Zaloguj się
Wszystkie
3 października 2025
13
Gdyby do rezystorów, kondensatorów i podobnych im podzespołów podchodzić na gruncie teorii obwodów - ale takiej czystej, wręcz purystycznej - mógłbym w tym miejscu zakończyć niniejszy artykuł wielką, efektowną kropką. Może nawet z wykrzyknikiem dla podkreślenia wagi tego faktu. Niestety po wyjściu poza zakres I semestru studiów okazuje się, że nawet najbardziej prymitywne elementy elektroniczne wcale takie prymitywne nie są. I nie chodzi bynajmniej o to, że to z nimi coś jest nie tak. One są w porządku, robią swoją robotę. Chodzi o to, że za każdym takim podzespołem stoi niemały kawał fizyki, który odpowiada za jego funkcjonowanie, a także model próbujący opisać te zjawiska w sposób zrozumiały dla elektronicznej braci, czyli... schemat zastępczy.
Schematy zastępcze też nie są sobie równe. Inaczej będziemy rozpatrywali rezystor w obwodzie wielkiej częstotliwości, w którym dochodzi kwestia jego indukcyjności i pojemności pól lutowniczych. Jeżeli dochodziłoby do jego silnego nagrzewania się, wówczas warto uwzględnić zmiany rezystancji wywołane tym faktem. Jeszcze inaczej będziemy analizować wpływ owego rezystora na działanie obwodu niskoszumnego (a przynajmniej takiego, który powinien być niskoszumny według założeń projektu). Dochodzą do tego inne zjawiska, z reguły rzadko wymieniane przez producentów, a które cechują jakiś rodzaj podzespołów, na przykład mikrofonowanie niektórych rodzajów kondensatorów.
Myślę, że w 90% przypadków możemy zastosować podzespół pasujący wartością (rezystancją w przypadku rezystorów lub pojemnością w przypadku kondensatorów) i nie zastanawiać się nad nim ani chwili dłużej. Rezystor 10 kΩ przy podciąganiu wyprowadzenia mikrokontrolera do linii zasilającej lub kondensator 100 nF przy odsprzęganiu zasilania prostego układu scalonego to rzeczy, nad którymi - w zdecydowanej większości przypadków - nikt się nie rozczula. Jednak nawet w relatywnie prostych układach bywają miejsca newralgiczne, czułe na pewne cechy podzespołów biernych, zaś w szczególnie wymagających obszarach elektroniki (wojsko, kosmos, radary) całe projektowanie musi przebiegać w ściśle określony sposób.
W tym artykule postaram się poruszyć zagadnienia, które dotyczą pozostałej części (czyli około 10%) przypadków. Niekiedy ich pominięcie może poskutkować tym, że układ będzie się zachowywał w sposób zupełnie inny od zamierzonego: inne pasmo przenoszenia, dziwny szum na wyjściu, trzaski w sygnale, a nawet przedostające się do toru analogowego buczenie o częstotliwości 50 Hz, którego nie da się wyeliminować pomimo zastosowania ekranów elektromagnetycznych i wielu innych osłon.
Rezystory
To, co powinien robić rezystor, dobrze opisuje prawo Ohma. Lecz w rzeczywistości jest tak, że rezystory reprezentują sobą całą masę innych cech, niekoniecznie dla nas pożądanych. Przyjrzyjmy się tym zjawiskom, które występują najczęściej. Choć i tak rezystory należą do komponentów, które w znacznym stopniu są bliskie elementom idealnym, oczywiście w granicach prawidłowych warunków pracy.
Na rysunku 1 znajduje się dość powszechnie stosowany schemat zastępczy rezystora w zestawieniu z jego idealnym, „teorioobwodowym” modelem. Nietrudno rozszyfrować jego poszczególne składowe: R to rezystancja, LL to indukcyjność doprowadzeń, CP jest pojemnością między wyprowadzeniami zaś CG to pojemność do masy. Nie zapomniano też o źródle reprezentującym szum wprowadzany przez ten element.
![Rysunek 1. Schemat zastępczy rezystora [1]](/i/2025/10/09/23956-558e-850x0_r1-ewp-komponenty-bierne.jpg)
Pojemność
Pojemność między wyprowadzeniami zależy bezpośrednio od gabarytów danego rezystora. Według dokumentów Texas Instruments może ona wynosić od 0,01 pF do 0,5 pF [1], zależnie od wielkości obudowy. Kształt i ułożenie pól lutowniczych również wpływają na ten parametr i nie są zależne od samego elementu. Producenci nie chwalą się tym parametrem, bo jest trudny do zmierzenia i rzadko przydatny - choć warto mieć na uwadze jego istnienie.
Podobnie ma się sprawa z pojemnością do masy, która zależy już prawie wyłącznie od powierzchni pól lutowniczych i od konstrukcji stosu warstw płytki. Jeżeli zależy nam na dobrym poznaniu tej wartości, warto byłoby zaprzęgnąć do pracy symulator. Poza układami wielkiej częstotliwości, które w oczywisty sposób są czułe na tak niewielkie pojemności, również oscylatory (zwłaszcza w układzie Colpittsa) muszą mieć dobrze kontrolowane wszystkie pojemności pasożytnicze.
Indukcyjność
Rezystor to odcinek przewodzącego materiału, więc sam z siebie cechuje się pewną indukcyjnością. Sprawy nie upraszcza fakt, że rezystory cienkowarstwowe przewodzą na całej swojej powierzchni, zaś grubowarstwowe mogą (ale nie muszą) mieć wycięte laserem przewężenia korygujące ich rezystancję. Z tego powodu ten parametr nie jest podawany przez producentów, można go jedynie próbować oszacować.
Jako przykład takiego oszacowania można przyjąć wykres z rysunku 2, który uwidacznia zmianę modułu impedancji rezystora w funkcji częstotliwości. Rezystor 2,2 Ω przejawia cechy typowo indukcyjne, bowiem jego impedancja rośnie wraz ze wzrostem częstotliwości. Z kolei rezystor 10 kΩ zachowuje się bardziej jak pojemność, gdyż jego impedancja maleje. W przypadku rezystora 10 Ω obie te składowe - indukcyjna i pojemnościowa - niemal się znoszą, przez co zachowuje on swoją impedancję niemal równą rezystancji nominalnej w szerokim zakresie częstotliwości.
![Rysunek 2. Przebieg modułu impedancji rezystorów w funkcji częstotliwości [2]](/i/2025/10/09/23955-34f3-1600x0_r2-ewp-komponenty-bierne.jpg)
NAPISZ DO AUTORA
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
