Herhangi bir devrede voltaj, akım ve direnç arasındaki ilişki çok düzenli olduğundan, bir devredeki herhangi bir değişkeni, diğer ikisini kontrol ederek güvenilir bir şekilde kontrol edebiliriz. Belki de herhangi bir devrede kontrol edilmesi en kolay değişken, direncidir. Bu, iletken bileşenlerinin malzemesini, boyutunu ve şeklini değiştirerek yapılabilir (bir lambanın ince metal filamentinin kalın bir telden nasıl daha fazla elektrik direnci yarattığını hatırlayın?).
Direnç nedir?
Direnç adı verilen özel bileşenler , bir devreye sokulmak üzere kesin bir direnç miktarı yaratmak amacıyla yapılır. Tipik olarak metal tel veya karbondan yapılırlar ve çok çeşitli çevre koşullarında kararlı bir direnç değerini koruyacak şekilde tasarlanmıştır.
Lambaların aksine, ışık üretmezler, ancak elektrik gücü çalışan bir devrede dağıtıldığı için ısı üretirler. Tipik olarak, yine de, bir direncin amacı kullanılabilir ısı üretmek değil, sadece kesin bir miktarda elektrik direnci sağlamaktır.
Direnç Şematik Sembolleri ve Değerleri
Bir direnç için en yaygın şematik sembol bir zikzak çizgisidir.
Ohm cinsinden direnç değerleri genellikle bitişik bir sayı olarak gösterilir ve bir devrede birkaç direnç varsa, bunlar R 1 , R 2 , R 3 vb. Gibi benzersiz bir tanımlayıcı numarasıyla etiketlenir . Gördüğünüz gibi direnç semboller yatay veya dikey olarak gösterilebilir.
Gerçek dirençler, zikzak sembolü gibi görünmüyor. Bunun yerine, bir devreye bağlantı için çıkıntı yapan iki telli küçük tüpler veya silindirler gibi görünürler. İşte farklı tür ve boyutlarda dirençlerin bir örneklemesi;
Fiziksel görünümleriyle daha fazla uyumlu olarak, bir direnç için alternatif bir şematik sembol küçük, dikdörtgen bir kutuya benzer.
Dirençlerin sabit dirençlerden ziyade değişen dirençlere sahip olduğu da gösterilebilir. Bu, ayarlanabilir bir direnç sağlamak amacıyla tasarlanmış gerçek bir fiziksel cihazı açıklamak amacıyla olabilir veya kararsız bir dirence sahip olan bir bileşeni göstermek olabilir.
Aslında, içinden çapraz bir okla çizilmiş bir bileşen sembolü gördüğünüzde, bu bileşenin sabit bir değer yerine bir değişkeni vardır. Bu sembol “değiştirici” (köşegen ok), standart elektronik sembol geleneğidir.
Değişken Dirençler
Değişken dirençler, elektrik direnci miktarını değiştirmek için hareket ettirilebilen dönen bir şaft veya kol gibi bazı fiziksel ayarlama araçlarına sahip olmalıdır. Değişken dirençler olarak kullanılabilen potansiyometre adı verilen bazı cihazları gösteren bir fotoğraf:
Dirençlerin Güç Derecesi
Dirençler, üzerlerindeki elektrik akımları dirençlerinin “sürtünmesini” aştıkça ısı enerjisini dağıttığı için, dirençler ayrıca aşırı ısınmadan ve hasarı sürdürmeden ne kadar ısı enerjisi dağıtabilecekleri açısından değerlendirilir. Doğal olarak, bu güç derecesi “watt” fiziksel birimi ile belirtilir. Taşınabilir radyolar gibi küçük elektronik cihazlarda bulunan dirençlerin çoğu 1/4 (0,25) watt veya daha düşük olarak derecelendirilmiştir.
Herhangi bir direncin güç derecesi, fiziksel boyutuyla kabaca orantılıdır. İlk direnç fotoğrafında, güç derecelendirmelerinin boyutla nasıl ilişkili olduğuna dikkat edin: direnç ne kadar büyükse, güç dağıtma derecesi o kadar yüksek olur. Ayrıca, dirençlerin (ohm cinsinden) boyutla ilgisi olmadığına da dikkat edin! Şimdi elektrik akımına direnmekten başka hiçbir şey yapmayan bir cihaza sahip olmak anlamsız görünse de, dirençler devrelerde son derece kullanışlı cihazlardır.
Basit oldukları ve elektrik ve elektronik dünyasında çok yaygın olarak kullanıldıkları için, dirençler ve pillerden başka hiçbir şey içermeyen devreleri analiz etmek için önemli miktarda zaman harcayacağız.
Dirençler Nasıl Kullanılır?
Dirençlerin kullanışlılığının pratik bir gösterimi için aşağıdaki fotoğrafı inceleyin. Bu, baskılı devre kartının veya PCB’nin bir resmidir: Bileşenlerin “lehimleme” adı verilen düşük sıcaklıkta bir kaynak işlemiyle yerleştirilip sabitlenebildiği, yalıtkan fenolik fiber levha ve iletken bakır şeritlerden oluşan sandviç katmanlardan oluşan bir düzenek.
Bu devre kartındaki çeşitli bileşenler, basılı etiketlerle tanımlanır. Dirençler, “R” harfiyle başlayan herhangi bir etiketle belirtilir.
Bu özel devre kartı, telefon hatları üzerinden dijital bilgi aktarımına izin veren “modem” adı verilen bir bilgisayar aksesuarıdır. Bu modemin kartında görülebilen en az bir düzine direnç (tümü 1/4 watt güç dağılımında derecelendirilmiştir) vardır. Siyah dikdörtgenlerin her biri (“entegre devreler” veya “yongalar” olarak adlandırılır), dahili işlevleri için kendi direnç dizilerini de içerir. Diğer bir devre kartı örneği, “yüzeye monte cihazlar” adı verilen daha da küçük birimler halinde paketlenmiş dirençleri gösterir.
Bu özel devre kartı, bir kişisel bilgisayar sabit disk sürücüsünün alt tarafıdır ve bir kez daha üzerine lehimlenen dirençler, “R” harfiyle başlayan etiketlerle gösterilir.
Bu devre kartında yüzden fazla yüzeye monte direnç vardır ve bu sayı, tabii ki siyah “yongalar” içerisindeki dirençlerin sayısını içermez.
Şematik Diyagramlarda “Yük”
Şematik diyagramlarda, direnç sembolleri bazen elektrik enerjisi ile yararlı bir şey yapan bir devrede herhangi bir genel cihaz türünü göstermek için kullanılır. Spesifik olmayan herhangi bir elektrikli cihaz genellikle yük olarak adlandırılır, bu nedenle, özellikle elektrik gücünün fiili kullanımıyla ilgili olmayan bazı kavramları açıklayan bir öğretici devre şemasında, “yük” etiketli bir direnç sembolünü gösteren şematik bir diyagram görürseniz, bu sembol sadece bir dirençten daha pratik başka bir şeyin bir tür kısa temsili olabilir.
Direnç Devrelerinin Analizi
Bu derste öğrendiklerimizi özetlemek için, aşağıdaki devreyi inceleyelim, verilen bilgilerden elimizden gelen her şeyi belirleyelim.
Başlamak için burada bize verilen tek şey pil voltajı (10 volt) ve devre akımıdır (2 amper). Direncin ohm cinsinden direncini veya watt cinsinden harcadığı gücü bilmiyoruz. Bizim dizi jeodezik Ohm Yasası denklemlerinin , bize gerilim ve akım bilinen miktarlarına gelen cevaplar veren iki denklemleri bulmak.
Bilinen voltaj (E) ve akım (I) miktarlarını bu iki denkleme ekleyerek, devre direncini (R) ve güç dağılımını (P) belirleyebilirizç
10 volt ve 2 amperlik devre koşulları için direncin direnci 5 Ω olmalıdır. Bu değerlerde çalışacak bir devre tasarlıyor olsaydık, minimum güç oranı 20 watt olan bir direnç belirlememiz gerekirdi, aksi takdirde aşırı ısınır ve arızalanırdı.
Direnç Malzemeleri
Dirençler, her biri kendi özelliklerine ve belirli kullanım alanlarına sahip çeşitli farklı malzemelerde bulunabilir. Çoğu elektrik mühendisi aşağıda bulunan türleri kullanır.
Tel sargılı (WW) Dirençler
Tel Sargı Dirençleri, direnç telinin iletken olmayan bir çekirdek etrafına spiral şeklinde sarılmasıyla üretilir. Tipik olarak yüksek hassasiyet ve güç uygulamaları için üretilirler. Çekirdek genellikle seramik veya fiberglastan yapılır ve direnç teli nikel-krom alaşımından yapılır ve 50 kHz’den yüksek frekanslara sahip uygulamalar için uygun değildir.
Sıcaklık değişimlerine göre düşük gürültü ve kararlılık, Tel Sarımlı Dirençlerin standart özellikleridir. Direnç değerleri 0,1 ila 100 kW arasında ve% 0,1 ila% 20 arasında doğrulukta mevcuttur.
Metal Film Dirençleri
Nikrom veya tantal nitrür tipik olarak metal film dirençleri için kullanılır. Bir seramik malzeme ve bir metalin bir kombinasyonu tipik olarak dirençli malzemeyi oluşturur. Direnç değeri, bir lazer veya aşındırıcı ile karbon film gibi, filmde spiral bir desen kesilerek değiştirilir. Metal film dirençleri genellikle tel sargılı dirençlerden daha az kararlıdır, ancak daha yüksek frekansları daha iyi idare eder.
Metal Oksit Film Dirençleri
Metal oksit dirençleri, kalay oksit gibi metal oksitler kullanır, bu da onları metal film dirençlerinden biraz farklı kılar. Bu dirençler güvenilir ve kararlıdır ve metal film dirençlerinden daha yüksek sıcaklıklarda çalışır. Bu nedenle yüksek dayanıklılık gerektiren uygulamalarda metal oksit film dirençleri kullanılmaktadır.
Folyo Dirençler
1960’larda geliştirilen folyo direnç, bulacağınız ve yüksek hassasiyet gereksinimleri olan uygulamalar için hala kullanacağınız en doğru ve kararlı direnç türlerinden biridir. Kendisine yapıştırılmış ince bir toplu metal folyoya sahip bir seramik substrat direnç elemanını oluşturur. Folyo Dirençler çok düşük sıcaklıkta direnç katsayısına sahiptir.
Karbon Bileşimi (CCR) Dirençleri
1960’lara kadar Karbon Bileşimi Dirençleri çoğu uygulama için standarttı. Güvenilirler, ancak çok doğru değiller (toleransları yaklaşık% 5’ten daha iyi olamaz). CCR Dirençlerinin direnç elemanı için ince karbon parçacıkları ve iletken olmayan seramik malzeme karışımı kullanılır.
Bu madde bir silindir şeklinde kalıplanır ve fırınlanır. Gövde boyutları ve karbonun seramiğe oranı direnç değerini belirler. İşlemde daha fazla karbon kullanılması, daha düşük bir direnç olacağı anlamına gelir. CCR dirençleri, yüksek enerji darbelerine dayanma yeteneklerinden dolayı bazı uygulamalar için hala kullanışlıdır, iyi bir örnek uygulama bir güç kaynağında olacaktır.
Karbon Film Dirençleri
Karbon film dirençleri, yalıtkan bir silindirik çekirdek üzerinde ince bir karbon filme (direnç yolunu artırmak için filmde spiral bir kesim ile) sahiptir. Bu, direnç değerinin daha doğru olmasını sağlar ve ayrıca direnç değerini artırır. Karbon film dirençleri, karbon bileşimli dirençlerden çok daha doğrudur. Yüksek darbe kararlılığı gerektiren uygulamalarda özel karbon film dirençler kullanılır.
Temel Performans Göstergeleri (KPI’lar)
|Karakteristik||Metal Film||Kalın Metal Film||Hassas Metal Film||Karbon Bileşimi||Karbon Filmi|
|Sıcaklık Aralık||-55 + 125||-55 + 130||-55 + 155||-40 + 105||.55 + 155|
|Maks. Alan sayısı temp. katsayısı.||100||100||15||1200||250-1000|
|Vmax||200-350||250||200||350-500||350-500|
|Gürültü (uygulanan DC volt başına μV)||0.5||0.1||0.1||4 (100K)||5 (100K)|
|R Insul.||10000||10000||10000||10000||10000|
|Lehim (direnç değerinde% değişim)||% 0,20||% 0.15||% 0,02||% 2||% 0,50|
|Nemli ısı (direnç değerinde% değişim)||% 0,50||% 1||% 0,50||% 15||% 3,50|
|Raf ömrü (direnç değerinde% değişim)||% 0.10||% 0.10||% 0.00||% 5||% 2|
|Tam değerlendirme (70degC’de 2000 saat)||% 1||% 1||% 0,03||% 10||% 4|
Özetle;
- Direnç adı verilen cihazlar, elektrik devrelerinde kesin miktarlarda direnç sağlamak için yapılmıştır. Dirençler hem dirençleri (ohm) hem de ısı enerjisini (watt) dağıtma yetenekleri açısından derecelendirilir.
- Direnç direnç değerleri, söz konusu direncin / direncin fiziksel boyutundan belirlenemez, ancak yaklaşık güç değerleri olabilir. Direnç ne kadar büyükse, o kadar fazla güç hasar görmeden güvenle dağıtabilir.
- Elektrik gücüyle bazı yararlı görevleri yerine getiren herhangi bir cihaz genellikle yük olarak bilinir. Bazen direnç sembolleri, gerçek bir direnç yerine spesifik olmayan bir yükü belirtmek için şematik diyagramlarda kullanılır.