Hogyan működnek az ellenállók és alkalmazásuk a körökben

Az ellenálló egy gyakori elektronikai komponens, amely korlátozza az áramerősséget és az irányt. Az ellenállók a anyag ellenálló tulajdonságainak kihasználásával működnek, ami annyit tesz, hogy mennyire zárja ki az elektromos áram folyását. Az ellenállás egysége az óhma (Ω), és az ellenállás mérete attól függ, hogy milyen anyagból, alakjából és hőmérsékletétől függ. Az ellenálló értéke általában színkód vagy számokkal van megjelölve, és különböző színek különböző értékeket reprezentálnak.

A ellenállások széles körben használni a környezetekben. Megvalósíthatóak funkciók, mint a áramvezérlés, feszültség osztása, szűrő, eltorzítás és párosítás. Az áramvezérlés a legalapvetőbb funkciója egy ellenállás. A méretét az áram Ohm törvénye szerint (V=IR), ahol V a feszültség, I az áram, és R az ellenállás. Például, ha van egy 5V tápegység és egy $100Ω ellenállás egy környezetben, az áram az ellenállás által megy 5V/100Ω=0.05A, vagyis 50mA. Ha az ellenállást helyettesítik $200Ω$, akkor az áram válik 5V/200Ω=0.025A, ami 25mA. Így az áram nagyságát irányítható változtatva az ellenállás értékét.

A ellenállásokat szintén használhatjuk más komponensek védelmére a körben. Például, ha van egy 5V áramellátás és egy 1Ω ellenállás a körben, akkor az áram az ellenálláson keresztül 5V/1Ω=5A, ami túl nagy lehet, miattamaz kör felmelegedésének vagy károsodásának. Ennek elkerülése érdekében hozzáadhatunk egy alkalmas ellenállást a körhöz, például $100Ω$, ekkor az áram csökkenni fog 5V/100Ω=0.05A-ra, ami 50mA, így biztosítva a kör biztonságát.

A ellenállókat úgy is használhatjuk, hogy osztják a feszültséget, azaz egy feszültséget két vagy több különböző feszültségre bontanak. Ez a tény szintén kihasználja az ellenálló feszültségosztó törvényét, ami azt jelenti, hogy ha egy áramkörben két vagy több ellenálló sorosan van kapcsolva, akkor a tápegységből érkező feszültség arányosan oszlik el az egyes ellenállókra az ellenállásuk szerint. Például, ha egy áramkörben 10V-os tápegység van és két ellenálló, egy 100Ω és egy 200Ω, akkor az 100Ω ellenálló kétoldalán a feszültség 10V × 100Ω/(100Ω+200Ω)=3,33V, míg a 200Ω ellenálló kétoldalán a feszültség 10V × 200Ω/(100Ω+200Ω)=6,67V. Így kaphatunk két különböző feszültséget különböző célokra.

A ellenállásokat szintén szűrőként is használhatjuk, amelynek célja a zaj vagy zavaró jelek eltávolítása egy áramkörből. Ezt ellenállások és kondenzátorok vagy induktivitások kombinációjával hajtjuk végre, hogy alulszintű, felülszintű, sávszintű vagy sávletöltő szűrőket alkossunk. Az alulszintű szűrő csak az alacsony frekvenciájú jeleket engedi el, a felülszintű szűrő csak a magasabb frekvenciájú jeleket engedi el, a sávszintű szűrő csak bizonyos frekvencia-tartománybeli jeleket enged el, míg a sávletöltő szűrő blokkol egy adott frekvencia-tartományt. Például, ha egy áramkörben párhuzamosan van egy 100Ω-ös ellenállás és egy 1μF-os kondenzátor, akkor az áramkör egy alulszintű szűrő, és a határfrekvenciája 1/(2pi RC) = 1,59kHz, azaz csak az 1,59kHz-nél alacsonyabb frekvenciájú jelek haladnak el, míg a 1,59kHz-nél magasabbakat szűri ki.

A ellenállásokat szintén használhatjuk eltoláshoz, azaz biztosítani egy stabil működési feszültséget vagy áramot bizonyos komponenseknek a körben. Ez az ellenállás feszültség-elosztó funkcióját használja fel, hogy megfelelő eltolási feszültséget vagy áramot nyújtson a tranzisztoroknak, diódáknek, op-amp-oknak és más komponenseknek a körben, hogy megtartsa őket normál működési állapotban. Például, ha van egy 10V-os tápegység és egy 100Ω-os ellenállás egy körben, akkor 10V-os feszültség lesz az ellenállás két végpontja között. Ha egy tranzisztor alapját csatlakoztatjuk az ellenállás egyik végéhez, akkor a tranzisztor alapjának feszültsége 10V lesz, ami bekapcsolja a tranzisztor-t.

A ellenállókat egyenlőtlenség-korrekciós célokra is használhatjuk, azaz egy kör részének ellenállását egy másik részéhez igazítva növelhetjük a kör hatékonyságát és stabilitását. Ez kihasználja az ellenálló akadálytulajdonságait, azaz azt, hogy mennyire zárja le az áramváltó jeleket. Az akadályt ohm (Ω) mértékegységben mérjük, amely függ a jelek gyakoriságától és az ellenálló indukciójától vagy kapacitásától. Az ellenálló akadálya az Ohm-törvény szerint (V=IZ) számítható, ahol V a feszültség, I a áramerő, és Z az akadály. Például, ha egy körben 10V-es AC forrás van és 100Ω-os ellenálló, az áram az ellenállóban 10V/100Ω = 0,1A lesz, függetlenül a forrás gyakoriságától. Ha egy 100Ω-es terhelést csatlakoztatunk az ellenálló egyik végéhez, akkor a kör igazított, és a tápegység teljes hatalma átkerül a terhelésbe. Ha a terhelés akadálya nem 100Ω, akkor a kör nem igazított, és részletesen a tápegység hatalma visszaverődik, ami körveszteséget és zavart okoz.

Összefoglalóan a ellenálló működési elve az anyag ellenállási tulajdonságainak használata a áram korlátozására és elosztására. Az ellenállók széles körben használni a körökben. Valósíthatják az áramerősségi irányítást, a feszültség osztását, a szűrést, a torlódás beállítását, az illeszkedést és más funkciókat, amelyek segítenek a körök tervezésében és optimalizálásában. Az ellenállók működésének és a körök alapjainak megértése segít nekünk jobban érteni és használni az elektronikai eszközöket.