Χρωματικός Κώδικας Αντιστάσεων

Παρατηρώντας την αντίσταση βλέπουμε μία ομάδα από χρώματα, όπου κάθε χρώμα αντιστοιχεί σε μία τιμή. Αναλυτικότερα είναι το κίτρινο, το μωβ, το κόκκινο και το καφέ. Πάνω δεξιά στον πίνακα υπάρχει η αντιστοιχία χρώματος-αριθμού. Η πρώτη χρωματική ζώνη έχει χρώμα κίτρινο οπότε αντιστοιχεί στον αριθμό 4. Η δεύτερη είναι μωβ οπότε αντιστοιχεί στο 7.

Η τρίτη χρωματική ζώνη πάνω στην αντίσταση υποδηλώνει τον πολλαπλασιαστή. Ο πολλαπλασιαστής, δείχνει πόσα μηδενικά πρέπει να προσθέσουμε μετά τα δύο πρώτα ψηφία. Στην περίπτωσή μας, έχουμε κόκκινο χρώμα οπότε αντιστοιχεί στο 2. Δηλαδή δύο μηδενικά. Συνολικά από αυτή την αντίσταση έχουμε 4+7+00. Ενώνοντας αυτά τα νούμερα έχουμε... 4700, αυτή η τιμή είναι πάντα σε Οhm. Οπότε έχουμε 4700 Ω ή 4,7 ΚΩ (γνωρίζοντας ότι 1000 Ω=1 ΚΩ).

Η ανοχή της αντίστασης εκφράζει το σφάλμα της πραγματικής τιμής σε σχέση με την ονομαστική τιμή της αντίστασης. Αυτό το θέμα είναι καθαρά θέμα του κατασκευαστή. Αν μία αντίσταση έχει ανοχή 5% σημαίνει πως η τιμή της είναι ± 5% από την τιμή που αναγράφεται. Για παράδειγμα, αν έχουμε μία αντίσταση 100 Ω με ανοχή ± 5% σημαίνει πως αν μετρήσουμε την αντίσταση με ένα πολύμετρο θα μας την εμφανίσει μεταξύ 95 Ω και 105 Ω.

Στο συγκεκριμένο παράδειγμα μας, 4700 Ω x 5% = 235 Ω. Αυτό σημαίνει πως μετρώντας τη συγκεκριμένη αντίσταση με ένα πολύμετρο θα βρούμε ότι η πραγματική τιμή της κυμαίνεται μεταξύ 4465 Ω και 4935 Ω. Όπως παρατηρείτε, όσο μεγαλώνει η αντίσταση τόσο η πιστότητα της λιγοστεύει. Η παρακάτω εικόνα, είναι ένα πινακάκι το οποίο μας διευκολύνει στο να βρίσκουμε εύκολα την ονομαστική τιμή μίας αντίστασης καθώς και την ανοχή της.

Υπάρχουν αντιστάσεις με 5 χρώματα ή ακόμα και με 6 και οι τιμές τους υπολογίζονται και πάλι με βάση το παραπάνω πίνακα. Η παρακάτω εικόνα μας βοηθάει επιπλέον για να βρούμε τις ονομαστικές τιμές των αντιστάσεων.

ΚΑΝΟΝΕΣ KIRCHHOFF

1ος Κανόνας

(κανόνας ρευμάτων)

Σε οποιοδήποτε κόμβο ενός κυκλώματος, το αλγεβρικό άθροισμα των ρευμάτων που εισέρχονται σε αυτόν, είναι ίσο με μηδέν. Τα ρεύματα που εξέρχονται απο τον κόμβο αυτό, θεωρούνται αρνητικά εισερχόμενα ρεύματα.

2ος Κανόνας

(κανόνας τάσεων)

Σε οποιοδήποτε κλειστό βρόχο ενός κυκλώματος, το αλγεβρίκό άθροισμα των πτώσεων τάσης είναι ίσο με μηδέν.

Εικόνα 1

Εικόνα 2

Παράδειγμα 1: Στην εικόνα 2, το ρεύμα που διαρρέει από την R1 είναι ίσο με 37mA και το ρεύμα που διαρρέει την R4 είναι ίσο με 12mA. Πόσο είναι το ρεύμα που διαρρέει την R2;

Λύση: Χρησιμοποιούμε κανόνα ρευμάτων του Kirchhoff.
Αρχικά έχουμε -IR1+IR2+IR3=0 => IR2+IR3=IR1.
Όμως IR3=IR4 επειδή οι αντιστάσεις είναι σε σειρά.
Συνεπώς, IR2+IR3=IR1 => IR2=IR1-IR3=37mA - 12mA = 25mA.

Παράδειγμα 2: Στην εικόνα 1, να βρεθεί η τιμή της αντίστασης R του κυκλώματος εάν το ρεύμα που διαρρέει την αντίσταση R1 είναι ίσο με 5mA.

Λύση: Χρησιμοποιούμε κανόνα τάσεων του Kirchhoff.
Αρχικά έχουμε -50V+VR1+VR2+VR3=0 => VR1+VR2+VR3=50V.
Επειδή R, R1, R2 σε σειρά, τότε IR=IR1=IR2=5mA.
Σύμφωνα με νόμο του Ohm --> VR1=IR1*R1=5mA*250Ω = 1,25V.
Ομοίως, VR2=IR2*R2=5mA*1.5kΩ=7.5V.
Συνεπώς, VR1+VR2+VR=50V => VR=50V-VR1-VR2=50-1.25-7.5=41,5V.
Επομένως η R ισούται με: R=V/I=8.3kΩ.

Πηνίο και συντελεστής ποιότητας Q

Το πηνίο αποτελείται από έναν αγωγό (συνήθως από χαλκό) με σπειροειδή μορφή, ο οποίος παρουσιάζει αντίσταση σε διερχόμενο ρεύμα μεταβαλλόμενης έντασης. Η αντίσταση αυτή λέγεται «επαγωγική αντίσταση», ΧL, και μεταβάλλεται με την μεταβολή της συχνότητας του διερχόμενου ρεύματος:

XL = 2 π f L.

Ο συντελεστής ποιότητας Q
Ο συντελεστής ποιότητας είναι βασικό χαρακτηριστικό ενός πηνίου και αρκετά σημαντικό για πηνία ραδιοσυχνοτήτων. Συμβολίζεται με το λατινικό γράμμα Q, είναι ο λόγος της επαγωγικής (XL) προς την αντίσταση (Rs) του πηνίου.
Στις χαμηλές συχνότητες η επιδερμική αντίσταση είναι μικρή και το Q αυξάνεται με την συχνότητα γραμμικά. Από ένα σημείο και μετά όσο αυξάνεται η συχνότητα, αυξάνεται δραματικά η «επιδερμική» αντίσταση και σε συνδυασμό με την ενδοχωρητικότητα το Q μειώνεται στο μηδέν στη συχνότητα (αυτο- )συντονισμού Fr του πηνίου.
Το Q δεν έχει μονάδες και παίρνει συνήθως τιμές από μηδέν έως 300. Όσο λιγότερες οι απώλειες, τόσο μεγαλύτερη τιμή παίρνει το Q. Σε ένα ιδανικό πηνίο, η τιμή Q είναι άπειρη. Όταν το πηνίο συνδεθεί σε κύκλωμα, τότε το συνολικό Q του κυκλώματος θα είναι μικρότερο από το Q του πηνίου (συνήθως στο 1/50). Aρα η τιμή Q ενός πηνίου δεν μπορεί άμεσα να μας προσδιορίσει το πόσο στενή είναι η καμπύλη συντονισμού σε ένα κύκλωμα LC, για παράδειγμα. Όμως τα πηνία παρουσιάζουν συνήθως (όχι πάντα!) χαμηλότερο Q από άλλα εξαρτήματα και έτσι όσο πιο μεγάλο Q έχει ένα πηνίο, τόσο πιο στενή είναι η καμπύλη συντονισμού του κυκλώματος.
Το Q ενός κυκλώματος LC μπορεί να υπολογιστεί με τις παρακάτω εξισώσεις. Η fc είναι η συχνότητα συντονισμού και fl και f2 οι συχνότητες όπου η απόκριση είναι -3 dB από το μέγιστο της καμπύλης συντονισμού (ζώνη διέλευσης).

 

Βασικές αρχές και χαρακτηριστικά των led

Τα LED είναι δίοδοι ημιαγωγοί οι οποίοι όταν δεχτούν μια τάση φωτοβολούν, πιο συγκεκριμένα φωτοβολεί η ένωση ΡΝ. Η λειτουργία τους στηρίζεται στο φαινόμενο LASER και σαν ημιαγωγά υλικά χρησιμοποιούνται οι ενώσεις GaAs, InSb, PbTe, PbS κλπ. Υψηλής φωτεινότητας πηγές στην περιοχή του ορατού δίνουν οι ενώσεις GaAs1-xPx (κόκκινο), InGa1-xPx (κόκκινο), GaΡ(κόκκινο, κίτρινο, πράσινο) και GaN (μπλε, πράσινο, κίτρινο).




Φαινόμενο LASER

Αν ένα άτομο δεχτεί ενέργεια, είτε με μορφή ακτινοβολίας ή με οποιοδήποτε άλλο τρόπο, τότε είναι δυνατό, ηλεκτρόνιο του ατόμου να πάρει ενέργεια και να μεταπηδήσει σε μεγαλύτερη στάθμη ενέργειας, Επειδή το ηλεκτρόνιο δεν μπορεί να καθίσει στην νέα του θέση επανέρχεται στην προηγούμενη και αποβάλει το περίσσευμα της ενέργειάς του με την μορφή ενός φωτονίου δηλαδή με ακτινοβολία. Η διαδικασία αυτή ονομάζεται διέγερση του ατόμου.

Όταν κατορθώσουμε να κάνουμε την διέγερση αυτή εξαναγκασμένη τότε έχουμε ενίσχυση της ακτινοβολίας δηλαδή έχουμε το φαινόμενο LASER (Light Amplification by Stimulated Emission Radiation, ενίσχυση φωτός με εξαναγκασμένη εκπομπή ακτινοβολίας).







Βασικές αρχές των LED

Αν πάρουμε μια ένωση ΡΝ και εφαρμόσουμε στα όριά της μια τάση τότε τα ηλεκτρόνια μετακινούνται από τον Ν κρύσταλλο στον Ρ με μια αυξημένη ενέργεια. Ταυτόχρονα οπές από τον κρύσταλλο Ρ μεταφέρονται στον Ν. Οι φορείς αυτοί φτάνοντας στους άλλους κρυστάλλους επανασυνδέονται αφήνοντας το περίσσευμα της ενέργειας που έχουν με την μορφή φωτονίων. Η ακτινοβολία αυτή και μάλιστα το μήκος κύματος τους, εξαρτάται από το είδος του κρυστάλλου και την κατασκευή της ένωσης ΡΝ.

Η επανασύνδεση των φορέων γίνεται μεταξύ της ζώνης σθένους και της ζώνης αγωγιμότητας. Έτσι λοιπόν η ένωση ΡΝ εκπέμπει ακτινοβολία μετά από κατάλληλη πόλωση. Μια συνεχής ακτινοβολία θα προκύψει μετά από πόλωση που θα δίνει κατάλληλη ενέργεια διέγερσης και επανασύνδεσης. Η κβαντική άντληση, δηλαδή η διαρκής επαναφοραψά των αποδιεγερμένων ηλεκτρονίων στην ζώνη αγωγιμότητας της ένωσης ΡΝ γίνεται από την πηγή πόλωσης της διόδου. Η τάση αυτή είναι μεγαλύτερη από την τάση της ζώνης φραγμού. Έτσι λοιπόν τροφοδοτείται με ηλεκτρόνια η ζώνη αγωγιμότητας και συνεχώς αναπληρώνονται οι απώλειες των ηλεκτρονίων, λόγω των ακτινοβολητικών πτώσεων, συντηρουμένης έτσι της απαιτούμενης μεταφοράς των φορτίων.

Χαρακτηριστικά των LED

Κάθε LED χαρακτηρίζεται από τα ακόλουθα στοιχεία:

1). Το πρώτο χαρακτηριστικό είναι το χρώμα. Τα LED φωτοβολούν σε κόκκινο, πράσινο, πορτοκαλί, κίτρινο, μπλε, υπέρυθρο και υπεριώδες. Κάθε κατασκευαστής δίνει το χρώμα και το μήκος κύματος της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας.

2). Το ηλεκτρικό χαρακτηριστικό. Πιο συγκεκριμένα αναφέρονται η τάση πόλωσης και το ρεύμα της ένωσης ΡΝ. Η τάση κυμαίνεται από 1.5 μέχρι 3V και το ρεύμα γύρω στα 20mA, μεγέθη όμως που εξαρτώνται από τον τύπο και το χρώμα της LED. Επίσης πρέπει να λαμβάνονται υπόψη η ανάστροφη τάση που αντέχει η LED. Αν η τάση αυτή ξεπεραστεί, που συνήθως είναι γύρω στα 3 με 11V, η δίοδος καταστρέφεται.

3). Η θερμοκρασία. Πιο συγκεκριμένα τα όρια λειτουργίας και η θερμοκρασία κατά την κόλληση της LED στο κύκλωμα.

4). Η ισχύς που καταναλώνει κάθε LED. Αυτή εξαρτάται από την θερμοκρασία περιβάλλοντος, όσο αυξάνει η θερμοκρασία τόσο μικραίνει η κατανάλωση.

5). Η επικάλυψη των LED. Αυτή γίνεται ή με διαφανή υλικά ή με υλικά στο χρώμα της ακτινοβολίας. Η επικάλυψη παίζει σπουδαίο ρόλο γιατί από αυτήν εξαρτάται κατά πόσο λιγότερο ή περισσότερο φωτεινή φαίνεται η LED.

Είναι φυσικό ότι όσο αυξάνει το ρεύμα τόσο περισσότερο φωτοβολεί η δίοδος. Το φως όμως μιας LED μπορεί να αυξηθεί όταν ελαττώσουμε την θερμοκρασία της επαφής της.

Τα LED χρησιμοποιούνται σήμερα πάρα πολύ, με κύρια χρήση σε μονάδες απεικόνισης ή στοιχεία ένδειξης σε ηλεκτρονικά ρολόγια, φορητούς υπολογιστές, μετρητές, ηλεκτρονικά όργανα μέτρησης, σε συστήματα οπτικών επικοινωνιών, σε τηλερυθμιστές σε κυκλώματα ελέγχου σαν ένδειξη παροχής ισχύος (ενδείκτες λειτουργίας) κλπ.

Θερμίστορ

Οι αντιστάσεις θερμίστορ είναι βασικά δύο τύπων, οι NTC (Negatiνe Temperature Coefficient, αρνητικού συντελεστή θερμοκρασίας) οι οποίες μικραίνουν την αντίστασή τους με την αύξηση της θερμοκρασίας και οι PTC (Positiνe Temperature Coefficient, θετικού συντελεστή θερμοκρασίας) οι οποίες αυξάνουν την αντίστασή τους με την αύξηση της θερμοκρασίας.

NTC

Κατασκευάζονται από οξείδια των στοιχείων της ομάδας του σιδήρου όπως είναι τα οξείδια του χρωμίου (Cr), μαγγανίου(Μn), σιδήρου(Fe), χαλκού (Cu) ή νικελίου (Νί). Τα οξείδια αυτά έχουν μεγάλη ειδική αντίσταση και μπορεί κάτω από ορισμένες συνθήκες να μετατραπούν σε ημιαγωγούς τύπου Ρ και Ν.

Τα οξείδια κονιοποιούνται ανακατεύονται με συγκρατητική ύλη, μπαίνουν με πίεση σε ειδικά καλούπια, ψήνονται σε ειδικούς φούρνους όπου σε υψηλή θερμοκρασία γίνεται σύντηξη του οξειδίου, τοποθετούνται οι ακροδέκτες, επιστρώνονται με μονωτικό υλικό, μπαίνουν τα χρώματα που δείχνουν τα χαρακτηριστικά τους και δίνονται στο εμπόριο.

Ειδικότερα τα θερμίστορ για την μέτρηση θερμοκρασιών έχουν τα εξής χαρακτηριστικά:

1). Θερμίστορ σε σχήμα χάνδρας είναι κατάλληλα για ανίχνευση θερμοκρασιών σε πολύ στενά επίπεδα ή για επιφάνειες ή για εσωτερικές θερμοκρασίες.

2). Η θερμοκρασία των θερμίστορ είναι τόσο μικρή ώστε να είναι πολύ ευαίσθητα σ' ελάχιστες ή ακαριαίες μεταβολές θερμοκρασίας και υπάρχουν για όλες σχεδόν τις χρονικές καθυστερήσεις.

3). Είναι δυνατόν να μετρηθούν θερμοκρασίες υλικών χωρίς να υπάρχει επαφή και επίσης να μετρηθούν θερμοκρασίες από απόσταση ή να γίνει έλεγχος αυτών από απόσταση.

4). Δεν χρειάζονται αντισταθμιστικές επαφές ούτε κρύες ενώσεις.

5). Όσο μεγαλύτερη είναι η ηλεκτρική αντίσταση του θερμίστορ τόσο μικρότερο είναι το σφάλμα που εισάγεται από τους μεγάλους ακροδέκτες οιοποίοι δεν μπορούν να ξεπερνούν τα 10 μέτρα.

6). Τα θερμίστορ κατασκευάζονται με σταθερή σύνθεση έτσι ώστε με την γήρανσή τους να μην παρουσιάζουν αποκλίσεις και να δίνουν σταθερές ενδείξεις.

7). Για χρήσεις σε θερμοκρασίες κάτω των 150°C μπορεί να παρουσιάζουν ένα σφάλμα της τάξης του ±1 %.

8). Τα θερμίστορ μπορεί να χρησιμοποιηθούν για πλήθος μετρήσεων θερμοκρασιών σε όργανα όπως είναι τα θερμόμετρα, υγρόμετρα, όργανα ελέγχου θερμοκρασιών, ροόμετρα, ροόμετρα υγρών, μετρητές κενού, ανιχνευτές αερίων, συναγερμοί για φωτιά, ανιχνευτές πάγου κλπ. Για την επιλογή ενός θερμίστορ για μέτρηση θερμοκρασίας εξετάζουμε την επίδραση της θέρμανσης πάνω στο του θερμίστορ έτσι ώστε η αντίστασή τον να μην γίνεται πολύ μικρή στην υψηλότερη θερμοκρασία.

Η συνήθης τιμή του Β είναι λίγο μεγαλύτερη στην υψηλότερη αντίσταση και λαμβάνεται για την περιοχή από 0°C μέχρι 100°C.

Για την αντίσταση του θερμίστορ έχουμε σαν αναφορά τις χαρακτηριστικές θερμοκρασίας - αντίστασης. Σημειώστε ότι ο λόγος των αντιστάσεων R/Ro δίνεται για κάθε θερμοκρασία όταν η αντίσταση Ro στους 0°C λαμβάνεται σαν 1.

PTC

Τα θερμίστορ PTC (Positive Temperature Coefficient, θετικού συντελεστή θερμοκρασίας) χαρακτηρίζονται από τον υψηλό θετικό συντελεστή θερμοκρασίας δηλαδή από την αύξηση της τιμής της αντίστασης τους με την αύξηση της θερμοκρασίας. Αυτό βέβαια γίνεται μόνο για ορισμένες περιοχές θερμοκρασίας αφού για άλλες περιοχές ο συντελεστής είναι ή μηδέν ή αρνητικός.

Τα υλικά κατασκευής των PTC είναι μείγματα ανθρακικού βαρίου ή οξειδία στροντίου και τιτανίου τα οποία ανακατεύονται μ' άλλα υλικά μαζί με συγκρατική ύλη. Το υλικό μπαίνει σε καλούπια, θερμαίνεται, προστίθενται οι ακροδέκτες και τα διάφορα χρώματα και δίνονται στο εμπόριο. Γενικά τα θερμίστορ χρησιμοποιούνται σαν εξαιρετικοί ρυθμιστές ρεύματος και θερμοκρασίες σε πολλές εφαρμογές.

Παλαιότερα σαν θερμίστορ χρησιμοποιούνταν νήματα σιδήρου σε ατμόσφαιρα υδρογόνου με μορφή ηλεκτρονικών λυχνιών. Επίσης μια κοινή λυχνία φωτισμού ενεργεί σαν αντίσταση θερμίστορ, περιορισμένης δυνατότητας, αφού αλλάζει την αντίστασή της με την θερμοκρασία.

Ηλεκτρονική πηγή:

http://www.hlektronika.gr/forum/content.php?r=181-%CE%92%CE%B1%CF%83%CE%B9%CE%BA%CE%AD%CF%82-%CE%B1%CF%81%CF%87%CE%AD%CF%82-%CE%BA%CE%B1%CE%B9-%CF%87%CE%B1%CF%81%CE%B1%CE%BA%CF%84%CE%B7%CF%81%CE%B9%CF%83%CF%84%CE%B9%CE%BA%CE%AC-%CF%84%CF%89%CE%BD-%CE%B8%CE%B5%CF%81%CE%BC%CE%AF%CF%83%CF%84%CE%BF%CF%81

ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ OHM

Για να υπάρχει ροή ρεύματος μέσω μιάς αντίστασης θα πρέπει στα άκρα της αντίστασης να εφαρμόσουμε τάση. Ο νόμος του Ohm συνδέει την τάση (V), το ρεύμα (I) και την αντίσταση (R).
Η σχέση αυτή μπορεί να γραφτεί με τρεις τρόπους:

I =V/R
 
R =V/I

V = I x R

όπου:
V=τάση σε Volts (V)
I=ρεύμα σε Amperes (A)
R=αντίσταση σε Ohm (Ω)    ή  
V=τάση σε Volts (V)
I=ρεύμα σε milliamperes (mA)
R=αντίσταση σε Kilohm (KΩ)

Για τα περισσότερα ηλεκτρονικά κυκλώματα το Ampere είναι πολύ μεγάλο μέγεθος και το Ohm είναι πολύ μικρό, οπότε συνήθως μετράμε το ρεύμα σε milliamperes (mA) και την αντίσταση σε kilohms (ΚΩ). Για να εφαρμόζεται ο νόμος του Ohm ίσως χρειαστεί να μετατρέψουμε το ρεύμα ή την αντίσταση σε πολλαπλάσιο ή υποπολλαπλάσιο. (1mA=0.001A και 1ΚΩ=1000Ω)


Μερικά παραδείγματα υπολογισμού:

Εφαρμόζεται μία τάση 12V στα άκρα αντίστασης 1kΩ, πόσο είναι το ρεύμα που την διαρρέει;

Εξίσωση: I=V/R => I=12V/1kΩ => I=12 mA

Η μέτρηση έγινε με το Multisim 11.0

Μία λάμπα που είναι συνδεδεμένη σε μία μπαραρία 6V διαρρέεται από 60mA, πόσο είναι η αντίσταση της λάμπας;

Εξίσωση: R=V/I => R=6/60(mA) => R=0.1KΩ=100Ω

Μία αντίσταση 1.2ΚΩ διαρρέεται από ρεύμα 0.2Α, ποιά είναι η τάση στα άκρα της;

Εξίσωση: V=IxR => V=0.2x1200=240V