Jak wiele zależy od rezystora?

[KopalniaWiedzy.pl 358]

Rezystory – najprostsze spośród najprostszych elementów elektronicznych. Przeznaczone jedynie do wprowadzania pewnej (ściśle określonej) oporności do obwodów elektronicznych, często stanowią prawdziwą zmorę dla studentów i uczniów szkół elektronicznych, gdzie właśnie z pomocą oporników budowane są złożone schematy mające nauczyć przyszłych elektroników podstawowych zasad teorii obwodów. Czy warto w ogóle przykładać wagę do tych niepozornych i niedrogich elementów? Jakie parametry charakteryzują je – oczywiście oprócz samej rezystancji?

Rezystory z bliska, czyli co nieco o parametrach technicznych

Sama rezystancja nominalna to oczywiście dopiero początek opisu właściwości rezystora. Równie ważna jest procentowo wyrażana tolerancja, czyli zadeklarowana przez producenta, dopuszczalna odchyłka od tej idealnej wartości – zwykle rezystory mają tolerancję rzędu 5% lub 1%, takie właśnie znajdziesz (pojedynczo, jak i w zestawach) w ofercie sklepu internetowego: https://sklep.avt.pl/. Niedokładność jest nieunikniona choćby ze względu na fakt, że nie powstał (i najprawdopodobniej nigdy nie powstanie) proces produkcyjny, zdolny do wytwarzania produktów identycznych – ważne, aby do danego miejsca układu elektronicznego wybrać rezystor, którego tolerancja nie będzie zakłócała pracy urządzenia w różnych warunkach. A wszystko, co dzieje się w otoczeniu płytki drukowanej, ma istotne znaczenie – bowiem wraz z temperaturą zmienia się wartość oporności rezystora (taka prawidłowość wynika ze zjawisk na poziomie struktury krystalicznej metalu, grafitu i innych przewodników). Na szczęście, także ta wielkość jest opisywana przez producentów – uczciwie podają oni tzw. temperaturowy współczynnik rezystancji, określany angielskim skrótem TCR.

Moc strat, czyli jak stracić możliwie jak najwięcej

Innym istotnym parametrem jest moc maksymalna, zwana też mocą strat lub dopuszczalną mocą strat. Mówiąc o stratach mamy na myśli moc (energię), która „ucieka” (jest tracona) do otoczenia rezystora w postaci ciepła. Dróg tej „ucieczki” jest kilka – promieniowanie cieplne, konwekcja oraz przewodzenie – głównie poprzez metalowe wyprowadzenia rezystora, a dalej: luty (cynę), pady lutownicze i podłączone do nich ścieżki. O ile odpowiednimi, mniej lub bardziej zaawansowanymi zabiegami projektowymi na poziomie PCB można w pewnym stopniu „pomagać” rezystorowi w odprowadzeniu ciepła, to jednak w żadnym wypadku nie należy przekraczać mocy podanej przez producenta. Można ją zresztą łatwo obliczyć, przyjmując maksymalną wartość spadku napięcia na rezystorze i korzystając ze wzoru na moc: P [W] = U [V]2/R[Ω]. Można też wykonać analogiczne obliczenie dla maksymalnego natężenia prądu: P [W] = I [A]2 * R[Ω]. Podobnie, jak w każdej innej sytuacji projektowej, zawsze warto pracować z pewnym zapasem, np. dla maksymalnej mocy równej 150 mW wybierać rezystory o mocy nie mniejszej, niż 250 mW.

Przyrost temperatury i zasada „dmuchania na zimne”

Co daje nam zapas mocy? Przede wszystkim znacząco wpływa na obniżenie maksymalnej temperatury pracy, jaką osiągają rezystory, ponieważ – jak każdy element elektroniczny - „woli” on pracować przy możliwie jak najmniejszym przyroście temperatury. Mówimy o przyroście, ponieważ rzeczywista temperatura rezystora (TR) jest równa: TR = TA + ΔT, gdzie: TA – temperatura otoczenia, zaś ΔT – przyrost, spowodowany wydzielaniem mocy strat. Wartość ΔT zależy od wymiarów, sposobu montażu oraz warunków pracy rezystora – znaczenie ma tutaj obecność ruchu powietrza (chłodzenia), geometrii płytki drukowanej, etc. Oczywiście, nie wykonujemy aptekarskich obliczeń dla każdego rezystora, ograniczającego prąd diody LED – to byłaby przesada. Opisane zasady mają na celu uświadomienie, jak wiele parametrów należy wziąć pod uwagę w urządzeniach, w których temperatura może być problemem. I wbrew pozorom, nie jest to tematyka niszowa – trudne warunki pracy mają choćby wszystkie urządzenia pracujące w samochodach czy też wystawionych na światło słoneczne obudowach, montowanych na zewnątrz budynków. Rozważania dotyczące warunków wydzielania ciepła należy natomiast bardzo dokładnie przeprowadzić w przypadku oporników dużej mocy, gdyż takie właśnie rezystory z natury pełnią rolę „miniaturowych grzejników”.

« powrót do artykułu