OTPORNICI Osobinu materijala da se suprotstavljaju proticanju električne struje nazivamo električni otpor. Eksperimentima je utvrđeno da otpor zavisi od dužine žice, njenog poprečnog preseka i vrste materijala. Za izračunavanje otpora koristi se formula l - dužina žice R = ρ x l / S S - poprečni presek ρ - specifični otpor Jedinica za el. otpor je om ( Ω ), nazvana tako u čast nemačkog fizičara Georga Oma. Otpor od jednog oma ima provodnik kroz koji protiče struja od 1 A kada je razlika potencijala na njegovim krajevima 1 V. U praksi se češće koriste veće jedinice, uglavnom kiloom ( kω ) i ponekad megaom (M Ω) Otpornici su elementi pomoću kojih namerno unosimo el. otpor u neko strujno kolo. Koriste se za ograničenje struje u kolu i za dobijanje željenog napona na krajevima otpornika. Otpornici su najčešće korišćene komponente u elektronskim uređajima. Većina otpornika u našim uređajima su grafitni, a proizvode se i žičani i metaloslojni otpornici. Tanak sloj grafita ili metala nanešen na izolatorsko telo Smeša grafita i izolatorskog praha Žičani otpornik Konačni izgled otpornika posle lakiranja tela i obeležavanja vrednosti pomoću obojenih prstenova šematska oznaka : ili OBELEŽAVANJE VREDNOSTI OTPORNIKA Označavanje nazivne vrednosti otpora i tolerancije izvodi se alfanumeričkim oznakama, ili pomoću obojenih prstenova. Vrednost otpora u el šemama može biti navedena samo brojem, npr : 270 = 270 Ω (om se podrazumeva) Zbog toga što oznaka Ω liči na nulu i može nas dovesti u zabunu, ponekad se umesto Ω koriste slova R i E, a umesto kω ili MΩ samo k ili M : 270 R = 270 Ω 390 E = 390 Ω 47 k = 47 kω Oznake R, E, k, M često se koriste umesto decimalnog zareza, čime se izbegavaju velike greške u očitavanju zbog slabe vidljivosti zareza : 2k7 = 2,7 k Ω 3R3 = 3,3 Ω M 1 = 100 kω
Veoma je nepraktično ispisivati brojčane i slovne oznake na male elemente kao što su otpornici (dimenzije oko 6 mm). Zbog toga se vrednost otpora označava pomoću obojenih prstenova gde boje zamenjuju cifre, prema tabeli : Uglavnom su na otpornicima 4 prstena, i oni imaju sledeća značenja : Prvi prsten - prva cifra Drugi prsten - druga cifra Treći prsten - broj nula ( faktor množenja ) Četvrti prsten - tolerancija, tj. dozvoljeno odstupanje od nazivne vrednosti Dakle, vrednost otpornika sa vrha tabele je : braon crna crvena zlatna : 1 0 00 +/- 5% = 1000 Ω = 1k plus/minus 50 Ω
Proizvode se otpornici tačno određenih vrednosti klasifikovani u tzv. otporne nizove. Sve ostale vrednosti, kojih nema u okviru datog niza, mogu se realizovati rednom i paralelnom vezom postojećih otpornika. U tabeli je dat niz E 12 koji se najviše koristi (deblje brojke) a sitnijim brojevima su dopisane dodatne vrednosti niza E 24. 1,0 1,1 1,2 1,3 1,5 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,7 3,0 3,3 3,6 3,9 4,3 4,7 5,1 5,6 6,2 6,8 7,5 8,2 9,1 To konkretno znači da u nizu E 12 postoje vrednosti od npr 12 Ω, 120 Ω, 1k2, 12k, 120k i 1M2, a ne postoje vrednosti od npr 130 Ω ili 140 Ω. Zatim, postoje vrednosti npr 150Ω, 1k5, 1k8, 18k, 22k itd... VEZIVANJE OTPORNIKA Ako nam je potreban otpornik od npr 110 Ω koji ne postoji u nizu E 12, potrebnu vrednost u našem primeru možemo dobiti na dva načina : rednom vezom dva postojeća otpornika od 100 Ω i 10 Ω R 1 R 2 R = R1 + R2 = 100 + 10 = 110 Ω 100 Ω 10 Ω ili paralelnom vezom dva otpornika od 220 Ω 220 Ω R = R1 * R2 / (R1 + R2) = 48400 / 440 =110Ω 220 Ω I pored toga što nam je ova formula dobro poznata, često ne primetimo dve važne stvari koje imaju praktičnu primenu : 1) kada paralelno vežemo dva otpornika iste vrednosti otpora, ekvivalentni otpor je duplo manja vrednost, što u našem primeru proračun čini suvišnim 2) ako su paralelno vezana dva otpornika različite vrednosti, ekviv. otpor nije neka srednja vrednost između ove dve, nego je uvek manji od najmanjeg otpora u paralelnoj vezi SNAGA OTPORNIKA Kada kroz otpornik teče struja, on se zagreva. Ako se pregreje dolazi do razaranja otpornog materijala i uništenja otpornika. U elektronskim kolima najviše se koriste otpornici snage 1/4 W (njegovo telo je dugačko oko 6 mm) i 1/2 W (oko 9 mm). Proizvode se otpornici manjih snaga od 1/8 W, i većih snaga od 1 W, 2 W, 5 W itd. Ako snaga na otporniku nije napisana procenjujemo je po veličini otpornika veće dimenzije znače i veću snagu. Umesto otpornika određene snage može da se koristi i otpornik iste otpornosti i bilo koje veće snage, ali pošto je on veći to će se odraziti na dimenzije štampane ploče i na cenu uređaja (skuplji je).
NELINEARNI OTPORNICI Postoje otpornici koji nelinearno menjaju otpor pod dejstvom nekog spoljašnjeg faktora. Tako su naprimer : Termistori posebno osetljivi na promene temperature. Kod PTC termistora otpor se povećava sa temperaturom, a kod NTC opada. Varistori menjaju otpor u zavisnosti od priključenog napona. Fotootpornici (LDR otpornici) menjaju otpor u zavisnosti od toga da li su osvetljeni ili nisu. Kada se osvetle, oni bitno smanje otpor. PRIMERI PRAKTIČNE PRIMENE OTPORNIKA 1) Svetleće LED diode rade na oko 2 V i pri tome kroz njih protiče struja od 20 ma. Da bi LED diodu priključili na bateriju 9 V mora se redno vezati otpornik koji treba da ogranici struju kroz diodu i da preuzme "višak" napona od 7 V. Dakle, proizvod R 20mA = 7 V odakle sledi da nam je potreban otpornik od 350 oma. Ovo nije standardna vrednost, i u ovakvim slučajevima se usvaja prva veća vrednost, dakle upotrebićemo otpornik iz niza E 12 od 390 oma. Snaga koja se razvija na ovom otporniku je P = 7 V 0,02 A = 140 mw, dakle bez problema se može upotrebiti otpornik od samo 1/4 W, pa čak i od 1/8 W. 2) Međutim, ako na isti način pokušamo priključiti sijalicu iz baterijske lampe na kojoj su utisnuti podaci 3,5V 0,2A na akumulator 12 V posle proračuna vidimo da nam je potreban otpornik od 42.5 oma snage 1.7 W. Pošto je snaga sijalice 3,5 V 0,2 A = 0,7 W to bi značilo da će struja iz akumulatora pretežno da se troši na zagrevanje otpornika što ovakvo rešenje čini besmislenim. 3) Većina elektronskih uređaja se napaja iz jednog izvora napona (ispravljača ili baterije). Za rad uređaja međutim potrebno je više različitih napona npr. na bazi jednog tranzistora 0,7 V, na bazi sledećeg 1,2V, na nekoj drugoj komponenti npr 5 V itd. Svi ovi naponi se mogu dobiti razdelnikom napona sa slike. To je ustvari redna veza dva otpornika, a napon koji nam je potreban "skidamo" sa otpornika R2. Ako je U=12V, R1=6k8 a R2=2k2, struja kroz R1 i R2 je 12V/9kΩ=1,33mA. Napon U2 na otporniku R2 je 1,33mA*2,2kΩ=2,93V a "ostatak" od 9,07V je na otporniku R1. Sa slike vidimo da je napon U2 iskorišćen za polarizaciju tranzistora. Ako nam je potreban npr manji napon povećaćemo R1 ili smanjiti R2. Ako stavimo npr. R1=10k a R2=1k napon U2 biće 1V. Praktično,sve potrebne napone možemo dobiti promenom međusobnog odnosa vrednosti R1 i R2.
PROMENLJIVI OTPORNICI Postoje otpornici čiju vrednost otpora možemo menjati mehaničkim putem (pomicanjem klizača ili zakretanjem osovine) pa ih nazivamo promenljivim otpornicima. Na slici je laboratorijski promenljivi otpornik koji se koristi u raznim električnim merenjima. Smešten je u metalno kućište pa ga treba uzemljiti preko posebnog kontakta. Između donja dva priključka spojeni su krajevi otporne žice koja je gusto namotana na izolacionom cilindru. Na treći (gornji) priključak spojen je klizeći kontakt preko koga u el kolo unosimo kraći ili duži deo žice i na taj način u kolu menjamo otpor. A B reostat potenciometar Ako se promenljivi otpornik spoji prema sl. A on može poslužiti za promenu struje u kolu i zvaćemo ga reostat. Kada se koriste sva tri priključka promenljivog otpornika prema slici B, pomeranjem klizača menja se napon. Ovako spojen promenljivi otpornik zove se potenciometar. U svakodnevnom životu elektroničari promenljivi otpornik nazivaju potenciometrom bez obzira na način njegovog spajanja i ulogu u kolu. Većina potenciometara ugrađenih u naše uređaje je kružnog oblika. Na slici desno je unutrašnjost takvog promenljivog otpornika. Oni se koriste za promenu jačine zvuka, regulaciju boje zvuka, osvetljenja slike kod starijih tipova televizora, kontrasta, boje i sl. Mogu biti linearni i logaritamski. Kod linearnih otpor je direktno srazmeran položaju tj. uglu zakretanja klizača. Kod logaritamskih otpor se u početku malo menja a zatim sve brže (po logaritamskom zakonu). Oni se koriste se za podečavanje jačine zvuka jer naše uvo registruje jačinu zvuka upravo po ovom zakonu ( zvuk pojačan 10 puta uvo registruje kao subjektivno dva puta jači zvuk).
Razlika između promenljivih i polupromenljivih (trimer) otpornika vidi se na prethodnoj slici. Promenljivi imaju osovini i predviđeni su za česta podešavanja, npr jačine zvuka. Za razliku od njih, trimeri nemaju osovinu i obično se jedanput podese na potrebnu vrednost prilikom ugradnje u uređaj. Do njih se dolazi rasklapanjem uređaja a pomeranje klizača se vrši odvijačem. Bez velikog iskustva ne treba ih dirati jer njima se regulišu npr visina i stabilnost slike kod TV, brzina obrtanja motora kasetofona, osetljivost uređaja i sl. PRIMERI UPOTREBE POTENCIOMETARA Potenciometri za regulaciju jačine zvuka se postavljaju između predpojačala slabih signala npr. radiostanice ili mikrofona i izlaznog pojačala za zvučnik. Način spajanja prikazan je na donjim slikama. Signal putuje između tačaka 3 i 2 preko otpornog materijala dužim ili kraćim putem, zavisno od položaja klizača potenciometra. On će biti samo malo oslabljen ako je dugme u krajnjem desnom položaju. Ako želimo da utišamo muziku okrećemo dugme ulevo i signal koji stigne do izlaznog pojačala biće dosta oslabljen jer na svom putu prelazi preko velikog otpora (povećala se dužina otpornika između tačaka 3 i 2 ). Zanemarljivo mali deo signala se trajno gubi prelazeći put od tačke 3 ka 1 i nazad u predpojačalo. ulaz izlaz Primer sa sledeće slike pokazuje kako se uz regulaciju jačine zvuka može uticati i na boju zvuka. Regulacija jačine se vrši sa P2 na već opisani način, a pomoću P1 mogu se prigušiti tonovi visokih frekvencija. Iz osnova elektrotehnike nam je poznato da kondenzator provodi naizmeničnu struju a otpor Xc = 1 / 2 π f C (gde je f- frekvencija) je manji za visoke frekvencije a veliki za niske frekvencije. U kolu sa slike deo visokih frefvencija ( sopran, činele, flauta...) neće stići do izlaznog pojačala jer će se "izgubiti" kroz C i P1 i vratiti na ulaz. Koliko ovih tonova će ipak stići na izlaz zavisi od položaja klizaca P1. Njegovim pomeranjem utičemo na impedansu Z tako što se menja otpor R (realni deo imp.). Ako je klizač blizu gornjeg priključka, R je mali i skoro svi tonovi visokih frekv. će biti prigušeni. Ako klizač približimo donjem priključku veći deo ovih tonova će ipak preko P2 stići na izlazno pojačalo i biće reprodukovan u zvučniku. Uticaj C i P1 na tonove niskih frekvencija ( bas gitara, bubnjevi ) je beznačajan jer kond. C za ove tonove predstavlja veliki otpor i oni bez prigušenja stižu na izlaz preko P2.
DODATAK Složenije kolo kojim se može regulisati prigušenje i visokih i niskih tonova detaljno je objašnjeno u knjizi Prakticna Elektronika *. Način realizacije ovog kola prikazan je na slikama: *U pripremama lekcije najvise je korišćena knjiga Miomira Filipovića Prakticna Elektronika.