Οι αντιστάσεις είναι από τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα στοιχεία στα ηλεκτρονικά. Αυτό το όνομα έχει ξεφύγει εδώ και καιρό από τα στενά όρια της ραδιοερασιτεχνικής ορολογίας. Και για όποιον ενδιαφέρεται έστω και λίγο για τα ηλεκτρονικά, ο όρος δεν πρέπει να προκαλεί σύγχυση.
Περιεχόμενα
Τι είναι ο αντιστάτης
Ο απλούστερος ορισμός είναι ότι ο αντιστάτης είναι ένα στοιχείο σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα που παρέχει αντίσταση στο ρεύμα που το διαρρέει. Το όνομα του στοιχείου προέρχεται από τη λατινική λέξη "resisto" - "αντιστέκομαι", και οι ραδιοερασιτέχνες συχνά αναφέρονται σε αυτό το μέρος ως "αντίσταση".
Εξετάστε τι είναι οι αντιστάσεις και για ποιο λόγο χρησιμοποιούνται. Η απάντηση σε αυτές τις ερωτήσεις προϋποθέτει την εξοικείωση με τη φυσική σημασία των βασικών εννοιών της ηλεκτρολογίας.
Μια αναλογία με τους σωλήνες νερού μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να εξηγήσει πώς λειτουργεί ένας αντιστάτης. Αν εμποδίσουμε τη ροή του νερού στο σωλήνα με οποιονδήποτε τρόπο (π.χ. μειώνοντας τη διάμετρό του), θα υπάρξει αύξηση της εσωτερικής πίεσης. Με την απομάκρυνση του εμποδίου, η πίεση μειώνεται. Στην ηλεκτρολογία, αυτή η πίεση αντιστοιχεί στην τάση - δυσχεραίνοντας τη ροή του ηλεκτρικού ρεύματος, αυξάνουμε την τάση στο κύκλωμα- μειώνοντας την αντίσταση, μειώνουμε επίσης την τάση.
Αλλάζοντας τη διάμετρο του σωλήνα, μπορούμε να αλλάξουμε την ταχύτητα ροής του νερού- στα ηλεκτρικά κυκλώματα, αλλάζοντας την αντίσταση, μπορούμε να ρυθμίσουμε την ένταση του ρεύματος. Η τιμή της αντίστασης είναι αντιστρόφως ανάλογη της αγωγιμότητας του στοιχείου.
Οι ιδιότητες των αντιστατικών στοιχείων μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τους ακόλουθους σκοπούς:
- Μετατροπή ρεύματος σε τάση και αντίστροφα,
- Περιορισμός της ροής ρεύματος για την επίτευξη μιας δεδομένης τιμής ρεύματος,
- Δημιουργία διαιρετών τάσης (π.χ. σε όργανα μέτρησης),
- Άλλες ειδικές εφαρμογές (π.χ. μείωση των ραδιοφωνικών παρεμβολών).
Το ακόλουθο παράδειγμα θα εξηγήσει τι είναι ένας αντιστάτης και για ποιο λόγο χρησιμοποιείται. Η γνωστή λυχνία LED λάμπει σε χαμηλά ρεύματα, αλλά η δική της αντίσταση είναι τόσο χαμηλή που αν η LED τοποθετηθεί απευθείας σε ένα κύκλωμα, ακόμη και σε τάση 5 V, το ρεύμα που τη διαρρέει θα υπερβεί τις επιτρεπόμενες τιμές του εξαρτήματος. Αυτό το φορτίο θα προκαλέσει την άμεση διακοπή λειτουργίας της λυχνίας LED. Επομένως, στο κύκλωμα περιλαμβάνεται μια αντίσταση, σκοπός της οποίας στην περίπτωση αυτή είναι να περιορίσει το ρεύμα σε μια προκαθορισμένη τιμή.
Όλα τα στοιχεία αντίστασης είναι παθητικά στοιχεία στα ηλεκτρικά κυκλώματα, σε αντίθεση με τα ενεργά, δεν δίνουν ενέργεια στο σύστημα, αλλά μόνο την καταναλώνουν.
Αφού κατανοήσετε τι είναι οι αντιστάσεις, θα πρέπει να εξετάσετε τους τύπους, την ονομασία και την επισήμανσή τους.
Τύποι αντιστάσεων
Οι τύποι αντιστάσεων μπορούν να ταξινομηθούν στις ακόλουθες κατηγορίες:
- Μη ρυθμιζόμενο (σταθερό) - συρματόσχοινα, σύνθετα, φιλμ, άνθρακα κ.λπ.
- Ρυθμιζόμενο (μεταβλητό και κομμένο). Οι ρυθμιζόμενες αντιστάσεις χρησιμοποιούνται για τη ρύθμιση ηλεκτρικών κυκλωμάτων. Τα στοιχεία μεταβλητής αντίστασης (ποτενσιόμετρα) χρησιμοποιούνται για τη ρύθμιση των επιπέδων σήματος.
Μια ξεχωριστή ομάδα αντιπροσωπεύεται από τα αντιστατικά στοιχεία ημιαγωγών (θερμοαντιστάσεις, φωτοαντιστάσεις, βαρίστορ κ.λπ.).
Τα χαρακτηριστικά των αντιστάσεων καθορίζονται από την προβλεπόμενη χρήση τους και προσδιορίζονται κατά την κατασκευή τους. Οι βασικές παράμετροι περιλαμβάνουν:
- Ονομαστική αντίσταση. Αποτελεί το κύριο χαρακτηριστικό του στοιχείου και μετράται σε ωμ (Ohm, kOhm, Mohm).
- Η ανοχή σε ποσοστό της καθορισμένης ονομαστικής αντίστασης. Σημαίνει πιθανές παραλλαγές ως αποτέλεσμα της τεχνολογίας κατασκευής.
- Απώλεια ισχύος - Η μέγιστη ισχύς που μπορεί να διαρρεύσει ένας αντιστάτης κατά τη διάρκεια ενός μακροχρόνιου φορτίου.
- Συντελεστής θερμοκρασίας αντίστασης - μια τιμή που δείχνει τη σχετική μεταβολή της αντίστασης ενός αντιστάτη όταν η θερμοκρασία μεταβάλλεται κατά 1°C.
- Όριο τάσης λειτουργίας (ηλεκτρική ισχύς). Πρόκειται για τη μέγιστη τάση στην οποία το εξάρτημα διατηρεί τις αναφερόμενες παραμέτρους του.
- Η χαρακτηριστική θορύβου είναι ο βαθμός παραμόρφωσης που εισάγεται στο σήμα από την αντίσταση.
- Αντοχή στην υγρασία και τη θερμοκρασία - οι μέγιστες τιμές υγρασίας και θερμοκρασίας, η υπέρβαση των οποίων μπορεί να οδηγήσει σε αστοχία του εξαρτήματος.
- Συντελεστής τάσης. Μια τιμή που λαμβάνει υπόψη την εξάρτηση της αντίστασης από την εφαρμοζόμενη τάση.
Η χρήση αντιστάσεων στην περιοχή των υπερυψηλών συχνοτήτων προσθέτει πρόσθετα χαρακτηριστικά, όπως η αδέσποτη χωρητικότητα και η αυτεπαγωγή.
Αντιστάσεις ημιαγωγών
Πρόκειται για διατάξεις ημιαγωγών με δύο ακροδέκτες που έχουν ηλεκτρική αντίσταση που εξαρτάται από περιβαλλοντικές παραμέτρους όπως η θερμοκρασία, το φως, η τάση κ.λπ. Για την κατασκευή τέτοιων εξαρτημάτων χρησιμοποιούνται υλικά ημιαγωγών με προσμίξεις, ο τύπος των οποίων καθορίζει την εξάρτηση της αγωγιμότητας από εξωτερικές επιδράσεις.
Υπάρχουν οι ακόλουθοι τύποι αντιστατικών στοιχείων ημιαγωγών:
- Γραμμική αντίσταση. Κατασκευασμένο από υλικό χαμηλού κράματος, το στοιχείο αυτό έχει χαμηλή εξάρτηση της αντίστασης από την εξωτερική δράση σε ένα ευρύ φάσμα τάσεων και ρευμάτων, χρησιμοποιείται συχνότερα στην παραγωγή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων.
- Το βαρίστορ είναι ένα στοιχείο του οποίου η αντίσταση εξαρτάται από την ένταση του ηλεκτρικού πεδίου. Αυτή η ιδιότητα του βαρίστορ καθορίζει την εφαρμογή του: για τη σταθεροποίηση και τη ρύθμιση των ηλεκτρικών παραμέτρων των συσκευών, για την προστασία από την υπέρταση και για άλλους σκοπούς.
- Θερμίστορ. Αυτός ο τύπος μη γραμμικού αντιστατικού στοιχείου έχει την ικανότητα να αλλάζει την αντίστασή του ανάλογα με τη θερμοκρασία. Υπάρχουν δύο τύποι θερμίστορ: ένα θερμίστορ του οποίου η αντίσταση μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας και ένα ποζίστορ του οποίου η αντίσταση αυξάνεται με τη θερμοκρασία. Τα θερμίστορ χρησιμοποιούνται όταν είναι σημαντικός ο συνεχής έλεγχος της διαδικασίας θερμοκρασίας.
- Φωτοαντίσταση. Η αντίσταση αυτής της διάταξης μεταβάλλεται όταν εκτίθεται στο φως και είναι ανεξάρτητη από την εφαρμοζόμενη τάση. Ο μόλυβδος και το κάδμιο χρησιμοποιούνται στην κατασκευή και σε ορισμένες χώρες αυτό έχει οδηγήσει στη σταδιακή κατάργηση αυτών των συστατικών για περιβαλλοντικούς λόγους. Τα φωτοαντισώματα κατέχουν πλέον τη δεύτερη θέση μετά τις φωτοδιόδους και τα φωτοτρανζίστορ σε συγκρίσιμες εφαρμογές.
- Αντιστάσεις μετρητών τάσης. Το στοιχείο αυτό είναι σχεδιασμένο με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορεί να μεταβάλλει την αντοχή του ανάλογα με την εξωτερική μηχανική επίδραση (παραμόρφωση). Χρησιμοποιείται σε κόμβους που μετατρέπουν τη μηχανική δράση σε ηλεκτρικά σήματα.
Τα στοιχεία ημιαγωγών, όπως οι γραμμικές αντιστάσεις και τα βαρίστορ, χαρακτηρίζονται από ασθενή εξάρτηση από εξωτερικές επιδράσεις. Για τους μετρητές τάσης, τα θερμίστορ και τα φωτοαντισώματα, η εξάρτηση των χαρακτηριστικών από τις επιδράσεις είναι ισχυρή.
Οι αντιστάσεις ημιαγωγών αναγνωρίζονται με διαισθητικά σύμβολα στα κυκλωματικά διαγράμματα.
Αντίσταση σε κύκλωμα
Στα ρωσικά κυκλώματα, τα στοιχεία με σταθερή αντίσταση υποδεικνύονται συνήθως ως ένα λευκό ορθογώνιο, μερικές φορές με το γράμμα R από πάνω. Σε ξένα συστήματα, μια αντίσταση μπορεί να αναγνωρίζεται ως σύμβολο "ζιγκ-ζαγκ" με ένα παρόμοιο γράμμα R στην κορυφή. Εάν μια συγκεκριμένη παράμετρος εξαρτήματος είναι σημαντική για τη λειτουργία της συσκευής, συνηθίζεται να αναφέρεται στο σχηματικό διάγραμμα.
Η ισχύς μπορεί να υποδεικνύεται με ράβδους σε ένα ορθογώνιο:
- 2W - 2 κάθετες παύλες,
- 1W - 1 κάθετη γραμμή,
- 0.5W - 1 παύλα,
- 0,25 W - μία πλάγια γραμμή,
- 0,125 W - δύο πλάγιες γραμμές.
Επιτρέπεται η αναγραφή της ισχύος με λατινικούς αριθμούς στο διάγραμμα.
Οι μεταβλητές αντιστάσεις επισημαίνονται με μια πρόσθετη γραμμή πάνω από το ορθογώνιο με ένα βέλος, το οποίο συμβολίζει τη δυνατότητα ρύθμισης και η αρίθμηση των ακροδεκτών μπορεί να αναγράφεται με αριθμούς.
Οι αντιστάσεις ημιαγωγών υποδεικνύονται με το ίδιο λευκό ορθογώνιο, αλλά διασταυρώνονται με μια γραμμή κάθετης γραμμής (εκτός από τις φωτοαντιστάσεις) με μια αλφαβητική ένδειξη του τύπου της δράσης ελέγχου (U - για ένα βαρίστορ, P - για μια αντίσταση μετρητή τάσης, t - για ένα θερμίστορ). Ένα φωτοαντίσταση συμβολίζεται με ένα ορθογώνιο μέσα σε κύκλο, με δύο βέλη που δείχνουν προς αυτό, συμβολίζοντας το φως.
Οι παράμετροι της αντίστασης δεν εξαρτώνται από τη συχνότητα της ροής του ρεύματος, πράγμα που σημαίνει ότι το στοιχείο αυτό λειτουργεί εξίσου σε κυκλώματα συνεχούς και εναλλασσόμενου ρεύματος (τόσο χαμηλής όσο και υψηλής συχνότητας). Εξαίρεση αποτελούν οι συρμάτινες αντιστάσεις, οι οποίες είναι εγγενώς επαγωγικές και μπορούν να χάσουν ενέργεια λόγω ακτινοβολίας σε υψηλές και υπερυψηλές συχνότητες.
Οι αντιστάσεις μπορούν να συνδεθούν παράλληλα ή σε σειρά, ανάλογα με τις απαιτήσεις για τις ιδιότητες του κυκλώματος. Οι τύποι για τον υπολογισμό της συνολικής αντίστασης για τις διάφορες συνδέσεις του κυκλώματος διαφέρουν σημαντικά. Σε μια σύνδεση σε σειρά, η συνολική αντίσταση ισούται με το απλό άθροισμα των τιμών των στοιχείων του κυκλώματος: R = R1 + R2 +... + Rn.
Σε μια παράλληλη σύνδεση, για να υπολογίσετε τη συνολική αντίσταση, προσθέστε τις τιμές των αντίστροφων των στοιχείων. Αυτό παράγει μια τιμή που είναι επίσης το αντίστροφο της συνολικής τιμής: 1/R = 1/R1 + 1/R2 + ... 1/Rn.
Η συνολική αντίσταση των αντιστάσεων που συνδέονται παράλληλα θα είναι μικρότερη από τη χαμηλότερη.
Αξιολογήσεις
Υπάρχουν τυποποιημένες τιμές αντίστασης για τα αντιστατικά στοιχεία, οι οποίες ονομάζονται "σειρές ονομαστικής τιμής αντιστάτη". Η βάση της προσέγγισης για τη δημιουργία αυτής της γραμμής είναι η εξής: Το βήμα μεταξύ των τιμών πρέπει να επικαλύπτει την ανοχή (σφάλμα). Παράδειγμα - εάν η ονομαστική τιμή ενός στοιχείου είναι 100 Ω και η ανοχή είναι 10%, η επόμενη τιμή στη σειρά θα είναι 120 Ω. Με το βήμα αυτό αποφεύγονται οι περιττές τιμές, επειδή οι γειτονικές βαθμολογίες, μαζί με τη μεταβολή του σφάλματος, καλύπτουν πρακτικά όλο το εύρος τιμών μεταξύ τους.
Οι διαθέσιμες αντιστάσεις είναι ομαδοποιημένες σε σειρές με διαφορετικές ανοχές. Κάθε σειρά έχει το δικό της ονομαστικό εύρος.
Οι διαφορές μεταξύ των σειρών είναι:
- E 6 - 20% ανοχή,
- E 12 - 10% ανοχή,
- E 24 - ανοχή 5% (μερικές φορές 2%),
- E 48 - ανοχή 2%,
- E 96 - ανοχή 1%,
- E 192 - ανοχή 0,5% (μπορεί να είναι 0,25%, 0,1% και λιγότερο).
Η πιο κοινή σειρά E 24 περιλαμβάνει 24 ονομαστικές τιμές αντίστασης.
Επισήμανση
Το μέγεθος του αντιστατικού στοιχείου σχετίζεται άμεσα με την απορρόφηση ισχύος του, όσο μεγαλύτερη είναι, τόσο μεγαλύτερες είναι οι διαστάσεις του εξαρτήματος. Ενώ οποιαδήποτε αριθμητική τιμή μπορεί εύκολα να αναγραφεί στα κυκλώματα, η επισήμανση των προϊόντων μπορεί να είναι δύσκολη. Η τάση σμίκρυνσης της κατασκευής ηλεκτρονικών ειδών οδηγεί σε ολοένα και μικρότερα εξαρτήματα, καθιστώντας δυσκολότερη τόσο την τοποθέτηση πληροφοριών στο περίβλημα όσο και την ανάγνωσή τους.
Για την ευκολότερη ταυτοποίηση των αντιστάσεων στη ρωσική βιομηχανία χρησιμοποιείται η αλφαριθμητική σήμανση. Οι αντιστάσεις επισημαίνονται ως εξής: η ονομαστική τιμή υποδεικνύεται με ψηφία και ένα γράμμα τοποθετείται είτε πίσω από τα ψηφία (στην περίπτωση δεκαδικών τιμών) είτε πριν από αυτά (για τις εκατοντάδες). Εάν η ονομαστική τιμή είναι μικρότερη από 999 Ω, ο αριθμός γράφεται χωρίς γράμμα (ή μπορεί να εμφανιστούν τα γράμματα R ή E). Εάν η τιμή καθορίζεται σε kOhm, το γράμμα K ακολουθεί τον αριθμό και το γράμμα M αντιστοιχεί στην τιμή σε Mohm.
Οι αντιστάσεις των ΗΠΑ επισημαίνονται με τρία ψηφία. Τα δύο πρώτα υποδηλώνουν την ονομαστική αξία, το τρίτο τον αριθμό των μηδενικών (δεκάδων) που προστίθενται στην αξία.
Στη ρομποτική παραγωγή ηλεκτρονικών συγκροτημάτων, τα τυπωμένα σύμβολα βρίσκονται συχνά στην πλευρά του εξαρτήματος που είναι στραμμένη προς την πλακέτα, καθιστώντας αδύνατη την ανάγνωση των πληροφοριών.
Χρωματική κωδικοποίηση
Για να διασφαλιστεί ότι οι πληροφορίες είναι ευανάγνωστες σε όλες τις πλευρές, χρησιμοποιείται κωδικοποίηση χρωμάτων - με τη χρήση κυκλικών λωρίδων χρώματος. Κάθε χρώμα έχει τη δική του αριθμητική αξία. Οι λωρίδες στα εξαρτήματα τοποθετούνται πιο κοντά σε έναν από τους ακροδέκτες και διαβάζονται από αριστερά προς τα δεξιά. Εάν δεν είναι δυνατόν να μετακινηθούν οι χρωματικές σημάνσεις σε έναν ακροδέκτη λόγω του μικρού μεγέθους του εξαρτήματος, η πρώτη λωρίδα έχει διπλάσιο πλάτος από τις άλλες λωρίδες.
Τα μέρη με ανοχή 20% επισημαίνονται με τρεις γραμμές, ενώ για ανοχή 5-10% χρησιμοποιούνται 4 γραμμές. Οι πιο ακριβείς αντιστάσεις φέρουν 5-6 γραμμές, οι 2 πρώτες από τις οποίες αντιστοιχούν στην ονομαστική τιμή του εξαρτήματος. Εάν οι ζώνες είναι 4, η τρίτη υποδεικνύει τον δεκαδικό πολλαπλασιαστή για τις δύο πρώτες ζώνες, η τέταρτη γραμμή υποδεικνύει την ακρίβεια. Εάν οι μπάρες είναι 5, τότε η τρίτη υποδεικνύει το τρίτο ψηφίο της βαθμολογίας, η τέταρτη υποδεικνύει το δεκαδικό σημείο (αριθμός μηδενικών) και η πέμπτη υποδεικνύει την ακρίβεια. Η έκτη γραμμή υποδεικνύει τον συντελεστή αντίστασης θερμοκρασίας (TCR).
Στην περίπτωση των σημάνσεων με τέσσερις λωρίδες, οι χρυσές ή ασημένιες λωρίδες έρχονται πάντα τελευταίες.
Όλες οι σημάνσεις φαίνονται περίπλοκες, αλλά η ικανότητα γρήγορης ανάγνωσης μιας σήμανσης έρχεται με την εμπειρία.
Σχετικά άρθρα:
