Mikä on vastus ja mitä se tekee?

Vastukset ovat elektroniikan yleisimmin käytettyjä elementtejä. Tämä nimi on jo pitkään ollut radioamatööriterminologian kapeiden rajojen ulkopuolella. Termi ei pitäisi aiheuttaa sekaannusta kenellekään, joka on edes ohimennen kiinnostunut elektroniikasta.

 

Mikä on vastus

Yksinkertaisin määritelmä on, että vastus on sähköpiirin elementti, joka antaa vastuksen sen läpi kulkevalle virralle. Elementin nimi tulee latinankielisestä sanasta "resisto" - "vastustaa", ja radioamatöörit kutsuvat tätä osaa usein nimellä "vastus".

Mieti, mitä vastukset ovat ja mihin niitä käytetään. Näihin kysymyksiin vastaaminen edellyttää sähkötekniikan peruskäsitteiden fysikaalisen merkityksen tuntemista.

Vastuksen toimintaa voidaan selittää vesiputkien avulla. Jos estämme veden virtausta putkessa jollakin tavalla (esim. pienentämällä sen halkaisijaa), sisäinen paine kasvaa. Kun este poistetaan, paine vähenee. Sähkötekniikassa tämä paine vastaa jännitettä - vaikeuttamalla sähkövirran kulkua kasvatamme piirin jännitettä; pienentämällä vastusta pienennämme myös jännitettä.

Putken halkaisijaa muuttamalla voimme muuttaa veden virtausnopeutta; sähköpiireissä voimme säätää virran voimakkuutta muuttamalla vastusta. Vastuksen arvo on kääntäen verrannollinen elementin johtavuuteen.

Resistiivisten elementtien ominaisuuksia voidaan käyttää seuraaviin tarkoituksiin:

• Virran muuntaminen jännitteeksi ja päinvastoin;
• Virtauksen rajoittaminen tietyn virta-arvon saavuttamiseksi;
• Jännitejakajien luominen (esim. mittauslaitteissa);
• Muut erityissovellukset (esim. radiohäiriöiden vähentäminen).

Seuraavassa esimerkissä selitetään, mikä vastus on ja mihin sitä käytetään. Tuttu LED hehkuu pienillä virroilla, mutta sen oma resistanssi on niin pieni, että jos LED sijoitetaan suoraan virtapiiriin, jopa 5 V:n jännitteellä, sen läpi kulkeva virta ylittää komponentin sallitut arvot. Tämä kuormitus aiheuttaa LEDin sammumisen välittömästi. Siksi piiriin on sisällytetty vastus, jonka tarkoituksena on tässä tapauksessa rajoittaa virta tiettyyn arvoon.

Kaikki resistiiviset elementit ovat sähköpiirien passiivisia komponentteja, toisin kuin aktiiviset, ne eivät anna energiaa järjestelmälle vaan ainoastaan kuluttavat sitä.

Kun olet ymmärtänyt, mitä vastukset ovat, sinun on tarkasteltava niiden tyyppejä, nimityksiä ja merkintöjä.

Vastusten tyypit

Vastukset voidaan luokitella seuraaviin luokkiin:

1. Ei-säätöinen (vakio) - lankakäämitys, komposiitti, kalvo, hiili jne.
2. Säädettävä (muuttuva ja leikattava). Säädettäviä vastuksia käytetään sähköpiirien säätämiseen. Muuttuvia vastuselementtejä (potentiometrejä) käytetään signaalitasojen säätämiseen.

Erillisen ryhmän muodostavat puolijohteista valmistetut resistiiviset elementit (termoresistorit, fotoresistorit, varistorit jne.).

Vastusten ominaisuudet määräytyvät niiden käyttötarkoituksen mukaan, ja ne määritetään valmistushetkellä. Keskeisiä parametreja ovat:

1. Nimellinen vastus. Se on elementin tärkein ominaisuus, ja se mitataan ohmeina (Ohm, kOhm, Mohm).
2. Toleranssi prosentteina määritellystä nimellisvastuksesta. Tarkoittaa valmistustekniikasta johtuvia mahdollisia vaihteluita.
3. Häviöteho - Suurin teho, jonka vastus voi hukata pitkäaikaisen kuormituksen aikana.
4. Lämpötilakerroin - arvo, joka osoittaa vastuksen suhteellisen resistanssimuutoksen lämpötilan muuttuessa 1 °C:n verran.
5. Käyttöjännitteen raja (sähköinen lujuus). Tämä on suurin jännite, jolla osa säilyttää ilmoitetut parametrit.
6. Kohinaominaisuus on vastuksen signaaliin aiheuttaman vääristymän aste.
7. Kosteus- ja lämpötilakestävyys - kosteuden ja lämpötilan enimmäisarvot, joiden ylittäminen voi johtaa komponentin vikaantumiseen.
8. Jännitekerroin. Arvo, jossa otetaan huomioon resistanssin riippuvuus käytetystä jännitteestä.

Vastusten käyttö ultrakorkeilla taajuuksilla lisää ominaisuuksia, kuten hajakapasitanssia ja induktanssia.

Puolijohdevastukset

Ne ovat puolijohdekomponentteja, joissa on kaksi liitintä ja joiden sähköinen resistanssi riippuu ympäristöparametreista, kuten lämpötilasta, valosta, jännitteestä jne. Tällaisten osien valmistukseen käytetään puolijohdemateriaaleja, jotka on seostettu epäpuhtauksilla, joiden tyyppi määrää johtavuuden riippuvuuden ulkoisista vaikutuksista.

Puolijohdevastuselementtejä on seuraavanlaisia:

1. Lineaarinen vastus. Tämä elementti on valmistettu matalaseosteisesta materiaalista, ja sen resistanssi riippuu vähän ulkoisista vaikutuksista laajalla jännite- ja virta-alueella, ja sitä käytetään useimmiten integroitujen piirien valmistuksessa.
2. Varistori on elementti, jonka resistanssi riippuu sähkökentän voimakkuudesta. Tämä varistorin ominaisuus määrittelee sen käyttötarkoituksen: laitteiden sähköisten parametrien vakauttaminen ja säätäminen, suojaaminen ylijännitteeltä ja muihin tarkoituksiin.
3. Termistori. Tämäntyyppinen epälineaarinen resistiivinen elementti pystyy muuttamaan resistanssiaan lämpötilan mukaan. Termistoreja on kahta tyyppiä: termistori, jonka resistanssi pienenee lämpötilan kasvaessa, ja posistori, jonka resistanssi kasvaa lämpötilan kasvaessa. Termistoreja käytetään silloin, kun jatkuva lämpötilan säätö on tärkeää.
4. Fotoresistori. Tämän laitteen resistanssi muuttuu, kun se altistuu valolle, ja se on riippumaton syötetystä jännitteestä. Valmistuksessa käytetään lyijyä ja kadmiumia, mikä on joissakin maissa johtanut siihen, että nämä komponentit on vähitellen poistettu käytöstä ympäristösyistä. Fotoresistorit ovat nykyään vertailukelpoisissa sovelluksissa valodiodien ja fototransistorien jälkeen toiseksi suurimpia.
5. Vetomittarivastukset. Tämä elementti on suunniteltu siten, että se pystyy muuttamaan kestävyyttään ulkoisen mekaanisen vaikutuksen (muodonmuutoksen) mukaan. Sitä käytetään solmuissa, jotka muuttavat mekaanisen toiminnan sähköisiksi signaaleiksi.

Puolijohdeelementeille, kuten lineaarisille vastuksille ja varistoreille, on ominaista heikko riippuvuus ulkoisista vaikutuksista. Venymäantureiden, termistoreiden ja fotoresistoreiden ominaisuuksien riippuvuus vaikutuksista on voimakas.

Puolijohdevastukset tunnistetaan piirikaavioissa intuitiivisilla symboleilla.

Vastus piirissä

Venäläisissä piireissä elementit, joilla on vakiovastus, merkitään yleensä valkoisella suorakulmiolla, jonka yläpuolella on joskus kirjain R. Ulkomaisissa järjestelmissä vastus voidaan tunnistaa "siksak-symbolina", jonka päällä on samanlainen R-kirjain. Jos jonkin osan parametri on tärkeä laitteen toiminnan kannalta, se on tavallista ilmoittaa kaaviossa.

Teho voidaan ilmoittaa suorakulmion palkkien avulla:

• 2W - 2 pystysuoraa viivaa;
• 1W - 1 pystypalkki;
• 0.5W - 1 viiva;
• 0,25 W - yksi vinoviiva;
• 0,125 W - kaksi vinoviivaa.

Teho voidaan merkitä kaavioon roomalaisin numeroin.

Muuttuvat vastukset merkitään suorakulmion yläpuolella olevalla lisäviivalla, jossa on nuoli, joka symboloi säätömahdollisuutta, ja liittimien numerointi voidaan ilmoittaa numeroin.

Puolijohdevastukset on merkitty samalla valkoisella suorakulmiolla, mutta niiden yli on vedetty vinoviiva (paitsi fotovastusten kohdalla), jossa on aakkosellinen merkintä ohjaustoiminnon tyypistä (U - varistori, P - venymäliuska vastus, t - termistori). Fotoresistori on ympyrän sisällä oleva suorakulmio, johon osoittaa kaksi valoa symboloivaa nuolta.

Vastuksen parametrit eivät riipu virran kulun taajuudesta, mikä tarkoittaa, että tämä elementti toimii yhtä lailla tasavirta- ja vaihtovirtapiireissä (sekä matala- että korkeataajuisissa). Poikkeuksena ovat lankakäämitetyt vastukset, jotka ovat luonnostaan induktiivisia ja voivat menettää energiaa säteilyn vuoksi korkeilla ja ultrakorkeilla taajuuksilla.

Vastukset voidaan kytkeä rinnakkain tai sarjaan virtapiirin ominaisuuksien vaatimusten mukaan. Kokonaisresistanssin laskentakaavat eri virtapiirien kytkentöjen osalta eroavat toisistaan huomattavasti. Sarjakytkennässä kokonaisresistanssi on yhtä suuri kuin piirin elementtien arvojen yksinkertainen summa: R = R1 + R2 +... + Rn.

Rinnankytkennässä kokonaisvastuksen laskemiseksi lasketaan elementtien käänteisarvot yhteen. Näin saadaan arvo, joka on myös kokonaisarvon käänteisarvo: 1/R = 1/R1 + 1/R2 + ... 1/Rn.

Rinnankytkettyjen vastusten kokonaisvastus on pienempi kuin pienin vastus.

Arviot

Resistiivisille elementeille on olemassa vakiovastusarvot, joita kutsutaan "vastuksen nimellisarvosarjoiksi". Tämän rivin luomisessa noudatetaan seuraavaa lähestymistapaa: arvojen välisen askeleen on oltava toleranssin (virheen) yläpuolella. Esimerkki - jos elementin nimellisarvo on 100 ohmia ja toleranssi on 10 %, sarjan seuraava arvo on 120 ohmia. Tässä vaiheessa vältetään tarpeettomat arvot, koska vierekkäiset luokitukset yhdessä virhevaihtelun kanssa kattavat käytännössä koko niiden välisen arvoalueen.

Käytettävissä olevat vastukset on ryhmitelty sarjoihin, joissa on eri toleranssit. Kullakin sarjalla on oma nimellisalueensa.

Sarjojen väliset erot ovat seuraavat:

• E 6 - 20 % toleranssi;
• E 12 - 10 % toleranssi;
• E 24 - toleranssi 5 % (joskus 2 %);
• E 48 - toleranssi 2 %;
• E 96 - toleranssi 1 %;
• E 192 - toleranssi 0,5 % (voi olla 0,25 %, 0,1 % ja pienempi).

Yleisin E 24 -sarja sisältää 24 vastusluokkaa.

Merkintä

Resistiivisen elementin koko liittyy suoraan sen häviötehoon, ja mitä suurempi se on, sitä suuremmat ovat osan mitat. Vaikka mikä tahansa numeerinen arvo voidaan helposti merkitä virtapiireihin, tuotteiden merkitseminen voi olla vaikeaa. Elektroniikan valmistuksen miniatyrisointisuuntaus aiheuttaa sen, että komponentit ovat yhä pienempiä, mikä vaikeuttaa sekä tiedon sijoittamista koteloon että sen lukemista.

Venäjän teollisuudessa vastusten tunnistamisen helpottamiseksi käytetään aakkosnumeerista merkintää. Vastukset merkitään seuraavasti: nimellisarvo ilmoitetaan numeroin, ja kirjain merkitään joko numeroiden taakse (desimaaliarvot) tai eteen (sadat). Jos nimellisarvo on alle 999 ohmia, numero painetaan ilman kirjainta (tai se voi olla joko R tai E). Jos arvo ilmoitetaan kohmina, K-kirjain sijoitetaan numeron perään, ja M-kirjain vastaa arvoa mohmina.

Yhdysvaltalaiset vastukset on merkitty kolmella numerolla. Kaksi ensimmäistä viittaa nimellisarvoon, kolmas arvoon lisättyjen nollien (kymmenien) määrään.

Elektroniikkakokoonpanojen robotisoidussa tuotannossa painetut symbolit ovat usein kappaleen piirilevyä vastapäätä olevalla puolella, jolloin tietojen lukeminen on mahdotonta.

Värikoodaus

Jotta tiedot olisivat luettavissa joka puolella, käytetään värikoodausta, jossa käytetään ympyränmuotoisia maaliraitoja. Jokaisella värillä on oma numeroarvonsa. Osissa olevat raidat on sijoitettu lähemmäs yhtä nastaa, ja niitä luetaan vasemmalta oikealle. Jos värimerkintöjä ei ole mahdollista siirtää yhteen liittimeen komponentin pienen koon vuoksi, ensimmäinen raita on kaksi kertaa leveämpi kuin muut raidat.

Osat, joiden toleranssi on 20 %, merkitään kolmella viivalla, 5-10 %:n toleranssin kohdalla käytetään neljää viivaa. Tarkimmat vastukset on merkitty 5-6 viivalla, joista kaksi ensimmäistä vastaa osan nimellisarvoa. Jos kaistoja on neljä, kolmas rivi ilmoittaa kahden ensimmäisen kaistan desimaalikerrointa ja neljäs rivi ilmoittaa tarkkuuden. Jos palkkeja on viisi, kolmas osoittaa luokituksen kolmannen numeron, neljäs desimaalipisteen (nollien määrä) ja viides tarkkuuden. Kuudes viiva osoittaa resistanssin lämpötilakertoimen (TCR).

Neljän raidan merkinnöissä kulta- tai hopearaidat tulevat aina viimeisenä.

Kaikki merkinnät näyttävät monimutkaisilta, mutta kyky lukea merkinnät nopeasti kehittyy kokemuksen myötä.

Aiheeseen liittyvät artikkelit: