Otpornik
Što radi otpornik, kako se čita kod boja, Ohmov zakon, serijski i paralelni spoj, snaga otpornika i zašto se prodaju baš vrijednosti iz niza E12.
Što je otpornik?
Otpornik je komponenta koja se opire struji. Što mu je otpor veći, to kroz njega uz isti napon teče manja struja. Zamisli vodu u crijevu: kroz široko crijevo voda teče lako, a kroz usko teče manje vode, iako je slavina jednako otvorena.
Otpornikom zato ograničavamo struju, na primjer da ne pregori LED-ica ili pin Arduina. Otpornik struju ne troši: koliko struje uđe na jednu nožicu, toliko izađe na drugu (zabluda 1).
Otpor se mjeri u omima (Ω). Za veće vrijednosti koristimo kilo-ome (1 kΩ = 1000 Ω) i mega-ome (1 MΩ = 1 000 000 Ω).
Otpornik nema plus i minus, pa ga možemo okrenuti kako god želimo. Na shemi ga u Europi crtamo kao pravokutnik, a u američkim shemama kao cik-cak crtu. Ostale simbole pronaći ćeš na stranici Elektroničke komponente, simboli i sheme.
Kako pišemo vrijednost?
Istu vrijednost možeš vidjeti napisanu na tri načina:
| Zapis | Primjer | Gdje ga vidiš |
|---|---|---|
| u omima | 4700 Ω | u izračunima, na primjer po Ohmovu zakonu |
| s predmetkom k ili M | 4,7 kΩ | u tekstu, na ovoj stranici, na multimetru |
| slovo umjesto zareza | 4k7 | na shemama, vrećicama i trakama s otpornicima |
Predmetak k (kilo) znači tisuću puta, a M (mega) milijun puta. Iz kilo-oma u ome množiš s 1000: 4,7 kΩ = 4,7 × 1000 Ω = 4700 Ω. Natrag dijeliš s 1000: 4700 Ω / 1000 = 4,7 kΩ.
U zapisu 4k7 slovo stoji na mjestu decimalnog zareza: 4k7 je 4,7 kΩ, 2k2 je 2,2 kΩ, a 1M5 je 1,5 MΩ. Za vrijednosti manje od 1 kΩ piše se slovo R: 4R7 je 4,7 Ω, a 220R je 220 Ω. Znak Ω se tada izostavlja, pa na shemi piše samo 10k ili 220R. Takav zapis ima dvije prednosti:
- Mala točka ili zarez lako se izgube kad se shema ispiše ili fotokopira, pa bi se 4,7 moglo pročitati kao 47. Slovo se ne izgubi.
- U hrvatskom tekstu pišemo 4,7 kΩ, sa zarezom, a u engleskom 4.7 kΩ, s točkom. Zapis 4k7 je isti u svim jezicima.
Kod boja
Otpornici su premali da bi se na njih napisao broj, pa je vrijednost zapisana prstenovima u boji. Najčešći otpornici imaju četiri prstena:
- prvi prsten je prva znamenka,
- drugi prsten je druga znamenka,
- treći prsten kaže koliko puta pomnožiti te dvije znamenke,
- četvrti prsten, odmaknut od ostalih, je tolerancija: koliko stvarni otpor smije odstupati od upisanog.
| Boja | Znamenka | Množitelj | Tolerancija |
|---|---|---|---|
| crna | 0 | ×1 | |
| smeđa | 1 | ×10 | ±1 % |
| crvena | 2 | ×100 | ±2 % |
| narančasta | 3 | ×1 k | |
| žuta | 4 | ×10 k | |
| zelena | 5 | ×100 k | ±0,5 % |
| plava | 6 | ×1 M | ±0,25 % |
| ljubičasta | 7 | ×10 M | ±0,1 % |
| siva | 8 | ||
| bijela | 9 | ||
| zlatna | ×0,1 | ±5 % | |
| srebrna | ×0,01 | ±10 % |
Primjer sa slike: žuta (4), ljubičasta (7), crvena (×100) i zlatna (±5 %) znače 47 × 100 Ω = 4700 Ω = 4,7 kΩ. Stvarni otpor smije biti 5 % manji ili veći, od 4465 Ω do 4935 Ω.
Otpornici s pet prstenova
Precizniji otpornici imaju pet prstenova. Često su svijetloplavi, a ne bež kao obični. Imaju jednu znamenku više:
- prvi prsten je prva znamenka,
- drugi prsten je druga znamenka,
- treći prsten je treća znamenka,
- četvrti prsten je množitelj,
- peti prsten, odmaknut od ostalih, je tolerancija, najčešće smeđa (±1 %) ili crvena (±2 %).
Boje znače isto kao u tablici gore. Otpornik od 4,7 kΩ s pet prstenova ima žutu (4), ljubičastu (7), crnu (0), smeđu (×10) i smeđu (±1 %): 470 × 10 Ω = 4700 Ω = 4,7 kΩ. Njegov stvarni otpor smije odstupati samo 1 %, od 4653 Ω do 4747 Ω.
Savjeti za čitanje:
- Prvo prebroji prstenove. Kod četiri prstena množitelj je treći, a kod pet prstenova četvrti.
- Otpornik okreni tako da je prsten tolerancije, odmaknut od ostalih, desno. Tada čitaš slijeva. Kod četiri prstena to je obično zlatni ili srebrni prsten.
- Kod pet prstenova tolerancija je često smeđa, a smeđa može biti i prva znamenka. Tada pomaže razmak: prsten tolerancije je dalje od ostalih, a prvi prsten je bliže kraju otpornika.
- Ako nisi siguran u boje, izmjeri otpor multimetrom ili ga izračunaj kalkulatorom otpornika.
Ohmov zakon
Koliko struje teče kroz otpornik, ovisi o naponu na njemu i o njegovu otporu. To kaže Ohmov zakon:
Na grafu je struja kroz tri otpornika dok napon raste od 0 do 5 V. Svaki je ravna crta: dvostruko veći napon daje dvostruko veću struju. Što je otpor manji, crta je strmija. Kroz 220 Ω na 5 V teče oko 23 mA, a kroz 4,7 kΩ samo oko 1 mA.
Serijski i paralelni spoj
- Serijski, jedan za drugim: otpori se zbrajaju. Dva otpornika od 1 kΩ daju 2 kΩ.
- Paralelno, jedan pokraj drugoga: struja ima dva puta, pa je ukupni otpor manji od svakog pojedinog. Dva jednaka otpornika daju pola otpora: dva od 1 kΩ daju 500 Ω.
Za različite otpornike vrijede formule:
Otpornik na Arduino radionici
Od ovog mjesta stranica je za Arduino radionicu.
Snaga otpornika
Otpornik električnu energiju pretvara u toplinu. Snaga koju pretvara je:
Zašto baš te vrijednosti?
U trgovini nećeš naći otpornik od 2000 Ω, nego od 1,8 kΩ i 2,2 kΩ. Otpornici se proizvode u nizovima vrijednosti, a najčešći je niz E12, s 12 vrijednosti u svakoj dekadi:
1,0 – 1,2 – 1,5 – 1,8 – 2,2 – 2,7 – 3,3 – 3,9 – 4,7 – 5,6 – 6,8 – 8,2
pomnoženo s 1, 10, 100, 1000… (220 Ω, 4,7 kΩ, 68 kΩ). Svaka vrijednost je oko 1,2 puta veća od prethodne. Zašto baš tako? Zbog tolerancije. Otpornik od 1,0 kΩ s tolerancijom ±10 % može imati od 0,9 do 1,1 kΩ, a otpornik od 1,2 kΩ od 1,08 do 1,32 kΩ. Područja se dodiruju ili preklapaju (ostaju samo dva sitna razmaka, oko 1,33 i 2,42), pa je gotovo svaka vrijednost između 1 i 10 pokrivena barem jednim otpornikom iz niza. Nema smisla proizvoditi 1,1 kΩ kad ga 1,0 i 1,2 kΩ već pokrivaju.
Otpornici s manjom tolerancijom (±5 %) imaju i gušći niz E24, s 24 vrijednosti u dekadi (2,0, 2,4, 3,0, 5,1…), a precizni otpornici s pet prstenova (±1 %) niz E96, s 96 vrijednosti. Kad izračunaš otpor koji nije u nizu, uzmi najbližu vrijednost iz niza. Za otpornik koji ograničava struju, uz LED-icu ili na bazi tranzistora, uzmi prvu veću, da struja bude malo manja, a ne veća.
Otpornik u sklopu
Otpornik u sklopovima na radionici ima nekoliko poslova:
- ograničava struju LED-ice ili pina: pogledaj stranicu LED i kalkulator otpornika za LED,
- dijeli napon: dva otpornika u seriji su djelilo napona, opisano u lekciji Djelilo napona, Arduino i PWM,
- drži ulaz u poznatom stanju: pull-up ili pull-down otpornik uz tipkalo, iz lekcije Tipkala kako treba,
- štiti pin kad spajamo dva Arduina, kao na stranici Kratki spoj.
SMD otpornici
Na tvorničkim pločicama, pa i na samom Arduinu, otpornici su sitni pravokutnici bez nožica (SMD, od engleskog surface mount device). Na njima je broj od tri znamenke: prve dvije su znamenke, a treća koliko nula dodati. 472 je 47 i dvije nule, 4700 Ω = 4,7 kΩ, a 103 je 10 000 Ω = 10 kΩ. Slovo R stoji na mjestu decimalnog zareza, kao u zapisu 4k7: 4R7 je 4,7 Ω.
Što smo naučili?
- Otpornik se opire struji i tako je ograničava. Otpor se mjeri u omima (Ω), a otpornik nema plus i minus.
- Istu vrijednost pišemo kao 4700 Ω, 4,7 kΩ ili 4k7, gdje slovo stoji na mjestu zareza.
- Vrijednost otpornika čitamo iz prstenova u boji: dvije znamenke (kod pet prstenova tri), množitelj i tolerancija.
- Po Ohmovu zakonu struja je napon podijeljen otporom: I = U / R.
- Serijski se otpori zbrajaju, a paralelno je ukupni otpor manji od svakog pojedinog.
- Otpornik pretvara energiju u toplinu, pa uz otpor treba paziti i na snagu. Vrijednosti otpornika dolaze iz nizova E12 i E24.
Mali kviz
1. Koju vrijednost ima otpornik s prstenovima crvena, crvena, smeđa, zlatna?
2. Kojim su bojama označeni prvi tri prstena otpornika od 10 kΩ?
3. Kolika struja teče kroz otpornik od 220 Ω na naponu od 5 V?
4. Koliki je ukupni otpor dvaju otpornika od 2,2 kΩ spojenih serijski, a koliki kad su spojeni paralelno?
5. Zašto otpornik od 100 Ω ne smiješ spojiti izravno na bateriju od 9 V?
6. Izračunao si da ti za LED-icu treba 200 Ω. Koji otpornik iz niza E12 uzimaš?
7. Koju vrijednost ima otpornik s prstenovima crvena, crvena, crna, crna, smeđa?
8. Na shemi piše 2k2. Kako to napišeš u omima, a kako s predmetkom?
