Ellenállás (áramköri alkatrész)

Ellenállások

Az ellenállás egy passzív, kétpólusú elektronikai alkatrész, amely meghatározott elektromos ellenállást biztosít egy áramkör adott pontjai között. Fő feladata többek között az áramerősség korlátozása, a feszültségosztás, a jelszintek beállítása, és az aktív elemek (például tranzisztor) előfeszítése. Az ellenállás a leggyakrabban használt elektronikai alkatrészek közé tartozik, gyakorlatilag minden elektronikus eszközben megtalálható.

Jelölése, mértékegysége

Az elektromos ellenállás jele R (az angol resistor szó rövidítése), mértékegysége az ohm (Ω).

$1\Omega ={\frac {1{\text{ V}}}{1{\text{ A}}}}={\frac {1{\text{ W}}}{1{\text{ A}}^{2}}}$

Áramköri jelölése Európában: , Amerikában: .

Felhasznált anyagok

Az ellenállás működése azon alapul, hogy az elektromos töltéshordozók mozgását az anyag atomjai akadályozzák – azaz az anyag ellenállást tanúsít az árammal szemben. Az ellenállások különböző anyagokból készülnek, amelyek meghatározzák azok pontosságát, stabilitását és hőmérsékletfüggését.

Vezetőanyagok

Az ellenállás tényleges vezető (ellenálló) része lehet:

• Szén: olcsó, de viszonylag zajos és instabil anyag.
• Fém és fémötvözetek: például manganin (réz–mangán–nikkel), nikróm (nikkel–króm) és konstantán. Ezek kiváló hőstabilitásúak, kis zajúak, precíziós ellenállásokhoz használatosak.
• Tantál: nagy megbízhatóságú, vékonyfilm technológiás ellenállásokhoz.
• Fém-oxid: magas hőmérsékleten stabil, jó túlterhelés- és impulzustűrésű anyag.
• Speciális filmanyagok: például króm-szilícium (CrSi) vagy tantál-nitrid (TaN) réteg, különösen precíziós és alacsony zajú alkalmazásokhoz.

Hordozóanyagok

A hordozóanyag mechanikai és elektromos szempontból is fontos: egyrészt szilárd alapot biztosít a vékony vezetőrétegnek vagy huzalnak, másrészt elektromosan szigeteli azt az áramkör többi részétől, miközben a keletkező hő elvezetésével megakadályozza a túlmelegedést és az alkatrész károsodását.

A leggyakoribb hordozóanyagok:

• kerámia: a legelterjedtebb hordozóanyag, kiváló elektromos szigetelő és hőálló tulajdonságokkal, nagy mechanikai szilárdsággal.
• Üvegzománc: sima, kemény, jól tapadó felületet biztosít a vezetőréteg számára, gyakran fémréteg ellenállásoknál alkalmazzák.
• Műanyag: olcsó és könnyű, de gyenge hővezető, ezért csak kis teljesítményű ellenállásoknál használják.
• Fémház (pl. alumíniumtokozás) – nagy teljesítményű ellenállásoknál a ház nemcsak védelmet, hanem hatékony hőelvezetést is biztosít, sokszor hűtőfelülethez csavarozható.

Gyártási technológiák

A használatos ellenállások anyagától, alakjától és jellegétől függően huzal és rétegellenállásokat különböztetünk meg. Utóbbiak szén és fémréteg ellenállásokra osztjuk. Az ellenállás alapanyagot hőálló, többnyire rúd alakú szigetelőtestre viszik fel. Az ellenállásokat nedvesség és más károsodás ellen megfelelő védőréteggel vonják be.

Huzalellenállás

Általában kerámiatest hordozza az ellenálláshuzalból készült tekercselést. Egysoros, nagy menetemelkedésű ellenállásoknál a kellő szigetelést lakkbevonattal, vagy felületi oxidréteggel érik el. Nagyobb ellenállásértékeknél szigetelt ellenálláshuzalt (például manganin) használnak. Nagyáramú ellenállásokhoz a szokásos kerek huzalok helyett lapos, szögletes huzalt használnak azért, hogy a tekercsteret jobban kihasználják. A huzal kezdetén és végén a csatlakozást lehet forrasztani, hegeszteni, préselni vagy csavarozni. Az ellenállások felhasználásához illeszkedve különböző kapcsolásokban eltérő kivezetési módok közül választhatunk:

• forrasztófüles,
• bilincses,
• huzalos kivezetés sapkával, vagy anélkül.

Az ellenállások tekercselésének induktivitása is van. Az unifiláris (egyszálas) tekercselésű ellenállások induktivitása akár 10 mH is lehet. Speciális módszerekkel, például bifiláris (kétszálú) tekercseléssel, vagy Meander alakú kivitellel (öntött ellenállás) olyan kis induktivitást lehet elérni, hogy ezek nagyfrekvenciás áramkörben is alkalmazhatók.

Rétegellenállások

Az ellenállásanyagot vákuumban elgőzölögtetik, és összefüggő rétegben lecsapódik a kerámiatestre. Az anyag fajtája szerint az ellenállás szénréteg, fémréteg, nemesfémréteg (EMS) kivitelű lehet. Az előbbi felgőzölő eljáráson kívül a rétegmártogatással vagy beégetéssel is előállítható. A fém tiszta nikkel vagy króm-nikkel ötvözet. Kis ellenállásérték gyártásakor az érték a megfelelő rétegvastagsággal beállítható. A rétegvastagság kb. 10 nm - 10 μm között lehet. Az így készült ellenállások nagy induktivitásuk miatt nagyfrekvenciás körben nem használhatók. E célra hosszanti hornyokat és/vagy meander alakú kereszthornyokat köszörülnek, vagy lézerrel kiégetnek.

Miniatűr fémréteg ellenállások

Sík alaplemezre olyan meghatározott alakú fémréteget visznek fel, amelynek ellenállásértéke a megkívánt értékű. Az alkalmazott eljárás alapján vékony és vastagfilm technika különböztethető meg.

Felosztása a működés alapján

• Állandó értékű
  • Tömör
  • Réteg
  • Huzal
  • Fénykibocsátó (izzólámpa)
• Változtatható értékű (potenciométer)
  • Réteg
  • Huzal
• Változó értékű
  • Fényfüggő: fotoellenállás
  • Áramerősség-függő: olvadóbiztosító
  • Feszültségfüggő: varisztor
  • Hőmérsékletfüggő: termisztor
    • Pozitív hőfoktényezőjű: PTC vagy PTK-ellenállás (hőmérséklet növekedésnél nő az ellenállása) (angolul Positive Temperature Coefficient, PTC)
    • Negatív hőfoktényezőjű: NTC vagy NTK-ellenállás (hőmérséklet csökkenésnél nő az ellenállása) (angolul Negative Temperature Coefficient, NTC)
  • Alakváltozás függő: nyúlásmérő bélyeg (Mérendő testre ragasztva az ellenállás-változás a mechanikai torzulás mértékével arányosan változik.)

Minőségi jellemzők

• névleges érték és tűréshatár (például ±5%)
• jósági osztály
• terhelhetőség (teljesítmény)
• üzemi hőmérséklet; hőmérsékleti tényező (ppm/°C)
• üzemi és maximális feszültség
• frekvenciafüggőség (főleg huzalellenállásoknál)
• várható élettartam (a környezeti hatások függvényében)

Az ellenállások kiválasztásakor, amelyeket sokféleképpen gyárthatnak, a követelményekből kell kiindulni. Annak eldöntésére, hogy az a meghatározott követelményeket teljesíti-e, a jellemző adatok adnak alapot. Ezek a DIN vagy IEC (Nemzetközi Elektrotechnikai Bizottság) által szabványosított előírások.

Az ellenállás névleges értéke az az érték amely, 20 °C hőmérsékleten mérhető. Ezt ohm (Ω) értékben adják meg, amelyet rányomtatnak, vagy színgyűrűkkel, illetve színpontokkal kódolva adnak meg.

Az ellenállások gyártásakor az ellenállásértékben meghatározott tűrés, tolerancia megengedett. Az ellenállás tűrését, akár magát a névleges értékét, közvetlenül számmal, vagy kóddal adják meg. A kódolt adatokra az ellenállások és kondenzátorok nemzetközi színkódja érvényes.

A nagy pontosságú etalonként használt ellenállásokat ellenállás-normáliáknak nevezik.

Terhelhetőség

Az áramot vezető ellenállásban a bevitt energia teljes mértékben hővé alakul. A termikus ellenállás az a hatás, ami a hő leadással szemben áll, értéke erősen függ az ellenállás felületétől. A kisméretű ellenállások a méreteikhez képest vastag kivezető huzalukon át a hő jelentős részét elvezethetik. Ezt a követelményt a terhelhetőségi szabály a DIN 44050 veszi figyelembe. Ezen túlmenően a hőelvezetést javítja az ellenállásnak az áramköri lemeztől való kiemelése.

Az állandó értékű ellenállások színkódolása

Négysávos színjel

Négysávos színkódolású ellenállás

Színek	Értéksáv		Szorzósáv Ω	Tűréssáv ±%
	1.gyűrű	2.gyűrű	3.gyűrű	4.gyűrű
Fekete	-	0	*100	-
Barna	1	1	*101	± 1%
Piros	2	2	*10²	± 2%
Narancs	3	3	*10³	-
Sárga	4	4	*104	-
Zöld	5	5	*105	± 0,5%
Kék	6	6	*106	-
Lila	7	7	*107	-
Szürke	8	8	*108	-
Fehér	9	9	*109	-
Arany	-	-	*10−1	± 5%
Ezüst	-	-	*10−2	± 10%
nincs	-	-	-	± 20%

Ötsávos színjel

Ötsávos színkódolású ellenállások

Színek	Értéksáv			Szorzósáv Ω	Tűréssáv ±%
	1.gyűrű	2.gyűrű	3.gyűrű	4.gyűrű	5.gyűrű
Fekete	-	0	0	*100	-
Barna	1	1	1	*101	± 1%
Piros	2	2	2	*10²	± 2%
Narancs	3	3	3	*10³	-
Sárga	4	4	4	*104	-
Zöld	5	5	5	*105	± 0,5%
Kék	6	6	6	*106	± 0,25%
Lila	7	7	7	*107	± 0,1%
Szürke	8	8	8	*108	-
Fehér	9	9	9	*109	-
Arany	-	-	-	*10−1	-
Ezüst	-	-	-	*10−2	-

Források

• Nagy Ferenc Csaba: Elektrotechnika I. II. III. Budapest: Tankönyvkiadó. 1984.  
• Demeter Károlyné – Dén Gábor – Varga Andrea: Villamosságtan I. Budapest: Kandó Kálmán Villamosmérnöki Főiskolai Kar. 2006.  
• Centroszet Szakképzés-szervezési Nonprofit Kft. - 2.2.3 Ellenállás, mint alkatrész. centroszet.hu (Hozzáférés: 2021. október 18.)
• Gingl Zoltán: Elektronika I - Ellenállások. www.inf.u-szeged.hu (Hozzáférés: 2021. október 18.)