Jak fungují odporové články a jejich aplikace v obvodech

Odporník je běžný elektronický komponent, který omezuje velikost a směr proudu. Odporníky fungují využitím odporových vlastností materiálu, které určují, jak dobře blokují proudění elektřiny. Jednotkou odporu je ohm (Ω) a velikost odporu závisí na druhu, tvaru a teplotě materiálu. Hodnota odporu odporníku se obvykle identifikuje pomocí barevného čárového kódu nebo čísla, a různé barvy představují různé hodnoty.

Odolnosti jsou široce používány v obvodech. Mohou realizovat funkce jako ovládání proudu, dělení napětí, filtrace, polarizace a ladění. Ovládání proudu je nejzákladnější funkcí odolnosti. Podle Ohmovyho zákona (V=IR), kde V je napětí, I je proud a R je odpor, může upravovat velikost proudu. Například, pokud je v obvodu 5V zdroj napětí a $100Ω odolnost, pak proud přes odolnost je 5V/100Ω=0,05A, což je 50mA. Pokud je odolnost nahrazena $200Ω$, pak proud klesne na 5V/200Ω=0,025A, což je 25mA. Tímto způsobem lze ovlivnit velikost proudu změnou hodnoty odporu.

Odporové články lze také použít k ochraně ostatních součástí v obvodu. Například, pokud je v obvodu zdroj napětí 5V a odpor 1Ω, pak proud tekoucí přes odpor je 5V/1Ω=5A, což může být příliš velké, co by mohlo vést k přehřátí nebo poškození obvodu. Aby se tomu zabránilo, lze do obvodu přidat vhodný odpor, jako je $100Ω$, čímž se proud sníží na 5V/100Ω=0,05A, tj. 50mA, a tím se zajistí bezpečnost obvodu.

Rezistory lze také použít k rozdělení napětí, tj. rozdělit jedno napětí na dvě nebo více různých napětí. To využívá zákon rozdělení napětí odporu, což znamená, že pokud jsou ve obvodech dva nebo více odporů v řadě, napětí z napájecího zdroje bude rozděleno na každý odpor úměrně odporu. Například pokud má obvod napájecí zdroj 10V a dva odpory, jeden 100Ω a jeden 200Ω, pak napětí přes 100Ω odporu je 10V imes 100Ω/(100Ω+200Ω) = 3.33V, napětí na 200Ω odporu je 10V imes 200Ω/(100Ω+200Ω) Tímto způsobem můžete získat dvě různá napětí pro různé účely.

Odpory lze také použít pro filtrování, což je odebrání šumu nebo rušivých signálů z obvodu. Toto využívá kombinaci odporů a kondenzátorů nebo indukčností k tvorbě nízkopropustného, vysokopropustného, pásmově propustného nebo pásmově zablokovaného filtru. Nízkopropustný filtr umožňuje projít pouze nízkofrekvenčním signálům, vysokopropustný filtr umožňuje projít pouze vysokofrekvenčním signálům, pásmově propustný filtr umožňuje projít pouze určitému rozsahu frekvencí, a pásmově zablokovaný filtr blokuje pouze určitý rozsah frekvencí. Pokud například obvod má odporník 100Ω a kondenzátor 1μF spojené paralelně, pak je tento obvod nízkopropustným filtrem a jeho prahová frekvence je 1/(2pi RC) = 1,59kHz, tedy pouze signály pod 1,59kHz mohou projít, zatímco signály nad 1,59kHz budou vyfiltrovány.

Odpory lze také použít k natočení, tj. k poskytnutí stabilního provozního napětí nebo proudu pro určité součástky v obvodu. Tento účinek využívá dělicí funkci odporu pro poskytnutí vhodného natočovacího napětí nebo proudu pro tranzistory, diody, operační zesilovače a další součástky v obvodu, aby zůstaly ve standardním pracovním stavu. Například, pokud je v obvodu 10V zdroj napájení a 100Ω odpor, pak bude na odporu napětí 10V. Pokud je bázový vodič tranzistoru připojen k jednomu konci odporu, pak bude napětí na bázi tranzistoru 10V, což zapne tranzistor.

Odpory lze také použít k vyrovnání, tj. odporů různých částí obvodu jsou stejné nebo podobné, aby se zvýšila efektivita a stabilita obvodu. Toto využívá impedenčních vlastností odporníku, tedy toho, jak moc blokuje signály AC. Impedance se měří též v omech (Ω) a její velikost závisí na frekvenci signálu a indukčnosti nebo kapacitě odporníku. Impedance odporníku lze spočítat pomocí Ohmovyho zákona (V=IZ), kde V je napětí, I je proud a Z je impedance. Například, pokud má obvod zdroj AC s 10V a odporník 100Ω, pak proud přes odporník je 10V/100Ω = 0,1A, bez ohledu na frekvenci zdroje. Pokud připojíte na jednom konci odporníku zátěž 100Ω, pak je obvod vyrovnaný a výkon ze zdroje může být úplně přenesen na zátěž. Pokud je impedance zátěže jiná než 100Ω, pak je obvod nesprávně vyrovnaný a část výkonu ze zdroje bude odražena zpět, což způsobuje ztrátu a rušení v obvodu.

Shrnutím funguje princip rezistoru tak, že využívá odporové vlastnosti materiálu k omezení a rozdělení proudu. Rezistory jsou široce používány v obvodech. Mohou realizovat kontrolu proudu, dělení napětí, filtraci, natočení, párování a další funkce, což usnadňuje návrh a optimalizaci obvodů. Porozumění tomu, jak fungují rezistory a základům obvodů, nám může pomoci lépe chápat a používat elektronická zařízení.