Vad är ett motstånd och vad gör det?

Resistorer är bland de mest använda elementen i elektronik. Detta namn har länge varit utanför den snäva gränsen för amatörradioterminologi. Och för alla med ens ett litet intresse för elektronik bör termen inte skapa förvirring.

 

Vad är ett motstånd?

Den enklaste definitionen är att ett motstånd är ett element i en elektrisk krets som ger motstånd mot den ström som flyter genom det. Elementets namn kommer från det latinska ordet "resisto" - "att stå emot"; radioamatörer kallar ofta denna del för "motstånd".

Tänk på vad motstånd är och vad de används till. För att besvara dessa frågor måste man lära sig känna den fysiska innebörden av de grundläggande begreppen inom elektroteknik.

En analogi med vattenledningar kan användas för att förklara hur ett motstånd fungerar. Om vi hindrar vattenflödet i röret på något sätt (t.ex. genom att minska dess diameter) kommer det inre trycket att öka. Genom att ta bort hindret minskar trycket. Inom elektrotekniken motsvarar detta tryck spänningen - genom att göra det svårare för en elektrisk ström att flyta ökar vi spänningen i kretsen; genom att minska motståndet minskar vi också spänningen.

Genom att ändra rörets diameter kan vi ändra vattenflödets hastighet, och i elektriska kretsar kan vi reglera strömstyrkan genom att ändra motståndet. Motståndsvärdet är omvänt proportionellt mot elementets konduktivitet.

Egenskaperna hos resistiva element kan användas för följande ändamål:

• Omvandling av ström till spänning och vice versa;
• Begränsning av strömflödet för att uppnå ett visst strömvärde;
• Skapande av spänningsdelare (t.ex. i mätinstrument);
• Andra specialtillämpningar (t.ex. minskning av radiostörningar).

Följande exempel förklarar vad ett motstånd är och vad det används till. Den välkända lysdioden lyser vid låga strömmar, men dess eget motstånd är så lågt att om lysdioden placeras direkt i en krets, även vid 5 V, kommer strömmen att överstiga komponentens tillåtna värden. Denna belastning leder till att lysdioden omedelbart slutar fungera. Därför ingår ett motstånd i kretsen vars syfte i detta fall är att begränsa strömmen till ett förutbestämt värde.

Alla resistiva element är passiva komponenter i elektriska kretsar, till skillnad från aktiva element ger de inte energi till systemet utan förbrukar den bara.

När du väl har förstått vad motstånd är, måste du fundera över deras typer, beteckningar och märkning.

Typer av motstånd

Typer av motstånd kan delas in i följande kategorier:

1. Icke-justerbar (konstant) - trådlindad, komposit, film, kol etc.
2. Justerbar (variabel och trimmad). Justerbara motstånd används för att justera elektriska kretsar. Variabla motståndselement (potentiometrar) används för att justera signalnivåerna.

En separat grupp utgörs av halvledarresistenta element (termoresistorer, fotoresistorer, varistorer etc.).

Motståndens egenskaper bestäms av deras avsedda användning och specificeras vid tillverkningstillfället. De viktigaste parametrarna är följande:

1. Nominellt motstånd. Det är elementets viktigaste egenskap och mäts i ohm (Ohm, kOhm, Mohm).
2. Toleransen i procent av det angivna nominella motståndet. Innebär möjliga variationer till följd av tillverkningstekniken.
3. Effektförlust - Den maximala effekt som ett motstånd kan avge under långvarig belastning.
4. Temperaturkoefficient för resistans - ett värde som visar den relativa förändringen av resistansen hos ett motstånd när temperaturen ändras med 1 °C.
5. Driftspänningsgräns (elektrisk styrka). Detta är den maximala spänning vid vilken komponenten bibehåller sina angivna parametrar.
6. Brusegenskaperna är graden av förvrängning av signalen genom motståndet.
7. Fukt- och temperaturbeständighet - maximala värden för fukt och temperatur som överskrids kan leda till att komponenten går sönder.
8. Spänningsfaktor. Ett värde som tar hänsyn till motståndets beroende av den applicerade spänningen.

Användningen av motstånd i det ultrahöga frekvensområdet ger ytterligare egenskaper som parasitkapacitans och induktans.

Halvledarmotstånd

De är halvledarenheter med två terminaler som har ett elektriskt motstånd som är beroende av miljöparametrar som temperatur, ljus, spänning osv. Halvledarmaterial som är dopade med föroreningar, vars typ av föroreningar bestämmer ledningsförmågans beroende av yttre påverkan, används för att tillverka sådana delar.

Det finns följande typer av halvledarresistiva element:

1. Linjärt motstånd. Detta element är tillverkat av låglegerat material och har ett lågt beroende av motstånd mot yttre påverkan i ett brett spektrum av spänningar och strömmar och används oftast vid tillverkning av integrerade kretsar.
2. En varistor är ett element vars motstånd beror på styrkan i det elektriska fältet. Denna egenskap hos varistorn definierar dess användning: för att stabilisera och reglera elektriska parametrar i apparater, för att skydda mot överspänning och för andra ändamål.
3. Termistor. Denna typ av icke-linjära resistiva element har förmågan att ändra sitt motstånd beroende på temperaturen. Det finns två typer av termistorer: en termistor vars motstånd minskar med stigande temperatur och en posistor vars motstånd ökar med temperaturen. Termistorer används när det är viktigt med konstant kontroll av temperaturprocessen.
4. Fotoresistor. Motståndet i denna anordning förändras när den utsätts för ljus och är oberoende av den applicerade spänningen. Bly och kadmium används vid tillverkningen, och i vissa länder har detta lett till att dessa komponenter har fasats ut av miljöskäl. Fotoresistorer kommer nu på andra plats efter fotodioder och fototransistorer i jämförbara tillämpningar.
5. Resistorer för mätning av spänningsmått. Detta element är konstruerat på ett sådant sätt att det kan ändra sitt motstånd beroende på den yttre mekaniska påverkan (deformation). Den används i noder som omvandlar mekanisk rörelse till elektriska signaler.

Halvledarelement som linjära motstånd och varistor kännetecknas av ett svagt beroende av yttre påverkan. För töjningsmätare, termistorer och fotoresistorer är egenskaperna starkt beroende av påverkan.

Halvledarmotstånd identifieras med intuitiva symboler i kretsscheman.

Resistor i en krets

I ryska kretsar anges element med konstant motstånd vanligtvis som en vit rektangel, ibland med bokstaven R ovanför. I utländska system kan ett motstånd identifieras som en "sicksack"-symbol med en liknande bokstav R ovanpå. Om någon delparameter är viktig för apparatens funktion är det vanligt att den anges i schemat.

Effekten kan anges med staplar på en rektangel:

• 2W - 2 vertikala streck;
• 1W - 1 vertikalt streck;
• 0,5W - 1 snedstreck;
• 0,25 W - en sned linje;
• 0,125 W - två sneda linjer.

Det är tillåtet att ange effekten med romerska siffror på diagrammet.

Variabla motstånd är markerade med en extra linje ovanför rektangeln med en pil, som symboliserar möjligheten till justering, och numreringen av terminalerna kan anges med siffror.

Halvledarresistanser anges med samma vita rektangel, men med en snedstreckad linje (utom för fotoresistorer) och en bokstav som anger typen av kontrollåtgärd (U - för en varistor, P - för ett belastningsmätningsmotstånd, t - för en termistor). En fotoresistor visas som en rektangel i en cirkel med två pilar som pekar mot den, vilket symboliserar ljus.

Motståndets parametrar beror inte på frekvensen av strömflödet, vilket innebär att detta element fungerar lika bra i likströms- och växelströmkretsar (både låg- och högfrekventa kretsar). Undantag är trådlindade motstånd, som i sig är induktiva och kan förlora energi på grund av strålning vid höga och ultrahöga frekvenser.

Resistorer kan kopplas parallellt eller i serie, beroende på kraven på kretsens egenskaper. Formlerna för att beräkna det totala motståndet för de olika kretsförbindelserna skiljer sig avsevärt åt. I en seriekoppling är det totala motståndet lika med den enkla summan av värdena för elementen i kretsen: R = R1 + R2 +... + Rn.

För att beräkna det totala motståndet i en parallellkoppling lägger du ihop värdena för elementens omvända värden för att beräkna det totala motståndet. Detta ger ett värde som också är omvänt mot det totala värdet: 1/R = 1/R1 + 1/R2 + ... 1/Rn.

Det totala motståndet för de parallellkopplade motstånden blir lägre än det lägsta motståndet.

Betyg

Det finns standardvärden för resistansvärden för resistiva element, som kallas "resistansvärderingsserier". Grunden för tillvägagångssättet vid skapandet av denna rad är följande: Skillnaden mellan värdena måste överlappa toleransen (felet). Exempel - om ett element är 100 ohm och toleransen är 10 %, kommer nästa värde i serien att vara 120 ohm. Genom detta steg undviks onödiga värden eftersom de intilliggande värdena, tillsammans med felvariationen, praktiskt taget täcker hela värdeintervallet mellan dem.

De tillgängliga motstånden är grupperade i serier med olika toleranser. Varje serie har sitt eget nominella intervall.

Skillnaderna mellan serierna är följande:

• E 6 - 20 % tolerans;
• E 12 - 10 % tolerans;
• E 24 - tolerans 5 % (ibland 2 %);
• E 48 - tolerans på 2 %;
• E 96 - tolerans 1 %;
• E 192 - tolerans 0,5 % (kan vara 0,25 %, 0,1 % och lägre).

Den vanligaste E 24-serien har 24 motståndsklasser.

Märkning

Storleken på det resistiva elementet är direkt relaterad till dess effektförlust, ju högre den är, desto större är delens dimensioner. Medan alla numeriska värden lätt kan anges på kretsar kan det vara svårt att märka produkter. Miniatyriseringstrenden inom elektroniktillverkning gör att komponenterna blir allt mindre, vilket gör det svårare att både sätta information på höljet och att läsa den.

För att underlätta identifiering av motstånd i den ryska industrin används alfanumerisk märkning. Resistorer märks på följande sätt: nominellt värde anges med siffror och en bokstav sätts antingen bakom siffrorna (för decimalvärden) eller före dem (för hundratal). Om värdet är mindre än 999 ohm anges siffran utan bokstav (eller så kan det vara ett R eller E). Om värdet anges i kOhm följer bokstaven K efter siffran och bokstaven M motsvarar värdet i Mohm.

Amerikanska motstånd är märkta med tre siffror. De två första anger valören, den tredje antalet nollor (tiotal) som läggs till värdet.

Vid robottillverkning av elektroniska komponenter är de tryckta symbolerna ofta på den sida av delen som är vänd mot kretskortet, vilket gör det omöjligt att läsa informationen.

Färgkodning

För att se till att informationen är läsbar på alla sidor används färgkodning med hjälp av cirkulära färgremsor. Varje färg har sitt eget numeriska värde. Ränderna på delarna är placerade närmare ett av stiften och läses från vänster till höger. Om det inte är möjligt att flytta färgmarkeringarna till en terminal på grund av komponentens ringa storlek, är den första remsan dubbelt så bred som de andra remsorna.

Delar med en tolerans på 20 % markeras med tre linjer, för toleranser på 5-10 % används fyra linjer. De mest exakta motstånden är märkta med 5 till 6 linjer, varav de två första motsvarar komponentens storlek. Om banden är 4 anger den tredje raden decimalmultiplikatorn för de två första banden och den fjärde raden anger noggrannheten. Om staplarna är 5 anger den tredje staplen den tredje siffran i betygsättningen, den fjärde staplen decimalpunkten (antalet nollor) och den femte staplen noggrannheten. Den sjätte linjen anger temperaturkoefficienten för motstånd (TCR).

När det gäller fyra ränder kommer guld- eller silverränder alltid sist.

Alla märkningar ser komplicerade ut, men förmågan att snabbt läsa en märkning kommer med erfarenhet.

Relaterade artiklar: