Hvad er en modstand, og hvad gør den?

Modstande er blandt de mest anvendte elementer i elektronikken. Dette navn har længe været uden for de snævre grænser for amatørradio-terminologi. Og for alle med bare en lille interesse for elektronik bør udtrykket ikke skabe forvirring.

 

Hvad er en resistor

Den enkleste definition er, at en modstand er et element i et elektrisk kredsløb, der yder modstand mod den strøm, der strømmer igennem det. Elementets navn kommer af det latinske ord "resisto" - "at modstå"; radioamatører kalder ofte denne del for "modstand".

Overvej, hvad modstande er, og hvad de bruges til. For at kunne besvare disse spørgsmål skal du lære den fysiske betydning af de grundlæggende begreber inden for elektroteknik at kende.

En analogi med vandrør kan bruges til at forklare, hvordan en modstand fungerer. Hvis vi på nogen måde hindrer vandstrømmen i røret (f.eks. ved at reducere dets diameter), vil der ske en stigning i det indre tryk. Ved at fjerne hindringen reduceres trykket. Inden for elektroteknik svarer dette tryk til spænding - ved at gøre det sværere for en elektrisk strøm at flyde, øger vi spændingen i kredsløbet; ved at mindske modstanden mindsker vi også spændingen.

Ved at ændre rørets diameter kan vi ændre vandets strømningshastighed; i elektriske kredsløb kan vi regulere strømstyrken ved at ændre modstanden ved at ændre strømstyrken. Værdien af modstanden er omvendt proportional med elementets ledningsevne.

Egenskaberne for resistive elementer kan bruges til følgende formål:

• Omdannelse af strøm til spænding og omvendt;
• Begrænsning af strømmen for at opnå en given strømværdi;
• Oprettelse af spændingsdelere (f.eks. i måleinstrumenter);
• Andre specielle anvendelser (f.eks. reduktion af radiointerferens).

I det følgende eksempel forklares det, hvad en modstand er, og hvad den bruges til. Den velkendte LED lyser ved lave strømme, men dens egen modstand er så lav, at hvis LED'en placeres direkte i et kredsløb, selv ved 5 V, vil den strøm, der løber gennem den, overstige komponentens tilladte værdier. Denne belastning vil få LED'en til at svigte med det samme. Derfor indgår der en modstand i kredsløbet, hvis formål i dette tilfælde er at begrænse strømmen til en forudbestemt værdi.

Alle resistive elementer er passive komponenter i elektriske kredsløb, og i modsætning til aktive elementer afgiver de ikke energi til systemet, men forbruger den kun.

Når du har en forståelse af, hvad modstande er, skal du overveje deres typer, betegnelser og mærkning.

Typer af modstande

Typer af modstande kan inddeles i følgende kategorier:

1. Ikke justerbar (konstant) - trådviklet, komposit, film, kulstof osv.
2. Justerbar (variabel og trimmet). Justerbare modstande bruges til at justere elektriske kredsløb. Variable modstandselementer (potentiometre) bruges til at justere signalniveauerne.

En særskilt gruppe er repræsenteret af halvledermodstandselementer (termoresistorer, fotoresistorer, varistorer osv.).

Modstandenes egenskaber bestemmes af den tilsigtede anvendelse og er specificeret på fremstillingstidspunktet. De vigtigste parametre omfatter:

1. Nominel modstand. Det er elementets vigtigste egenskab og måles i ohm (Ohm, kOhm, Mohm).
2. Tolerancen i procent af den angivne nominelle modstand. Betyder mulige variationer som følge af fremstillingsteknologi.
3. Strømafgivelse - Den maksimale effekt, som en modstand kan afgive under en langvarig belastning.
4. Temperaturkoefficient for modstand - en værdi, der viser den relative ændring i en modstands modstand, når temperaturen ændres med 1 °C.
5. Grænse for driftsspænding (elektrisk styrke). Dette er den maksimale spænding, ved hvilken komponenten opretholder sine angivne parametre.
6. Støjkarakteristik er graden af forvrængning, som modstanden indfører i signalet.
7. Fugt- og temperaturbestandighed - de maksimale værdier for fugtighed og temperatur, hvis overskridelse kan føre til svigt af komponenten.
8. Spændingsfaktor. En værdi, der tager hensyn til modstandens afhængighed af den påførte spænding.

Brugen af modstande i det ultrahøje frekvensområde tilføjer yderligere egenskaber som f.eks. parasitær kapacitet og induktans.

Halvledermodstande

De er halvlederkomponenter med to terminaler, som har en elektrisk modstand, der afhænger af miljøparametre som temperatur, lys, spænding osv. Halvledermaterialer, der er doteret med urenheder, hvis type bestemmer ledningsevnenes afhængighed af ydre påvirkninger, anvendes til fremstilling af sådanne dele.

Der findes følgende typer af halvledermodstandselementer:

1. Lineær modstand. Lavet af lavlegeret materiale, dette element har en lav afhængighed af modstand af ekstern virkning i en bred vifte af spændinger og strømme, det er oftest anvendes i produktionen af integrerede kredsløb.
2. En varistor er et element, hvis modstand afhænger af styrken af det elektriske felt. Denne egenskab af varistorer definerer dens anvendelse: til stabilisering og regulering af elektriske parametre i enheder, til beskyttelse mod overspænding og til andre formål.
3. Termistor. Denne type ikke-lineært resistivt element har evnen til at ændre sin modstand afhængig af temperaturen. Der findes to typer af termistorer: en termistor, hvis modstand falder med stigende temperatur, og en posistor, hvis modstand stiger med temperaturen. Termistorer anvendes, hvor det er vigtigt med konstant kontrol af temperaturprocessen.
4. Fotoresistor. Modstanden i denne anordning ændrer sig, når den udsættes for lys, og er uafhængig af den påførte spænding. Bly og cadmium anvendes i fremstillingen, og i nogle lande har dette ført til, at disse komponenter er blevet udfaset af miljømæssige årsager. Fotoresistorer er nu på andenpladsen efter fotodioder og fototransistorer i sammenlignelige anvendelser.
5. Strækkemålermodstande. Dette element er udformet således, at det kan ændre sin modstandsdygtighed afhængigt af den ydre mekaniske påvirkning (deformation). Det anvendes i knudepunkter, der omdanner mekanisk bevægelse til elektriske signaler.

Halvlederelementer som lineære modstande og varistorer er kendetegnet ved en svag afhængighed af ydre påvirkninger. For strækmålere, termistorer og fotoresistorer er egenskaberne stærkt afhængige af påvirkningerne.

Halvledermodstande identificeres ved hjælp af intuitive symboler i kredsløbsdiagrammer.

Modstand i et kredsløb

I russiske kredsløb er elementer med en konstant modstand normalt angivet som et hvidt rektangel, nogle gange med bogstavet R over det. I udenlandske systemer kan en modstand være identificeret som et "zigzag"-symbol med et lignende bogstav R på toppen. Hvis en bestemt komponentparameter er vigtig for apparatets funktion, er det almindeligt at angive den i skemaet.

Effekten kan angives ved hjælp af søjler på et rektangel:

• 2W - 2 lodrette streger;
• 1W - 1 lodret streg;
• 0,5W - 1 skråstreg;
• 0,25 W - en skrå linje;
• 0,125 W - to skrå linjer.

Det er tilladt at angive effekten med romertal på diagrammet.

Variable modstande er markeret med en ekstra linje over rektanglet med en pil, der symboliserer indstillingsmulighederne, og pin-nummereringen kan angives med tal.

Halvledermodstande er angivet med det samme hvide rektangel, men er krydset af en skråstreg (undtagen fotoresistorer) med en alfabetisk angivelse af typen af kontrolhandling (U - for en varistor, P - for en strain gauge-resistor, t - for en termistor). En fotoresistor er angivet ved et rektangel i en cirkel med to pile, der peger mod den, som symboliserer lys.

Modstandens parametre afhænger ikke af frekvensen af strømmen, hvilket betyder, at dette element fungerer lige så godt i DC- og AC-kredsløb (både lav- og højfrekvente kredsløb). Undtagelser er trådviklede modstande, som i sagens natur er induktive og kan miste energi på grund af stråling ved høje og ultrahøje frekvenser.

Modstande kan forbindes parallelt eller i serie, afhængigt af kravene til kredsløbets egenskaber. Formlerne til beregning af den samlede modstand for de forskellige kredsløbsforbindelser er meget forskellige. I en serieforbindelse er den samlede modstand lig med den simple sum af værdierne af elementerne i kredsløbet: R = R1 + R2 +... + Rn.

For at beregne den samlede modstand i en parallelforbindelse skal du lægge værdierne af de omvendte af elementerne sammen for at beregne den samlede modstand. Dette giver en værdi, som også er den omvendte af den samlede værdi: 1/R = 1/R1 + 1/R2 + ... 1/Rn.

Den samlede modstand for de parallelt tilsluttede modstande vil være lavere end den laveste.

Vurderinger

Der findes standardmodstandsværdier for resistive elementer, kaldet "modstandsklassificeringsserier". Grundlaget for fremgangsmåden ved oprettelsen af denne række er følgende: Skridtet mellem værdierne skal overlappe tolerancen (fejlen). Eksempel - hvis et element har en nominel værdi på 100 ohm og en tolerance på 10 %, vil den næste værdi i serien være 120 ohm. Ved dette trin undgås unødvendige værdier, fordi de tilstødende vurderinger sammen med fejlvariationen praktisk talt dækker hele det indbyrdes værdiinterval mellem dem.

De tilgængelige modstande er grupperet i serier med forskellige tolerancer. Hver serie har sit eget nominelle område.

Forskellene mellem de to serier er:

• E 6 - 20 % tolerance;
• E 12 - 10 % tolerance;
• E 24 - tolerance 5 % (undertiden 2 %);
• E 48 - tolerance på 2 %;
• E 96 - tolerance 1 %;
• E 192 - tolerance 0,5 % (kan være 0,25 %, 0,1 % og lavere).

Den mest almindelige E 24-serie omfatter 24 modstandsværdier.

Mærkning

Størrelsen af det resistive element er direkte relateret til dets effekttab; jo højere den er, jo større er dimensionerne af delen. Mens enhver numerisk værdi let kan angives på kredsløb, kan det være vanskeligt at mærke produkter. Miniaturiseringstendensen inden for elektronikproduktion medfører, at komponenterne bliver stadig mindre, hvilket gør det vanskeligere både at anbringe oplysninger på kabinettet og at aflæse dem.

For at lette identifikationen af modstande i den russiske industri anvendes alfanumerisk mærkning. Modstande mærkes på følgende måde: Den nominelle værdi angives med cifre, og et bogstav sættes enten bag cifrene (for decimalværdier) eller foran dem (for hundreder). Hvis den nominelle værdi er mindre end 999 ohm, er tallet angivet uden bogstav (eller det kan være et R eller E). Hvis værdien er angivet i kOhm, følger bogstavet K efter tallet, og bogstavet M svarer til værdien i Mohm.

Amerikanske modstande er mærket med tre cifre. De to første antyder den pålydende værdi, den tredje angiver antallet af nuller (tiere), der er lagt til værdien.

I robotproduktion af elektroniske samlinger er de trykte symboler ofte på den side af emnet, der vender mod printkortet, hvilket gør det umuligt at læse oplysningerne.

Farvekodning

For at sikre, at oplysningerne er læselige fra begge sider, anvendes farvekodning ved hjælp af cirkulære striber af maling. Hver farve har sin egen numeriske værdi. Striberne på delene er placeret tættere på en af stifterne og læses fra venstre mod højre. Hvis det ikke er muligt at flytte farvemarkeringerne til en terminal på grund af komponentens lille størrelse, er den første stribe dobbelt så bred som de andre striber.

Dele med en tolerance på 20 % markeres med tre linjer, og for tolerancer på 5-10 % anvendes fire linjer. De mest nøjagtige modstande er mærket med 5 til 6 linjer, hvoraf de to første svarer til komponentens værdi. Hvis der er 4 bånd, angiver den tredje linie decimalmultiplikatoren for de to første bånd, og den fjerde linie angiver nøjagtigheden. Hvis søjlerne er 5, angiver den tredje søjle det tredje ciffer i bedømmelsen, den fjerde søjle angiver decimalpunktet (antal nuller) og den femte søjle angiver nøjagtigheden. Den sjette linje angiver temperaturkoefficienten for modstand (TCR).

Ved fire striber kommer guld- eller sølvstriberne altid til sidst.

Alle markeringer ser komplicerede ud, men evnen til hurtigt at aflæse en markering kommer med erfaringen.

Relaterede artikler: