Weerstanden behoren tot de meest gebruikte elementen in de elektronica. Deze naam valt al lang niet meer binnen de beperkte terminologie van radioamateurs. En voor iedereen met ook maar enige belangstelling voor elektronica, mag de term geen verwarring veroorzaken.
Inhoud
Wat is een weerstand?
De eenvoudigste definitie is dat een weerstand een element in een elektrisch circuit is dat weerstand biedt tegen de stroom die er doorheen loopt. De naam van het element komt van het Latijnse woord "resisto" - "weerstand bieden"; radioamateurs noemen dit onderdeel vaak "weerstand".
Bedenk wat weerstanden zijn en waar ze voor gebruikt worden. Om deze vragen te beantwoorden moet men vertrouwd raken met de fysische betekenis van de basisbegrippen van de elektrotechniek.
Een analogie met waterleidingen kan worden gebruikt om uit te leggen hoe een weerstand werkt. Indien we de waterstroom in de pijp op enigerlei wijze belemmeren (b.v. door de diameter te verkleinen), zal er een stijging van de inwendige druk optreden. Door de obstructie te verwijderen, wordt de druk verminderd. In de elektrotechniek komt deze druk overeen met de spanning - door het moeilijker te maken voor een elektrische stroom om te stromen, verhogen we de spanning in de stroomkring; door de weerstand te verlagen, verlagen we ook de spanning.
Door de diameter van de pijp te veranderen, kunnen we de snelheid van de waterstroom veranderen; in elektrische circuits kunnen we, door de weerstand te veranderen, de sterkte van de stroom regelen. De waarde van de weerstand is omgekeerd evenredig met het geleidingsvermogen van het element.
De eigenschappen van resistieve elementen kunnen voor de volgende doeleinden worden gebruikt:
- Omzetting van stroom in spanning en omgekeerd;
- Het beperken van de stroom om een bepaalde waarde van stroom te verkrijgen;
- Opbouw van spanningsdelers (b.v. in meetinstrumenten);
- Andere speciale toepassingen (b.v. vermindering van radio-interferentie).
In het volgende voorbeeld wordt uitgelegd wat een weerstand is en waarvoor hij wordt gebruikt. De bekende LED gloeit bij lage stromen, maar zijn eigen weerstand is zo laag dat, als de LED rechtstreeks in een stroomkring wordt geplaatst, zelfs bij 5 V, de stroom die erdoor loopt de toelaatbare waarden van het onderdeel zal overschrijden. Door deze belasting zal de LED onmiddellijk uitvallen. Daarom is in de schakeling een weerstand opgenomen die in dit geval tot doel heeft de stroom te beperken tot een vooraf bepaalde waarde.
Alle resistieve elementen zijn passieve componenten in elektrische circuits, in tegenstelling tot actieve, zij geven geen energie aan het systeem, maar verbruiken het alleen.
Als u eenmaal weet wat weerstanden zijn, moet u zich buigen over het type, de aanduiding en de etikettering.
Soorten weerstanden
De soorten weerstanden kunnen in de volgende categorieën worden ingedeeld:
- Niet-instelbaar (constant) - wirewound, composiet, film, carbon, enz.
- Verstelbaar (variabel en getrimd). Regelbare weerstanden worden gebruikt om elektrische circuits aan te passen. Variabele weerstandselementen (potentiometers) worden gebruikt om signaalniveaus aan te passen.
Een aparte groep wordt gevormd door resistieve halfgeleiderelementen (thermoresistoren, fotoresistoren, varistoren, enz.).
De eigenschappen van weerstanden worden bepaald door het beoogde gebruik en worden gespecificeerd op het tijdstip van fabricage. De belangrijkste parameters zijn:
- Nominale weerstand. Het is de belangrijkste eigenschap van het element en wordt gemeten in ohm (Ohm, kOhm, Mohm).
- De tolerantie in percentage van de opgegeven nominale weerstand. Bedoeld worden mogelijke variaties ten gevolge van productietechnologie.
- Vermogensdissipatie - Het maximale vermogen dat een weerstand kan dissiperen tijdens een langdurige belasting.
- Temperatuurcoëfficiënt van de weerstand - een waarde die de relatieve verandering in weerstand van een weerstand aangeeft wanneer de temperatuur met 1°C verandert.
- Bedrijfsspanningslimiet (elektrische sterkte). Dit is de maximale spanning waarbij het onderdeel zijn opgegeven parameters behoudt.
- De ruiskarakteristiek is de mate van vervorming die door de weerstand in het signaal wordt geïntroduceerd.
- Vocht- en temperatuurbestendigheid - de maximale waarden van vochtigheid en temperatuur, bij overschrijding waarvan het onderdeel defect kan raken.
- Spanningsfactor. Een waarde die rekening houdt met de afhankelijkheid van de weerstand van de aangelegde spanning.
Het gebruik van weerstanden in het ultrahoge frequentiebereik voegt extra kenmerken toe zoals parasitaire capaciteit en inductie.
Halfgeleider-weerstanden
Het zijn halfgeleiderelementen met twee aansluitingen die een elektrische weerstand hebben die afhankelijk is van omgevingsparameters zoals temperatuur, licht, spanning, enz. Halfgeleidermaterialen die gedoteerd zijn met onzuiverheden, waarvan het type bepalend is voor de afhankelijkheid van het geleidingsvermogen van externe invloeden, worden gebruikt om dergelijke onderdelen te vervaardigen.
Er zijn de volgende typen resistieve halfgeleiderelementen:
- Lineaire weerstand. Dit element, dat is vervaardigd van een laaggelegeerd materiaal, heeft een geringe afhankelijkheid van de weerstand van externe werking in een breed bereik van spanningen en stromen, en wordt het meest gebruikt bij de produktie van geïntegreerde schakelingen.
- Een varistor is een element waarvan de weerstand afhangt van de sterkte van het elektrische veld. Deze eigenschap van de varistor bepaalt zijn toepassing: stabiliseren en regelen van elektrische parameters van apparaten, beschermen tegen overspanning, en voor andere doeleinden.
- Thermistor. Dit type niet-lineair weerstandselement kan zijn weerstand veranderen afhankelijk van de temperatuur. Er zijn twee soorten thermistor: een thermistor waarvan de weerstand afneemt naarmate de temperatuur stijgt, en een posistor waarvan de weerstand toeneemt met de temperatuur. Thermistors worden gebruikt wanneer een constante temperatuurregeling belangrijk is.
- Photoresistor. De weerstand van dit apparaat verandert bij blootstelling aan licht en is onafhankelijk van de toegepaste spanning. Bij de fabricage wordt gebruik gemaakt van lood en cadmium, en in sommige landen heeft dit ertoe geleid dat deze componenten om milieuredenen geleidelijk uit de productie zijn genomen. Fotoresistoren komen nu in vergelijkbare toepassingen op de tweede plaats na fotodiodes en fototransistoren.
- Rekstrookweerstanden. Dit element is zo ontworpen dat het zijn weerstand kan veranderen naar gelang van de externe mechanische impact (vervorming). Het wordt gebruikt in knooppunten die mechanische actie omzetten in elektrische signalen.
Halfgeleiderelementen zoals lineaire weerstanden en varistoren worden gekenmerkt door een zwakke afhankelijkheid van externe invloeden. Voor rekstrookjes, thermistors en fotoresistors is de afhankelijkheid van de karakteristieken van de invloeden sterk.
Halfgeleiderweerstanden worden in schakelschema's aangeduid met intuïtieve symbolen.
Weerstand in een circuit
In Russische circuits worden elementen met een constante weerstand gewoonlijk aangeduid als een witte rechthoek, soms met de letter R erboven. In buitenlandse schema's kan een weerstand worden aangeduid als een "zigzag"-symbool met een gelijkluidende letter R erbovenop. Indien een onderdeelparameter belangrijk is voor de werking van het toestel, is het gebruikelijk deze in het schema aan te geven.
Het vermogen kan worden aangegeven met balkjes op een rechthoek:
- 2W - 2 verticale streepjes;
- 1W - 1 verticale streep;
- 0.5W - 1 schuine streep;
- 0.25 W - één schuine streep;
- 0,125 W - twee schuine lijnen.
Het is toegestaan het vermogen in Romeinse cijfers op het schema aan te geven.
Variabele weerstanden zijn gemarkeerd met een extra lijn boven de rechthoek met een pijl, die de instelmogelijkheid symboliseert en de nummering van de aansluitklemmen kan worden aangegeven met cijfers.
Halfgeleiderweerstanden worden aangegeven met dezelfde witte rechthoek, maar doorkruist met een schuine streep (behalve voor fotoresistoren) met een alfabetische aanduiding van het type regelaar (U - voor een varistor, P - voor een rekstrookweerstand, t - voor een thermistor). Een fotoresistor wordt aangeduid door een rechthoek in een cirkel, met twee pijlen die ernaartoe wijzen, als symbool voor licht.
De parameters van de weerstand zijn niet afhankelijk van de frequentie van de stroom, wat betekent dat dit element evenzeer in gelijkstroom- als in wisselstroomcircuits functioneert (zowel lage als hoge frequentie). Uitzonderingen zijn draadgewonden weerstanden, die van nature inductief zijn en energie kunnen verliezen door straling bij hoge en ultrahoge frequenties.
Weerstanden kunnen parallel of in serie worden geschakeld, afhankelijk van de eisen die aan de eigenschappen van de schakeling worden gesteld. De formules voor de berekening van de totale weerstand voor de verschillende circuitaansluitingen verschillen aanzienlijk. In een serieschakeling is de totale weerstand gelijk aan de eenvoudige som van de waarden van de elementen in de schakeling: R = R1 + R2 +... + Rn.
In een parallelschakeling, om de totale weerstand te berekenen, telt u de waarden van de inverse van de elementen bij elkaar op. Dit levert een waarde op die ook het omgekeerde is van de totale waarde: 1/R = 1/R1 + 1/R2 + ... 1/Rn.
De totale weerstand van de parallel geschakelde weerstanden zal lager zijn dan de laagste.
Beoordelingen
Er zijn standaard weerstandswaarden voor weerstandselementen, de zogenaamde "resistor rating series". De basis van de aanpak bij het opstellen van deze rij is als volgt: De stap tussen de waarden moet de tolerantie (fout) overlappen. Voorbeeld - als de nominale waarde van een element 100 ohm is en de tolerantie 10%, dan zal de volgende waarde in de reeks 120 ohm zijn. Bij deze stap worden overbodige waarden vermeden omdat de aangrenzende ratings, samen met de foutenvariatie, praktisch het gehele bereik van de tussenliggende waarden bestrijken.
De beschikbare weerstanden zijn gegroepeerd in series met verschillende toleranties. Elke serie heeft zijn eigen nominale bereik.
De verschillen tussen de series zijn:
- E 6 - 20% tolerantie;
- E 12 - 10% tolerantie;
- E 24 - tolerantie 5% (soms 2%);
- E 48 - tolerantie van 2%;
- E 96 - tolerantie 1%;
- E 192 - tolerantie 0,5% (kan 0,25%, 0,1% en lager zijn).
De meest voorkomende E 24 serie omvat 24 weerstanden.
Etikettering
De grootte van een weerstandselement staat in direct verband met zijn vermogensdissipatie, hoe hoger deze is, hoe groter de afmetingen van het onderdeel. Terwijl elke numerieke waarde gemakkelijk op circuits kan worden aangegeven, kan de etikettering van producten moeilijk zijn. De miniaturiseringstrend in de elektronicafabricage leidt ertoe dat componenten steeds kleiner worden, waardoor het moeilijker wordt om informatie op de behuizing aan te brengen en om ze te lezen.
Om de identificatie van weerstanden in de Russische industrie te vergemakkelijken, wordt alfanumerieke markering gebruikt. Weerstanden worden als volgt gemarkeerd: de nominale waarde wordt aangegeven met cijfers, en een letter wordt ofwel achter de cijfers (bij decimale waarden) ofwel ervoor (bij honderdtallen) geplaatst. Als de nominale waarde minder dan 999 ohm is, wordt het cijfer zonder letter afgedrukt (of het kan R of E zijn). Indien de waarde in kOhm wordt aangegeven, wordt het getal gevolgd door de letter K, terwijl de letter M overeenkomt met de waarde in Mohm.
Amerikaanse weerstanden zijn gemarkeerd met drie cijfers. De eerste twee stellen de denominatie voor, de derde het aantal nullen (tientallen) dat aan de waarde is toegevoegd.
Bij de gerobotiseerde productie van elektronische assemblages bevinden de gedrukte symbolen zich vaak aan de kant van het onderdeel die naar de printplaat is gericht, waardoor het onmogelijk is de informatie te lezen.
Kleurcodering
Om ervoor te zorgen dat de informatie aan alle kanten leesbaar is, wordt een kleurcodering gebruikt - met cirkelvormige verfstrepen. Elke kleur heeft zijn eigen numerieke waarde. De strepen op de onderdelen zijn dichter bij een van de pinnen geplaatst en worden van links naar rechts gelezen. Als het door de geringe afmetingen van het onderdeel niet mogelijk is de kleurmarkeringen naar één aansluitpunt te verplaatsen, is de eerste strook twee keer zo breed als de andere stroken.
Onderdelen met een tolerantie van 20% worden gemarkeerd met drie lijnen, voor 5-10% tolerantie worden 4 lijnen gebruikt. De meest nauwkeurige weerstanden zijn gemarkeerd met 5 tot 6 lijnen, waarvan de eerste 2 overeenkomen met de onderdeelwaarde. Indien de banden 4 zijn, geeft de derde de decimale vermenigvuldigingsfactor voor de eerste twee banden aan, de vierde regel geeft de nauwkeurigheid aan. Indien de streepjes 5 zijn, geeft het derde streepje het derde cijfer van de rating aan, het vierde streepje het decimaalteken (aantal nullen) en het vijfde streepje de nauwkeurigheid. De zesde regel geeft de temperatuurscoëfficiënt van de weerstand (TCR) aan.
In het geval van vier-strepen markeringen, komen gouden of zilveren strepen altijd als laatste.
Alle markeringen zien er ingewikkeld uit, maar het vermogen om snel een markering te lezen komt met de ervaring.
Verwante artikelen:
