnej technike

REZISTOROVÉ POLIA

e vlastne súbor rezistorov s rovnako veľkou hodnotou odporu
R v jednom púzdre. Môžu mať spoločný jeden vývod a jeden samostatný (pre každý ďalší vývod sa
hodnota odporu rezistora zväčší o hodnotu R), alebo každý rezistor má dva samostatné vývody. Tieto rezistory majú široké uplatnenie vo výpočtovej technike, pri regulácii prúdov v obvodoch so svetlo emitujúcimi diódami LED a pod.

PARAMETRE REZISTOROV

Menovitá hodnota (MH) - označená na povrchu výrobcom
Skutočná hodnota (SH) - meraním
Tolerancia (T) - T=MH-SH [%]
Zaťažitelnosť - menovitý výkon, na ktorý môžeme zaťažiť rezistor, ktorý sa zahreje na maximálnu dovolenú teplotu; P=U*I [W]

STABILITA- zmeny odporu vzhľadom na pôsobiace činitele
a. zmeny odporu s napätím: Kn=((R2-R1)/R1∙(U1-U2))∙100

b.zmeny odporu s teplotou:

Elektrická pevnosť je daná vlastnosťami izolačnej povrchovej vrstvy rezistora, ktorá musí vydržať najmenej dvojnásobok maximálneho prípustného napätia, ktoré sa stanovuje pre každý rezistor zvlášť. Uhlíkové 150 – 800V, metalizované 50 – 1500V, drôtové 50 – 2800V

MEDZNÁ FREKVENCIA:
a.Drôtový rezistor f_m=R/(2Lп)
b. vrstvový rezistor f_m=R/(2LCп)

ŠUM REZISTORA:

a. Tepelný šum-tepelný pohyb nosičov prúdu  prejavujúci sa vo všetkých reálnych rezistoroch. Kvantitatívne vieme v tomto prípade vyjadriť šumové vlastnosti rezistora v μV/V ako pomer ich šumového napätia UT k privádzanému vonkajšiemu napätiu U.

Typické hodnoty: uhlíkové 0,5 μV/V
metalizované 0,02 μV/V
b. Prúdový šum-vyskytuje vo vrstvových a objemových rezistoroch. Prúdový šum sa prejavuje prevažne v oblasti nízkych frekvencií, pričom rezistory pre nižšie elektrické zaťaženie majú väčší prúdový šum, ako rezistory väčšie.