Weerstanden
Omdat de relatie tussen spanning, stroom en weerstand in een circuit zo regelmatig is, kunnen we elke variabele in een circuit op betrouwbare wijze regelen door simpelweg de andere twee te regelen. Misschien wel de gemakkelijkste variabele in elk circuit om te regelen, is de weerstand. Dit kan worden gedaan door het materiaal, de grootte en de vorm van de geleidende componenten te veranderen (weet je nog hoe de dunne metalen gloeidraad van een lamp meer elektrische weerstand creëerde dan een dikke draad?).
Wat is een weerstand?
Speciale componenten die weerstanden worden genoemd, zijn gemaakt met het uitdrukkelijke doel om een precieze hoeveelheid weerstand te creëren voor invoeging in een circuit. Ze zijn meestal gemaakt van metaaldraad of koolstof en ontworpen om een stabiele weerstandswaarde te behouden over een breed scala van omgevingsomstandigheden.
In tegenstelling tot lampen produceren ze geen licht, maar ze produceren wel warmte omdat elektrische stroom door hen wordt afgevoerd in een werkend circuit. Meestal is het doel van een weerstand echter niet om bruikbare warmte te produceren, maar gewoon om een precieze hoeveelheid elektrische weerstand te leveren.
Weerstand schematische symbolen en waarden
Het meest voorkomende schematische symbool voor een weerstand is een zigzaglijn:
Weerstandswaarden in ohm worden meestal weergegeven als een aangrenzend getal, en als er meerdere weerstanden in een circuit aanwezig zijn, worden deze gelabeld met een uniek identificatienummer zoals R1 , R2 , R3 , enz. Zoals u kunt zien, kunnen weerstandssymbolen horizontaal of verticaal worden weergegeven:
Echte weerstanden lijken in niets op het zigzagsymbool. In plaats daarvan zien ze eruit als kleine buizen of cilinders met twee uitstekende draden voor aansluiting op een circuit. Hier is een voorbeeld van verschillende soorten en maten weerstanden:
Om meer bij hun fysieke verschijning te blijven, ziet een alternatief schematisch symbool voor een weerstand eruit als een kleine, rechthoekige doos:
Van weerstanden kan ook worden aangetoond dat ze variërende in plaats van vaste weerstanden hebben. Dit kan zijn om een echt fysiek apparaat te beschrijven dat is ontworpen om een instelbare weerstand te bieden, of het kan zijn om een onderdeel te laten zien dat toevallig een onstabiele weerstand heeft:
Elke keer dat u een componentsymbool ziet getekend met een diagonale pijl erdoorheen, heeft die component een variabele in plaats van een vaste waarde. Dit symbool "modifier" (de diagonale pijl) is een standaard elektronische symboolconventie.
Variabele weerstanden
Variabele weerstanden moeten een fysieke aanpassingsmogelijkheid hebben, ofwel een roterende as of hendel die kan worden verplaatst om de hoeveelheid elektrische weerstand te variëren. Hier is een foto met een aantal apparaten die potentiometers worden genoemd en die kunnen worden gebruikt als variabele weerstanden:
Nominaal vermogen van weerstanden
Omdat weerstanden warmte-energie dissiperen wanneer de elektrische stromen erdoorheen de "wrijving" van hun weerstand overwinnen, worden weerstanden ook beoordeeld in termen van hoeveel warmte-energie ze kunnen dissiperen zonder oververhitting en schade op te lopen. Uiteraard wordt dit vermogen gespecificeerd in de fysieke eenheid "watt". De meeste weerstanden in kleine elektronische apparaten zoals draagbare radio's hebben een vermogen van 1/4 (0,25) watt of minder.
Het vermogen van elke weerstand is ongeveer evenredig met de fysieke grootte. Merk op in de eerste weerstandsfoto hoe het vermogen zich verhoudt tot de grootte:hoe groter de weerstand, hoe hoger de vermogensdissipatie. Merk ook op hoe weerstanden (in ohm) niets te maken hebben met grootte! Hoewel het nu misschien zinloos lijkt om een apparaat te hebben dat niets anders doet dan elektrische stroom weerstaan, zijn weerstanden buitengewoon nuttige apparaten in circuits.
Omdat ze eenvoudig zijn en zo vaak worden gebruikt in de wereld van elektriciteit en elektronica, zullen we een aanzienlijke hoeveelheid tijd besteden aan het analyseren van circuits die bestaan uit niets anders dan weerstanden en batterijen.
Hoe zijn weerstanden nuttig?
Bekijk de onderstaande foto voor een praktische illustratie van het nut van weerstanden. Het is een afbeelding van een printplaat, of PCB:een samenstel gemaakt van ingeklemde lagen isolerende fenolvezelplaat en geleidende koperstrips, waarin componenten kunnen worden ingebracht en vastgezet door een lasproces bij lage temperatuur dat 'solderen' wordt genoemd.
De verschillende componenten op deze printplaat zijn te herkennen aan gedrukte labels. Weerstanden worden aangegeven met een label dat begint met de letter "R".
Deze specifieke printplaat is een computeraccessoire dat een "modem" wordt genoemd, waarmee digitale informatieoverdracht via telefoonlijnen mogelijk is. Er zijn minstens een dozijn weerstanden (allemaal met een vermogensdissipatie van 1/4 watt) die te zien zijn op het bord van deze modem. Elk van de zwarte rechthoeken ("geïntegreerde circuits" of "chips" genoemd) bevat ook hun eigen reeks weerstanden voor hun interne functies. Een ander voorbeeld van een printplaat toont weerstanden die zijn verpakt in nog kleinere eenheden, genaamd "surface mount devices".
Deze specifieke printplaat is de onderkant van de harde schijf van een pc en nogmaals, de weerstanden die erop zijn gesoldeerd, worden aangeduid met labels die beginnen met de letter "R":
Er zijn meer dan honderd op het oppervlak gemonteerde weerstanden op deze printplaat, en deze telling omvat natuurlijk niet het aantal interne weerstanden van de zwarte "chips". Deze twee foto's zouden iedereen ervan moeten overtuigen dat weerstanden - apparaten die "slechts" de stroom van elektrische stroom tegenwerken - zeer belangrijke componenten zijn op het gebied van elektronica!
'Laden' op schematische diagrammen
In schematische diagrammen worden soms weerstandssymbolen gebruikt om elk algemeen type apparaat in een circuit te illustreren dat iets nuttigs doet met elektrische energie. Elk niet-specifiek elektrisch apparaat wordt over het algemeen een belasting genoemd. een soort verkorte weergave zijn van iets anders dat praktischer is dan een weerstand.
Analyse van weerstandscircuits
Laten we, om samen te vatten wat we in deze les hebben geleerd, het volgende circuit analyseren en alles bepalen wat we kunnen op basis van de gegeven informatie:
Het enige dat we hier hebben gekregen om mee te beginnen, is de batterijspanning (10 volt) en de circuitstroom (2 ampère). We kennen de weerstand van de weerstand in ohm niet of het vermogen dat erdoor wordt gedissipeerd in watt. Als we onze reeks vergelijkingen van de wet van Ohm onderzoeken, vinden we twee vergelijkingen die ons antwoorden geven op basis van bekende hoeveelheden spanning en stroom:
Door de bekende hoeveelheden spanning (E) en stroom (I) in deze twee vergelijkingen in te voeren, kunnen we circuitweerstand (R) en vermogensdissipatie (P) bepalen:
Voor de circuitomstandigheden van 10 volt en 2 ampère moet de weerstand van de weerstand 5 zijn. Als we een circuit zouden ontwerpen dat op deze waarden werkt, zouden we een weerstand moeten specificeren met een minimaal vermogen van 20 watt, anders zou het oververhit raken en defect raken.
Weerstandmaterialen
Weerstanden zijn te vinden in verschillende materialen, elk met hun eigen eigenschappen en specifieke toepassingsgebieden. De meeste elektrotechnici gebruiken de onderstaande typen:
Draadgewonden (WW) weerstanden
Draadgewonden weerstanden worden vervaardigd door weerstandsdraad in een spiraal om een niet-geleidende kern te wikkelen. Ze worden doorgaans geproduceerd voor toepassingen met hoge precisie en kracht. De kern is meestal gemaakt van keramiek of glasvezel en de weerstandsdraad is gemaakt van een nikkel-chroomlegering en is niet geschikt voor toepassingen met frequenties hoger dan 50kHz.
Laag geluidsniveau en stabiliteit met betrekking tot temperatuurschommelingen zijn standaardkenmerken van draadgewonden weerstanden. Weerstandswaarden zijn beschikbaar van 0,1 tot 100 kΩ, met een nauwkeurigheid tussen 0,1% en 20%.
Metalenfilmweerstanden
Nichroom of tantaalnitride wordt meestal gebruikt voor metaalfilmweerstanden. Een combinatie van een keramisch materiaal en een metaal vormen typisch het resistieve materiaal. De weerstandswaarde wordt gewijzigd door een spiraalpatroon in de film te snijden, net zoals koolstoffilm met een laser of schuurmiddel. Metaalfilmweerstanden zijn doorgaans minder stabiel ten aanzien van temperatuur dan draadgewonden weerstanden, maar kunnen hogere frequenties beter aan.
Metaaloxidefilmweerstanden
Metaaloxideweerstanden gebruiken metaaloxiden zoals tinoxide, waardoor ze iets anders zijn dan metaalfilmweerstanden. Deze weerstanden zijn betrouwbaar en stabiel en werken bij hogere temperaturen dan metaalfilmweerstanden. Daarom worden metaaloxidefilmweerstanden gebruikt in toepassingen die een hoog uithoudingsvermogen vereisen.
Folieweerstanden
De folieweerstand, ontwikkeld in de jaren 60, is nog steeds een van de meest nauwkeurige en stabiele soorten weerstanden die je kunt vinden en wordt gebruikt voor toepassingen met hoge precisie-eisen. Een keramisch substraat waarop een dunne bulkmetaalfolie is gecementeerd, vormt het resistieve element. Folieweerstanden hebben een zeer lage temperatuurcoëfficiënt.
Koolstofsamenstelling (CCR) weerstanden
Tot de jaren 60 waren weerstanden met koolstofsamenstelling de standaard voor de meeste toepassingen. Ze zijn betrouwbaar, maar niet erg nauwkeurig (hun tolerantie kan niet beter zijn dan ongeveer 5%). Een mengsel van fijne koolstofdeeltjes en niet-geleidend keramisch materiaal wordt gebruikt voor het weerstandselement van CCR-weerstanden.
De substantie wordt in de vorm van een cilinder gegoten en gebakken. De afmetingen van de carrosserie en de verhouding van koolstof tot keramisch materiaal bepalen de weerstandswaarde. Meer koolstof dat in het proces wordt gebruikt, betekent dat er een lagere weerstand is. CCR-weerstanden zijn nog steeds nuttig voor bepaalde toepassingen vanwege hun vermogen om hoge energiepulsen te weerstaan, een goed voorbeeld van een toepassing zou een voeding zijn.
Koolstoffilmweerstanden
Koolstoffilmweerstanden hebben een dunne koolstoffilm (met een spiraalvormige snede in de film om het weerstandspad te vergroten) op een isolerende cilindrische kern. Dit zorgt ervoor dat de weerstandswaarde nauwkeuriger is en verhoogt ook de weerstandswaarde. Koolstoffilmweerstanden zijn veel nauwkeuriger dan koolstofsamenstellingsweerstanden. Speciale koolstoffilmweerstanden worden gebruikt in toepassingen die een hoge pulsstabiliteit vereisen.
Key Performance Indicators (KPI's)
De KPI's voor elk weerstandsmateriaal vindt u hieronder:
BEOORDELING:
- Apparaten die weerstanden worden genoemd, zijn gebouwd om nauwkeurige hoeveelheden weerstand in elektrische circuits te leveren. Weerstanden worden beoordeeld op zowel hun weerstand (ohm) als hun vermogen om warmte-energie (watt) af te voeren.
- Weerstandsweerstandswaarden kunnen niet worden bepaald aan de hand van de fysieke grootte van de weerstand(en) in kwestie, hoewel geschatte vermogenswaarden dat wel kunnen. Hoe groter de weerstand, hoe meer vermogen hij veilig kan afvoeren zonder schade op te lopen.
- Elk apparaat dat een nuttige taak met elektrische stroom uitvoert, staat algemeen bekend als een belasting. Soms worden weerstandssymbolen in schematische diagrammen gebruikt om een niet-specifieke belasting aan te duiden, in plaats van een werkelijke weerstand.
GERELATEERDE WERKBLAD:
- Werkblad Weerstanden
Probeer onze Rekenmachine kleurcode weerstand in onze Hulpprogramma's sectie.
Industriële technologie