Pasivní součástky – rezistor, kondenzátor, cívka

Rezistor

Rezistor je skutečná součástka, kterou je v elektrických obvodech uměle realizován odpor. Základní vlastností rezistoru je právě odpor, čehož se dosahuje zejména volbou vhodného materiálu a uspořádáním. Pomocí rezistoru pak můžeme v obvodech měnit napětí a proud. O rezistoru říkáme, že je lineární součástka. Proud, který rezistorem v obvodu prochází je přímo úměrný napětí - závislost je lineární. Zvětšení proudu je přímo úměrné zvětšení napětí, neboť platí Ohmův zákon.

Dělení rezistorů:

Pevné - jejichž odpor je dán výrobou a nelze jej dostatečně měnit.

Proměnné - neboli potenciometry, které slouží k plynulému nastavení reálného odporu. Tyto potenciometry jsou například používány k regulaci hlasitosti, k řízení napětí u regulovaného zdroje atd.

Nastavitelné neboli potenciometrické trimry. Odpor lze nastavit plynule nástrojem (šroubovákem) při oživování přístroje, jeho opravě nebo při cejchování.

Podle technologie výroby dělíme rezistory na:

Vrstvové - u nichž je elektrický odpor dán tloušťkou a materiálem speciální odporové vrstvy nanesené na izolačním, zpravidla keramickém válečku, kde konce jsou pomocí čepiček opatřeny drátovými vývody. Tyto rezistory jsou určeny jen pro malá zatížení.

Hrotové - jejich odpor je dán průřezem, délkou a vlastnostmi odporové hmoty, ze které je váleček vyroben. Tyto rezistory mají nepatrnou parazitní indukčnost.

Drátové - u nich je odpor dán odporem použitého drátu, jeho délkou a průřezem. Tyto rezistory jsou použitelné podle provedení i v zařízeních s velkými výkony (stovky wattů), nejsou však vhodné pro vyšší kmitočty.

Pojmy:

Jmenovitý odpor udává reálný (ohmický) odpor rezistoru.

Tolerance je největší možná odchylka skutečného odporu od jmenovité hodnoty, udává se v procentech.

Zatížitelnost odporu je maximální přípustný elektrický výkon, který rezistor za normálních podmínek rozptýlí ve formě tepla do okolí.

Teplotní závislost oporu rezistoru na teplotě může být kladná, tj. že se vzrůstající teplotou odpor stoupá, nebo záporná když je to naopak. Snahou výrobce je, aby vliv teploty na odpor byl minimální.

Výpočty:

při sériovém řazení odporů: R = R₁ + R₂

při paralelním řazení odporů:

Kondenzátory

Kondenzátor je v principu součástka složená ze dvou vodivých desek, které jsou vzájemně odděleny dielektrikem, nejčastěji vzduchem nebo slídou. Kapacita, tj. schopnost kondenzátoru podržet si elektrický náboj, se označuje písmenem C. Její velikost je ovlivňována plochou a počtem desek, vzdáleností mezi deskami a dielektrikem. Jednotkou kapacity je Farad (F). Je to však jednotka velká, a proto se v praxi používají viz tab. . Pro stejnosměrný proud má kondenzátor nekonečný odpor. Pro střídavý proud se jeví jako zdánlivý odpor, který nazýváme kapacitní reaktance. Tento zdánlivý odpor kondenzátoru je tím menší, čím větší je kapacita a čím vyšší je kmitočet. Velikost kapacitní reaktance je dána vztahem viz tab. .

Důležitou vlastností kondenzátoru je, že proud a napětí na něm nejsou ve fázi, jako je tomu u rezistoru, ale u ideálního kondenzátoru předbíhá proud o 90° napětí. Kondenzátory dělíme zejména dle použitého dielektrika a to na: Kondenzátory svitkové, slídové, keramické, elektrolytické a tantalové které se používají v nízkofrekvenčních obvodech, pro vyšší frekvence jsou nevhodné. Typově se kondenzátory dělí stejně jako rezistory a to na pevné, ladící a doladitelné.

Výpočty:

při paralelním řazení kondenzátorů: C = C₁ + C₂

při sériovém řazení kondenzátorů:

Cívka

Cívka je součástka realizovaná spirálovým uspořádáním vodiče. Její charakteristickou vlastností je indukčnost označovaná písmenem L. Kvalitu cívky hodnotíme tzv. činitelem jakosti, který označujeme písmenem Q. Jednotkou vlastní indukčnosti je Henry (H).

Mějme cívku, kterou připojíme na střídavé napětí. Cívkou bude protékat proud, jehož účinkem vzniká v závitech a kolem nich elektromagnetické pole. To zase obráceně indukuje (budí) v závitech další proud, jehož směr je opačný než směr proudu zdroje. Původní proud se jím zeslabuje. Tomuto jevu říkáme samoindukce. Indukčnost cívky závisí na počtu závitů, jejich uspořádání a materiálu jádra. Zvětšuje-li se počet závitů, indukčnost se také zvýší. Navineme-li vodič na jádro z magneticky dovře vodivého materiálu (cívka s jádrem nebo cívka navinutá na jádru z transformátorových plechů), indukčnost se také zvětšuje. Každá cívka má jistý odpor vinutí, parazitní kapacitu mezi závity, svodový odpor způsobený nekvalitní izolací a další ztráty, které podstatně ovlivňují činitel jakosti cívky. Tento činitel je kmitočtově závislý. Odpor cívky pro stejnosměrný proud je dán reálným odporem vinutí. Protéká-li tedy cívkou stejnosměrný proud, indukčnost se nijak neprojeví. Naopak ale brání průtoku střídavého proudu, což se projeví zvětšením odporu. Střídavému proudu klade cívka zdánlivý odpor, kterému říkáme indukční reaktance. Tento zdánlivý odpor je tím větší, čím větší je vlastní indukčnost cívky a čím vyšší je kmitočet. Matematicky je zdánlivý odpor cívky dán vztahem:

Cívky mohou být vinuty i na jádrech, které lze posouvat uvnitř cívky a měnit tak vlastní indukčnost. Jádra se používají většinou železová (slepený železný prášek) - zejména pro vf obvody a feritová (kysličníky železa a jiných kovů) -podle složení nf i vf obvody. Na ideální cívce napěti o 90° předbíhá proud. Skutečná cívka se v obvodu střídavého proudu nechová jako čistá indukčnost. Vlivem materiálu, z něhož je navinuta se cívka chová, jako bychom k ní připojili ještě do série nebo paralelně rezistor odpovídající ztrátám. Ve skutečnosti se ale bude činitel jakosti se vzrůstajícím kmitočtem zvětšovat a naopak od jistého kmitočtu klesá. Při vzájemném spojování cívek není situace už tak jednoduchá, jako tomu bylo u rezistorů a kondenzátorů. Každá cívka má svoji indukčnost. U dvou nebo více cívek, pokud jsou umístěny tak, že magnetické pole jedné z nich protíná vinutí cívek ostatních, bude celková indukčnost ovlivňována ještě tímto vzájemným vlivem, kterému říkáme vzájemná indukčnost. Vzájemná indukčnost se značí písmenem M a měří se rovněž v Henry (H). Jsou-li dvě cívky zapojeny v sérii, od sebe vzdáleny tak, že se neovlivňují (mohou být taky odstíněny), pak výsledná indukčnost bude dána součtem jejich vlastních indukčností:

L=L₁+L₂. Pokud ale dvě cívky přiblížíme k sobě natolik, že mezi mimy existuje vzájemná indukčnost, pak výsledná indukčnost bude: L = L₁+L₂ ± 2M . Zda se vzájemná indukčnost přičítá nebo odečítá, závisí na smyslu vinutí obou cívek. Pakliže je smysl vinutí u obou cívek shodný platí +, obráceně při nesouhlasném smyslu vinutí bude platit -. Jinak řečeno vzájemná indukčnost cívek M je kladná tehdy, jestliže se magnetické toky obou cívek navzájem podporují. Záporná je v tom případě, působí-li proti sobě. Indukčnost paralelně zapojených cívek je :