Ako pracujú odporové prvky a ich aplikácie v obvodech

Rezistor je bežný elektrický komponent, ktorý obmedzuje veľkosť a smer prúdu. Rezistory fungujú využitím rezistívnych vlastností materiálu, t.j. ako dobre blokujú pretek elektrickej energie. Jedinou jednotkou rezistivity je ochm (Ω) a veľkosť rezistivity závisí od typu, tvaru a teploty materiálu. Hodnota rezistivity rezistora je obvykle identifikovaná farebnym čiarovým kódom alebo číslom, a rôzne farby predstavujú rôzne hodnoty.

Odporníky sú široko používané v obvodoch. Dokážu realizovať funkcie ako ovládanie prúdu, delenie napätia, filtrovanie, polarizovanie a zhodnotenie. Ovládanie prúdu je najzákladnejšou funkciou odporníka. Môže podľa Ohmovho zákona (V=IR) prispôsobiť veľkosť prúdu, kde V je napätie, I je prúd a R je odpor. Napríklad, ak je v obvode 5V zdroj napätia a $100Ω odporník, prúd cez odporník je 5V/100Ω=0,05A, alebo 50mA. Ak sa odporník nahradí $200Ω$, tak sa prúd stáva 5V/200Ω=0,025A, čo je 25mA. Týmto spôsobom môžeme ovládať veľkosť prúdu zmenou hodnoty odporu odporníka.

Rezistory môžu byť tiež použité na ochranu iných komponentov v obvode. Napríklad, ak je v obvode zdroj napätia 5V a rezistor 1Ω, potom prúd prechádzajúci rezistorom bude 5V/1Ω=5A, čo môže byť príliš veľké, spôsobujúcich prehriatie alebo poškodenie obvodu. Aby sa tomu zabránilo, môžete do obvodu pridať vhodný rezistor, napríklad $100Ω$, čím sa prúd zníži na 5V/100Ω=0,05A, čo sú 50mA, takže sa zabezpečí bezpečnosť obvodu.

Rezistory sa tiež dajú použiť na delenie napätia, t.j. rozdeliť jedno napätie na dve alebo viac rôznych napätí. Toto využíva zákon delenia napätia rezistora, ktorý hovorí, že ak sú v obvode dva alebo viac rezistorov postavených sériovo, napätie z zdroja bude rozdelené na každý rezistor úmerné veľkosti daného rezistora. Napríklad, ak má obvod napájanie 10V a dva rezistory, jeden 100Ω a druhý 200Ω, potom napätie na rezistore 100Ω je 10V krát 100Ω/(100Ω+200Ω)=3,33V, napätie na rezistore 200Ω je 10V krát 200Ω/(100Ω+200Ω)=6,67V. Takto môžete získať dve rôzne napätia pre rôzne účely.

Rezistory sa tiež môžu používať na filtrovanie, čo znamená odstránenie šumu alebo rušivých signálov z obvodu. Toto používa kombináciu rezistorov a kondenzátorov alebo indukčností na vytvorenie nízkopriečného, vysokopriečného, pásmopriečného alebo pásmozabránkového filtra. Nízkopriečný filter pripustí len nízkofrekvenčné signály, vysokopriečný filter pripustí len vysokofrekvenčné signály, pásmopriečný filter pripustí len určitý rozsah frekvencií, a pásmozabránkový filter blokuje len určitý rozsah frekvencií. Napríklad, ak má obvod rezistor 100Ω a kondenzátor 1μF paralelne, potom je toto obvod nízkopriečný filter, a jeho rezučná frekvencia je 1/(2pi RC) = 1,59kHz, teda len signály pod 1,59kHz prejdú, a signály nad 1,59kHz budú vyfiltrované.

Rezistory môžu byť tiež používané na napájanie, t.j. na poskytovanie stabilného pracovného napätia alebo prúdu pre určité komponenty v obvode. Táto funkcia využíva deliace napätie rezistora na poskytnutie vhodného napätia alebo prúdu na napájanie tranzistorov, diód, operációsnych zosilňovačov a iných komponentov v obvode, aby sa udržali v normálnom pracovnom stave. Napríklad, ak je v obvode 10V zdroj napätia a 100Ω rezistor, bude napätie cez rezistor 10V. Ak je bázový vodič tranzistora pripojený k jednému koncu rezistora, napätie na báze tranzistora bude 10V, čo zapne tranzistor.

Odporníky môžu tiež byť použité na vyrovnávanie, t.j., odpornosť rôznych častí obvodu je rovnaká alebo podobná, aby sa zvýšila efektivita a stabilita obvodu. Toto využíva impedenčné charakteristiky odporníka, t.j., koľko blokuje odporník sietové signály (AC). Impedancia sa tiež meria v ohrách (Ω) a jej veľkosť závisí od frekvencie signálu a indukcie alebo kapacitance odporníka. Impedancia odporníka sa dá vypočítať pomocou Ohmovho zákona (V=IZ), kde V je napätie, I je prúd a Z je impedancia. Napríklad, ak má obvod 10V AC zdroj a 100Ω odporník, prúd cez odporník je 10V/100Ω = 0,1A, nezávisle od frekvencie zdroja. Ak pripojíte 100Ω zátěž na jednom konci odporníka, obvod je vyrovnaný a mocnosť zo zdroja môže byť úplne prenesená na zátěž. Ak nie je impedancia zátěže 100Ω, obvod je nevyrovnaný a časť mocnosti zo zdroja bude odrazovaná späť, čo spôsobuje straty v obvode a interferencie.

Za záver, pracovný princíp odporu spočíva v tom, že využíva odporové vlastnosti materiálu na obmedzenie a rozdelenie prúdu. Odporové prvky sú široko používané v obvodoch. Dokážu realizovať kontrolu prúdu, delenie napätia, filtrovanie, natočenie, zhodnotenie a iné funkcie, čo usnadňuje návrh a optimalizáciu obvodov. Porozumenie tomu, ako fungujú odporové prvky a základom obvodov, nám môže pomôcť lepšie pochopiť a používať elektronické zariadenia.