II semestar (2+2+0) Prof. dr Dragan Pantić, kabinet 337 ...mikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/Lec_03_Otpornici_2019.pdf · Otpornici od kojih se ne traže posebni zahtevi po

II semestar (2+2+0)

Prof. dr Dragan Pantić, kabinet 337

[email protected]

2019 – Predavanje 3

http://mikro.elfak.ni.ac.rs

3/18/2019 Elektronske komponente - Uvod 2

Kako preuzeti predavanja?

3/18/2019

Elektronske komponente -

Pasivne komponente 3

http://mikro.elfak.ni.ac.rs/predmeti/elektronske-komponente/

Osnovne SI jedinice

3/18/2019



Osnovna veličina

Dužina metar m

Masa kilogram kg

Vreme sekunda s

Električna struja amper A

Termodinamička temperatura kelvin K

Količina supstance mol mol

Jačina svetlosti kandela cd

Izvedene jedinice

3/18/2019



Jednosmerni signali

Jednosmerna struja uvek

ima isti smer, ali pri tome

može da raste ili opada

Jednosmerni napon je

uvek pozitivan (ili

negativan), i može da

raste ili opada

3/18/2019



Naizmenični signali

Naizmenična struja

menja svoj smer

Naizmenični napon

menja polarizaciju (+ ili -)

Brzina promene smera ili

polarizacije se naziva

frekvencija AC (broj

promena u sekundi)

3/18/2019



Karakteristike signala

Amplituda – maksimalna

vrednost napona

Peak-voltage – drugi naziv

za amplitudu

Peak-peak voltage –

dvostruka amplituda

Time period – vreme za koje

signal kompletira ciklus

Frekvencija – broj ciklusa u

sekundi

3/18/2019



RMS vrednost

(Root Mean Squae)

AC signal stalno menja svoju

vrednost i najvećim delom je

manji od svoje maksimalne

vrednosti tako da to ne

predstavlja dobru meru signala

Zato uvodimo VRMS, pri čemu

je data veza sa maksimalnom

vrednošću signala Vpeak

Veza važi samo za sin waves!

3/18/2019



3/18/2019



Pasivne komponente

Otpornici Opšte o otpornicima

Nenamotani otpornici stalne otpornosti

Namotani otpornici stalne otpornosti

Potenciometri – otpornici promenljive otpornosti

Nelinearni otpornici

3/18/2019



Opšte o otpornicima

Vrste otpornika

Osnovne karakteristike otpornika

Nizovi nazivnih vrednosti otpornosti i

klase tačnosti

Označavanje otpornika

Stabilnost karakteristika otpornika

Frekventna svojstva otpornika

3/18/2019



Otpornik je komponenta

koja ima tačno određenu

vrednost otpornosti.

Osnovna namena - koristi se regulaciju

(raspodelu) energije u električnom kolu

promenljivi otpornik

reostat

promenljivi otpornik

potenciometarotpornik

Ohms Law Wheel

E ili U – električni

potencijal (napon) u V

I – struja u A

R – otpornost u W

P – snaga u W

3/18/2019



Redno otporno kolo

3/18/2019



Struja je konstantna – postoji samo jedan put od tačke A do tačke B

Ekvivalentna otpornost - jednaka zbiru otpornosti svih otpornika

3/18/2019



3/18/2019



Razdelnik napona

3/18/2019



3/18/2019



Potenciometar kao podesivi

razdelnik napona

3/18/2019



Primena - pojačanje

3/18/2019



Primena – pokazivanje nivoa tečnosti

3/18/2019



Primena – pokazivanje nivoa tečnosti

3/18/2019



Paralelno otporno kolo

3/18/2019



3/18/2019



Napon je konstantan

3/18/2019



3/18/2019



Kirchoff-ov zakon

Razdelnik struje

3/18/2019



Razdelnik struje

3/18/2019



Primena – auto-elektronika

3/18/2019



Primena – kućna instalacija

3/18/2019



230V

3/18/2019



3/18/2019



Vrste otpornika Osnovne karakteristike otpornika

Nizovi nazivnih vrednosti otpornosti i klase

tačnosti





OTPORNICI

OTPORNICI STALNE OTPORNOSTI

OTPORNICI ROMENLJIVE OTPORNOSTI

NELINEARNI OTPORNICI


OTPORNICI

SLOJNI OTPORNICI

MASENI OTPORNICI

ŽIČANI OTPORNICI


OTPORNICI

OTPORNICI OPŠTE NAMENE

Otpornici od kojih se ne traže posebni zahtevi po pitanju tačnosti i stabilnosti karakteristika

OTPORNICI POSEBNE NAMENE

Visokoomski, visokofrekventni, otpornici povišene stabilnosti (precizni i poluprecizni)

3/18/2019



Konstrukcija otpornika

slojni sa narezima

žičani otpornik

otpornik u obliku

diska

potkovičasti

cilindrični

slojni sa prorezima

slojni

prstenasti

Cilindrični otpornik

3/18/2019



Slojni cilindrični otpornik

3/18/2019



Slojni otpornik

3/18/2019



Slojni otpornik sa prorezima

3/18/2019



Slojni otpornik sa narezima

3/18/2019



Žičani otpornik

3/18/2019



Potkovičasti otpornik

3/18/2019



Prstenasti otpornik

3/18/2019



Otpornik u obliku diska

3/18/2019



3/18/2019



Vrste otpornika



tačnosti





Osnovne

karakteristike

otpornika

Nazivna

(nominalna)

otpornost

Nazivna

(nominalna)

snaga

Granični i dozvoljeni napon

3/18/2019



Nazivna (nominalna) otpornost

Nazivna ili nominalna otpornost

otpornika predstavlja njegovu

otpornost pri normalnim radnim

uslovima.

Nazivna otpornost otpornika i dozvoljeno

odstupanje otpornosti od nazivne

vrednosti (tolerancija) se najčešće se

označavaju na samom otporniku

3/18/2019



Otpornost otpornika konstantnog

preseka površine S i dužine l data

je izrazom:

ρ je specifična otpornost

otpornog materijala, koja se

izražava u Ωmm2/m, Ωm ili Ωcm

3/18/2019



3/18/2019



3/18/2019



S obzirom da kod slojnih otpornika

debljina otpornog sloja može biti veoma

mala, često znatno ispod 1 μm, to je kod

njih u velikoj meri poremećena idealna

atomska struktura

Zbog toga se za karakterizaciju tankog

otpornog sloja koristi slojna otpornost RS

jednaka odnosu specifične otpornosti

tankog sloja ρh i njegove debljine h i

izražava se u Ω/□.

3/18/2019



3/18/2019



Nazivna (nominalna) snaga

Nazivna snaga (PNOM) je maksimalna

dopustiva snaga koja se razvija na

otporniku u toku relativno dugog vremena

pri neprekidnom opterećenju i odredjenoj

temperaturi okolne sredine, pri čemu

parametri otpornika ostaju u odredjenim

definisanim granicama.

3/18/2019



Pri opterećenju snagama koje suveće od nazivne snage dolazi do razaranja otpornog materijala, čimese smanjuje radni vek otponika, ili u nekim slučajevima dolazi do njegovogpregorevanja.

Nazivna snaga zavisi od dimenzija otpornika,

uslova hladjenja, i

uslova eksploatacije.

3/18/2019



Odredjivanje nazivne snage se zasniva namaksimalnoj temperaturi koju ne sme dapredje nijedno mesto na otporniku.

Vrednost nazivne snage odredjujemaksimalnu vrednost struje krozotpornik.

Imax = (Pn /R)0.5

Vrednosti nazivnih snaga odredjene sustandardom: 0.125W (B), 0.25W (C), 0.5W (E), 1W (G), 2W (J), 3W (K), 4W (L), 5W i 10W

3/18/2019



Obeležavanje nazivnih snaga otpornika

i dimenzije pojedinih otpornika odgovarajuće nazivne snage

Snaga na otporniku

R = 1kW

Pn = 0,25W

U = 5V

I = 5mA

Pn = 0,025W

Tmax = 29oC

Tamb = 26oC

3/18/2019



Snaga na otporniku

R = 1kW

Pn = 0,25W

U = 15V

I = 15mA

Pn = 0,225W

Tmax = 54oC

Tamb = 26oC

3/18/2019



3/18/2019



Vrste otpornika


Nizovi nazivnih vrednosti

otpornosti i klase tačnosti




3/18/2019



Nizovi nazivnih vrednosti otpornosti

Razlog: definisanje tačno utvrđenih vrednostiotpornosti, odnosno kapacitivnosti.

Uvođenje uniformnosti u proces proizvodnjeotpornika i kondenzatora.

Koriste se nizovi nazivnih (nominalnih) vrednostiotpornosti i kapacitivnosti.

Ovi nizovi se označavaju slovom E. Tako, postoje nizovi E6, E12, E24...E192 i kazujukoliko u navedenim nizovima ima nazivnihvrednosti otpornosti, odnosno kapacitivnosti.

3/18/2019



E3 E620%

E1210%

E245%

E482%

E961%

E192

10

22

47

10

15

22

33

47

68

10

12

15

18

22

27

33

39

47

56

68

82

10

11

12

13

15

16

18

20

22

24

27

30

33

36

39

43

47

51

56

62

68

75

82

91

562

590

619

649

681

715

750

787

825

866

909

953

562

576

590

604

619

634

649

665

681

698

715

732

750

768

787

806

825

845

866

887

909

931

953

976

.

.

.

E24 – najčešće korišćeni otpornici

3/18/2019



3/18/2019



Klase tačnosti U procesu proizvodnje komponenata dobijaju se i

komponente kod kojih postoji odstupanje otpornosti, kapacitivnosti, induktivnosti, itd. od nazivne vrednosti.

Maksimalno dozvoljeno odstupanje otpornosti, kapacitivnosti ili induktivnosti od nazivne vrednosti,

δ = ΔNimax/Ni

određeno je klasom tačnosti, odnosno tolerancijom.

Tolerancija se obično izražava u procentima.

Za otpornike i kondenzatore opšte namene propisane su tolerancije: ±0.1%, ±0.25%, ±0.5%, ±1%, ±2%, ±5%, ±10% i ±20%.

3/18/2019



Nazivne vrednosti veličina i tolerancija međusobno supovezane tako da se maksimalna stvarna vrednostveličine Nimax pri nazivnoj vrednosti Ni poklopi saminimalnom stvarnom vrednošću parametra N(i+1)minsledeće nazivne vrednosti N(i+1):

Nmax ≅ N(i+1)min

Na primer, za niz E6 je tolerancija δ = 0.2:

Ri = 2.2 kΩ → Rimax = 2.2(1 + 0.2) = 2.64 kΩ

R(i+1) = 3.3 kΩ → R(i+1)min = 3.3(1 − 0.2) = 2.64 kΩ.

Dobija se potpuno poklapanje vrednosti otpornosti.

Nema smisla proizvoditi otpornike sa nazivnimvrednostima otpornosti većim od 2.2 kΩ i manjim od 3.3 kΩ ako se radi sa tolerancijom ±20%.

3/18/2019



E6 Rimin Ri Rimax

1 0.8kW 1kW 1.2kW

2 1.2kW 1.5kW 1.8kW

3 1.76kW 2.2kW 2.64kW

4 2.64kW 3.3kW 3.96kW

3/18/2019



Vrste otpornika



tačnosti

Označavanje otpornika Stabilnost karakteristika otpornika


3/18/2019




Otpornik mora sadržati sledeće podatke:

nazivnu otpornost (u Ω, kΩ ili MΩ),

toleranciju nazivne otpornosti,

nazivnu snagu (u W),

granični napon (u V), itd.

Ovi podaci se na otporniku označavaju datim redosledom, a ako na telu otpornikanema mesta za sve podatke, ondaprvenstvo imaju oznake po nabrojanomredosledu.

3/18/2019



Označavanje otpornika Vrednosti nazivnih otpornosti, kao i

tolerancija te otpornosti, nanose se na telo otpornika ispisivanjem cifara i slova, ili boja.

Otpornost čip otpornika obično se označava pomoću tri cifre, pri čemu treća cifra kazuje koliko nula ima iza prve i druge cifre.

Na primer: 220 Ω ≡ 221; 47 Ω ≡ 470;5600 Ω ≡ 562.

Kada se označavanje vrši ciframa i slovima koristi se skraćena notacija

3/18/2019



Jedinica

merenja

Označavanje Primer

označavanja

Značenje

om (W) E ili R E47 ili R47

4E7 ili 4R7

47E ili 47R

0,47 Ω

4,7 Ω

47 Ω

kiloom (kW) K K47

4K7

47K

0,47 kΩ ≡ 470 Ω

4,7 kΩ

47 kΩ

megaom (MW) M M47

4M7

47M

0,47 MΩ ≡ 470 kΩ

4,7 MΩ

47 MΩ

gigaom (GW) G G47

4G7

47G

0,47 GΩ ≡ 470 MΩ

4,7 GΩ

47 GΩ

teraom (TW) T T47

1T0

0,47 TΩ ≡ 470 GΩ

1,0 TΩ

3/18/2019



Označavanje bojama Označavanje bojama vrši se tako da počinje prvom

bojom (odnosno trakom) koja je bliža jednom kraju otpornika.

Oznakom sa četiri trake označavaju se otpornici sa dvocifrenom osnovnom vrednošću otpornosti i sledećim vrednostima tolerancije otpornosti: ± 1%, ± 2%, ± 5%, ±10% i ± 20%.

Sa pet traka označavaju se otpornici koji imaju trocifrenu osnovnu vrednost otpornosti, sa tolerancijom otpornosti ±0,1%, ±0,25%, ±0,5%, ± 1% i ± 2%.

Označavanje otpornika sa tolerancijama otpornosti ± 1% i ± 2% može biti i sa četiri boje i sa pet boja.

Za otpornike kod kojih je bitna mala temperaturna promena otpornosti, pri označavanju bojama mogu se koristiti i šest traka; u tom slučaju, šesta traka, koja je dvostruko šira od ostalih, označava vrednost temperaturnog koeficijenta otpornosti

3/18/2019



Označavanje otpornika bojama

3/18/2019



Primer označavanja otpornika sa dvocifrenim osnovnim brojem:

otpornik otpornosti 1200 Ω sa dozvoljenim odstupanjem

otpornosti ± 5%

102 ±5%21

E24

3/18/2019



Primer označavanja otpornika sa trocifrenim osnovnim brojem:

otpornik otpornosti 86,4 Ω sa dozvoljenim odstupanjem otpornosti

±0,1% i nekoliko takvih otpornika; napomena: da ne bi došlo do

zabune, peta traka može biti šira od ostalih 1,5 do 2 puta.

8 6 4 10-1 ±0,1%

E192

3/18/2019



3/18/2019



3/18/2019



3/18/2019



Vrste otpornika



tačnosti


Stabilnost karakteristika

otpornika


3/18/2019



Stabilnost karakteristika otpornka

Otpornost otpornika se menja pod dejstvom različitih spoljašnjih uticaja:

Toplota - hladnoća

Vlažnost

Pritisak

Mehanički uticaji - potresi

Radijacija

Promene otpornosti mogu biti povratne inepovratne.

3/18/2019



Temperaturna stabilnost otpornosti

Povratne promene otpornosti otpornika pri

porastu temperature karakterišu se

temperaturnim koeficijentom otpornosti

αR:

R0 - otpornost otpornika na temperaturi T0

3/18/2019



Kod nenamotanih otpornika αR = ± (1-10) · 10-4 1/°C

Kod namotanih otpornika αR = ± 2 · 10-4 1/°C

vrednost αR tankih slojeva zavisi od: debljine sloja,

sastava legure,

načina nanošenja filma,

vrste podloge i

temperature.

Zavisnost temperaturnog koeficijenata otpornostiαR nihromskog (nihrom − legura nikla i hroma) tankog filma od debljine filma prikazana je naslici.

3/18/2019



vrlo tanki filmovi nihroma imaju αR < 0, a kod određene

debljine sloja αR = 0

Relativna promena otpornosti za

neku definisanu vrednost TCRTCR – Temperature Coefficient of Resistance

3/18/2019



3/18/2019



Za opseg radnih temperatura ΔT = T - T0 otpornostotpornika stalne otpornosti na nekoj temperaturi T vrlopribližno je jednaka:

Dugotrajno dejstvo povišene temperature uzrok je nepovratnih promena otpornosti ili oštećenja otpornika.

Za svaki otpornik postoji maksimalna temperatura okolnesredine do koje se on može opteretiti nazivnom snagom(slika).

Ako otpornik radi na višim temperaturama, dozvoljenasnaga na otporniku mora biti manja od definisanenazivne snage za taj otpornik.

../../../Panta/Homepage/F99_009/Notes/Resistors/res8.htm#DSO

3/18/2019



Zavisnost nazivne snage otpornika

od temperature okolne sredine

3/18/2019



Kada je T>T0 snaga koju otpornik predajespoljašnjoj sredini je:

S - površina hladjenja

α = (1-2)·10-3 W/cm2°C - koeficijent prenošenja toplote

Temperatura pregrevanja se može odreditiprema izrazu:

P0 je snaga emitovana sa jedinićne površineotpornika i naziva se specifična snagadisipacije.

Recipročna vrednost ove veličine predstavljaspecifičnu površinu hladjenja.

3/18/2019



3/18/2019



Uticaj vlažnosti na otpornost

Vlažna površina otpornika stvara provodni "most".

Usled oksidacije i elektrohemijskih procesa razara se provodni sloj otpornika.

Površina otpornika se štiti kvalitetnim lakovima, emajlima ili ulaganjem u plastičnu masu.

Savremeni otpornici mogu raditi u uslovima relativne vlažnosti i do 98%.

3/18/2019



Električno opterećenje Otpornost nenamotanih otpornika se menja (opada) i pri neznatnom

porastu napona na otporniku. Ovu promenu otpornosti definiše naponski koeficijent otpornosti:

αU = 1/U · ΔR/R · 100 (%/V) Kod žičanih i metalslojnih otpornika vrednost koeficijenta αU je

zanemarljiva.

Kod otpornika od mase i slojnih kompozicionih otpornika o ovom koeficijentu se mora voditi računa (njegova vrednost je negativna)

Koeficijent opterećenja KU se definiše kao:

KU = (R2 - R1 )/R1 R1 - otpornost merena pri 10% nazivne snage

R2 - otpornost merena pri 100% nazivne snage

Totalni koeficijent opterećenja Kt definiše ukupnu promenu otpornosti usled nelinearnosti strujno-naponaske karakteristike i zagrevanja.

3/18/2019



Šumovi Termički ili Dzonsonov šum je posledica termičke

fluktuacije nosilaca naelektrisanja i ne zavisi od vrstematerijala.

Strujni šum javlja se samo kada protiče struja krozotpornik, a posledica je promene površine kontakataizmedju zrna otpornog materijala pri proticanju struje krozotpornik. Strujni šum zavisi od fizičkih osobina materijala i načina izrade otpornika.

Strujni šum zavisi od struje koja protiče kroz otpornik.

Strujni šum slabo zavisi od temperature.

Postoje dve standardne grupe otpornika (frekventni opseg 60-6000Hz):

I < 1µV/V

II < 5µV/V

3/18/2019



Zavisnost termičkog i strujnog šuma od učestanosti

3/18/2019



Zavisnost strujnog šuma od otpornosti tri tipa otpornika

3/18/2019



Vrste otpornika



tačnosti




3/18/2019




Otpornik poseduje raspodeljene reaktivne parazitne elemente: L' - parazitna induktivnost

C' - parazitna kapacitivnost

Ekvivalenta šema otpornika sa raspodeljenim reaktivnim elementima prikazana je na slici

../../../Panta/Homepage/F99_009/Notes/Resistors/res12.htm#EKSEMA

3/18/2019



Na niskim učestanostima otpornost otpornika se može smatrati aktivnom. Drugim rečima, mogu se zanemariti L'i C'.

Na visokim učestanostima otpornik se ponaša kao impedansa. L' i C' zavise od oblika i broja spiralnih navoja otpornog sloja (C' ima vrednosti do 1pF/cm, dok se vrednosti L' kreću od nekoliko nH/cm do 1µH/cm).

Uprošćene ekvivalentne šeme otpornika: a)velike otpornosti (visokoomskih otpornika) i b) male otpornosti (niskoomskih otpornika), prikazane su na slici

../../../Panta/Homepage/F99_009/Notes/Resistors/res12.htm#UPSEMA

3/18/2019



Kod otpornika velike otpornosti

(R>(L'/C')0.5) može se zanemariti

induktivnost otpornika pa je aktivna

komponenta kompleksne otponosti

jednaka:

Ra = Rn /(1 + (ωCpRn )2)

Rn - nazivna otpornost

Cp - raspodeljena kapacitivnost

3/18/2019



Smanjivanje Ra na visokim učestanostima (slika) zavisi i od površinskih efekata, skin efekta idielektričnih gubitaka.

../../../Panta/Homepage/F99_009/Notes/Resistors/res12.htm#OTPF

Vrste otpornika

3/18/2019



Vrste otpornika


Resistors

FilmCarbon

Metal

Paste

Power metal strip Metal

Foil Metal

Wirewound Metal

Composition Carbon

Film - metal

3/18/2019



MELF otpornik(Metal Electrode Leadless Face)

3/18/2019



Kompozitni otpornik

3/18/2019



Žičani namotani otpornik

3/18/2019



Metal strip otpornici

3/18/2019



Metal foil otpornik

3/18/2019



Specijalne vrste otpornika

Otpornici kojima se vrednost trimuje

laserom tek pošto se montiraju u uređaj

Visokofrekventni otpornici pogodni za

mikrotalasne primene

Topljivi otpornici koji postaju visokootporni

kada struja prekorači definisanu vrednost

Otporni nizovi čije karakteristike definiše

korisnik

3/18/2019



3/18/2019



Documents

II semestar (2+2+0) Prof. dr Dragan Pantić, kabinet 337 ...mikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/Lec_03_Otpornici_2019.pdf · Otpornici od kojih se ne traže posebni zahtevi po