Modstand ( eng. resistor , af lat. resisto - resist ) - et passivt element i elektriske kredsløb , med en vis eller variabel værdi af elektrisk modstand [1] , designet til lineær konvertering af strømstyrke til spænding og spænding til strømstyrke , strøm begrænsning, absorption af elektrisk energi og andet [2] . En meget udbredt komponent i næsten alle elektriske og elektroniske enheder.
Det ækvivalente kredsløb af en modstand har oftest form af parallelforbundet modstand og kapacitans. Nogle gange ved høje frekvenser er en induktor inkluderet i serie med dette kredsløb. I det ækvivalente kredsløb er modstand hovedparameteren for modstanden, kapacitans og induktans er parasitære parametre.
Alle modstande er opdelt i lineære og ikke-lineære.
Modstandene af lineære modstande er uafhængige af påført spænding eller strømflow .
Modstanden af ikke-lineære modstande varierer afhængigt af værdien af den påførte spænding eller strømflow. For eksempel er modstanden af en glødelampe i fravær af strøm 10-15 gange mindre end i belysningstilstanden . I lineære resistive kredsløb er strømmens form den samme som formen af den spænding, der forårsagede strømmen.
Det bestemmes af formlen: , hvor og er modstandene målt ved spændinger svarende til modstandens -th og -th nominelle dissipationseffekt. [3]
Nogle karakteristika er essentielle, når man designer enheder, der fungerer ved høje og ultrahøje frekvenser, disse er:
I henhold til Ruslands standarder skal de grafiske symboler på modstande på diagrammerne overholde GOST 2.728-74. I overensstemmelse med det er faste modstande udpeget som følger:
Betegnelse i henhold til GOST 2.728-74 |
Beskrivelse |
---|---|
Fast modstand uden nominel effekttab | |
Fast modstand nominel effekttab 0,05 W | |
Fast modstand nominel effekttab 0,125 W | |
Fast modstand nominel effekttab 0,25 W | |
Fast modstand nominel effekttab 0,5 W | |
Fast modstands nominelle effekttab 1 W | |
Fast modstand nominel effekttab 2 W | |
Fast modstand nominel effekttab 5 W |
Variable, tuning og ikke-lineære modstande er udpeget som følger:
Betegnelse i henhold til GOST 2.728-74 |
Beskrivelse |
---|---|
Variabel modstand (reostat). | |
En variabel modstand forbundet som en reostat (skyderen er forbundet til en af de ekstreme terminaler). | |
Trimmer modstand . | |
En trimningsmodstand forbundet som en reostat (skyderen er forbundet til en af de ekstreme terminaler). | |
Varistor (modstand afhænger af påført spænding). | |
Termistor (modstand afhænger af temperatur ). | |
Fotomodstand (modstand afhænger af belysning ). |
Når modstande er forbundet i serie, lægges deres modstande sammen.
Bevis
Da den samlede potentialeforskel er lig med summen af dens komponenter:
Og fra Ohms lov er spændingsfaldet over hver modstand :
på samme tid, fra loven om bevarelse af ladning, flyder den samme strøm gennem alle modstande , derfor, og erstatter Ohms lov i formlen for summen af spændinger, skriver vi:
Vi dividerer alt med strømmen og får:
Hvis , så er den samlede modstand:
Når modstande er forbundet i serie, vil deres samlede modstand være større end den største af modstandene.
Når modstande er forbundet parallelt , tilføjes den reciprokke modstand (det vil sige, at den samlede ledningsevne er summen af ledningsevnen for hver modstand )
Hvis kredsløbet kan opdeles i indlejrede underblokke forbundet i serie eller parallelt med hinanden, så beregnes først modstanden af hver underblok, derefter erstattes hver underblok med dens ækvivalente modstand, hvorved den samlede (ønskede) modstand findes.
BevisDa ladningen bevares, når strømmen er forgrenet, så:
Fra Ohms lov er strømmen gennem hver modstand:, men potentialforskellen på tværs af alle modstande vil være den samme, så vi omskriver ligningen for summen af strømme:
Divider alt med og få den samlede ledningsevne og den samlede modstand
For to modstande forbundet parallelt er deres samlede modstand :
Hvis , så er den samlede modstand:
Når modstande er forbundet parallelt, vil deres samlede modstand være mindre end den mindste af modstandene.
Kredsløbet består af to blokke, der er forbundet parallelt, en af dem består af serieforbundne modstande og , med en total modstand , den anden af en modstand , vil den samlede ledningsevne være lig , det vil sige den samlede modstand .
For at beregne sådanne kredsløb ud fra modstande, der ikke kan opdeles i blokke forbundet i serie eller parallelt, bruges Kirchhoffs regler . Nogle gange, for at forenkle beregninger, er det nyttigt at bruge trekant-stjerne-transformationen og anvende principperne for symmetri.
Ved både parallel- og seriekobling af modstande vil den samlede effekt være lig med summen af styrkerne af de tilsluttede modstande.
En resistiv spændingsdeler kan opfattes som to modstande i serie, kaldet arme , hvis sum af spændinger er lig med indgangsspændingen. Skulderen mellem nulpotentialet og midtpunktet kaldes lavere : dividerens udgangsspænding fjernes normalt fra den.
, hvor er overførselskoefficienten .
Hvis R \u003d 9R 1 , så U WY \u003d 0.1U WE , (overførselskoefficient , det vil sige indgangsspændingen vil blive divideret med 10 gange).
Modstande er elementer i elektronisk udstyr og kan bruges som diskrete komponenter eller som komponenter i integrerede kredsløb. Diskrete modstande er klassificeret efter formål, type VAC , R i henhold til beskyttelsesmetoden og installationsmetoden, arten af ændringen i modstand, fremstillingsteknologi [4] .
Efter aftale:
Af arten af ændringen i modstand:
Ifølge metoden til beskyttelse mod fugt:
Ifølge installationsmetoden:
Efter type strøm-spændingskarakteristik :
Af typen af anvendte ledende elementer [5] :
Efter type af anvendte materialer:
Industrien producerer modstande til generelle og specielle formål. Generelle modstande bruges som anodebelastninger til radiorør og delere i strømkredsløb, filterelementer, volumen- og tonekontroller, i pulsformende kredsløb og i måleinstrumenter med lav nøjagtighed. Denne gruppe omfatter faste modstande, hvis modstand er fast under fremstillingen, og variabler, hvis modstand kan ændres jævnt inden for visse grænser. Modstanden for generelle modstande varierer fra 10 ohm til 10 MΩ, og den nominelle effekttab er fra 0,125 til 100 watt.
Specialmodstande med en række specifikke egenskaber og parametre omfatter høj-modstand, højspænding, højfrekvent, præcision, semi-præcision.
Industrielt fremstillede modstande af samme klassificering har en modstandsspredning. Værdien af den mulige spredning bestemmes af modstandens nøjagtighed. De producerer modstande med en nøjagtighed på 20 %, 10 %, 5 % osv. op til 0,01 % [8] . Modstandsværdier er ikke vilkårlige: deres værdier er valgt fra specielle nominelle områder, oftest fra de nominelle områder E6 (20%), E12 (10%) eller E24 (for modstande med en nøjagtighed på 5%), for mere nøjagtige modstande, mere nøjagtige serier bruges (f.eks. E48).
Modstande fremstillet af industrien er også kendetegnet ved en vis værdi af maksimal effekttab (modstande med en effekt på 0,125 W, 0,25 W, 0,5 W, 1 W, 2 W, 5 W produceres) (ifølge GOST 24013-80 og GOST 10318-80 af den sovjetiske radioteknikindustri producerede modstande med følgende effekt, i watt: 0,01, 0,025, 0,05, 0,062, 0,125, 0,5, 1, 2, 3, 4, 5, 8, 10, 51 , 40, 63, 100, 160, 250, 500)
[9]
Modstande, især laveffekt, er små dele, en 0,125 W modstand har en længde på flere millimeter og en diameter i størrelsesordenen en millimeter. Det er svært at læse en pålydende værdi med et decimaltegn på en sådan del, derfor skriver de, når de angiver værdien, i stedet for et decimaltegn, et bogstav svarende til måleenhederne (K - for kiloohm; M - for megaohm; E, R eller uden indikerende enheder - for Ohm-enheder). Derudover vises enhver pålydende med maksimalt tre tegn. For eksempel betegner 4K7 en modstand med en modstand på 4,7 kOhm, 1R0 - 1 Ohm, M12 - 120 kOhm (0,12 MΩ) osv. Men i denne form er det vanskeligt at anvende klassificeringer til små modstande, og der bruges farvede striber for dem.
For modstande med en nøjagtighed på 20%, brug en markering med tre striber, for modstande med en nøjagtighed på 10% og 5% - en markering med fire striber, for mere nøjagtige modstande - med fem eller seks striber. De første to søjler repræsenterer altid de første to pålydende værdier. Hvis søjlerne er 3 eller 4, betyder den tredje søjle decimalfaktoren, det vil sige potensen af ti, som ganges med det tocifrede tal, der er angivet med de to første søjler. Hvis der er 4 søjler, angiver den sidste modstandens nøjagtighed. Hvis der er 5 søjler, betyder den tredje det tredje tegn på modstand, den fjerde er decimalmultiplikatoren, den femte er nøjagtigheden. Den sjette strimmel, hvis nogen, angiver temperaturkoefficienten for modstand (TCS) . Hvis denne bar er 1,5 gange bredere end resten, angiver den modstandens pålidelighed (procentdel af fejl pr. 1000 timers drift).
Nogle gange er der modstande med 5 bånd, men standard (5 eller 10%) nøjagtighed. I dette tilfælde sætter de første to bånd de første tegn på værdien, det tredje - multiplikatoren, det fjerde - nøjagtigheden og det femte - temperaturkoefficienten.
Farve | som et nummer | som en decimalmultiplikator | som præcision i % | som TCS i ppm/°C | som % bounce |
---|---|---|---|---|---|
sølv | — | 1 10 −2 = "0,01" | ti | — | — |
guld | — | 1 10 −1 = "0,1" | 5 | — | — |
Det sorte | 0 | 1 10 0 = 1 | — | — | — |
Brun | en | 1 10 1 = "10" | en | 100 | en % |
rød | 2 | 1 10² = "100" | 2 | halvtreds | 0,1 % |
orange | 3 | 1 10³ = "1000" | — | femten | 0,01 % |
gul | fire | 1 10 4 = "10.000" | — | 25 | 0,001 % |
grøn | 5 | 1 10 5 = "100.000" | 0,5 | — | — |
blå | 6 | 1 10 6 \u003d "1.000.000" | 0,25 | ti | — |
violet | 7 | 1 10 7 \u003d "10.000.000" | 0,1 | 5 | — |
grå | otte | 1 10 8 = "100.000.000" | 0,05 | — | — |
hvid | 9 | 1 10 9 \u003d "1.000.000.000" | — | en | — |
mangler | — | — | tyve % | — | — |
Det er ikke svært at huske farvekodningen af modstande: efter sort 0 og brun 1 kommer en sekvens af regnbuefarver. Siden mærkningen blev opfundet i engelsktalende lande, adskiller de blå og blå farver sig ikke.
For at lette udenadshukommelsen kan du også bruge mnemonreglen: "Ofte vil enhver rød jæger vide, hvor mange fasanerlandsbyer i sumpen."
For at lette dette laver forskellige softwareudviklere programmer, der bestemmer modstanden af en modstand.
Da modstanden er en symmetrisk del, kan spørgsmålet opstå: "Begynder fra hvilken side at læse strimlerne?" For firebåndsmærkning af konventionelle modstande med en nøjagtighed på 5 og 10% løses problemet ganske enkelt: en guld- eller sølvstrimmel er altid i slutningen. For en trestrengskode er den første strimmel tættere på kanten af modstanden end den sidste. For andre muligheder er det vigtigt, at modstandsværdien opnås fra det nominelle område, hvis det ikke virker, skal du læse omvendt (for MLT-0.125 modstande lavet i USSR med 4 strimler, er den første strimmel påført tættere på kanten; normalt er den placeret på metaludgangskoppen, og resten tre - på en smallere keramisk krop af modstanden). I Panasonic fem-bånds modstande er modstanden placeret således, at den fritstående strimmel er til højre, mens de første 2 strimler definerer de to første tegn, den tredje strimmel er graden af multiplikatoren, den fjerde strimmel er tolerancen , den femte strimmel er modstandens omfang. Et særligt tilfælde af brug af farvekodede modstande er nul-modstand jumpere. De er angivet med en enkelt sort (0) stribe i midten (brugen af sådanne modstandslignende jumpere i stedet for billige stykker tråd forklares af producenternes ønske om at reducere omkostningerne ved at omkonfigurere samlemaskiner).
Nulmodstandsmodstande (jumpers på kortet) er kodet med et ciffer "0" eller tre ("000"). Nogle gange er nullerne rektangulære.
3- eller 4-cifret kodning1kΩ=1000Ω
Digit-Digit-Letter Encoding (JIS-C-5201)Række E96 , nøjagtighed 1 %.
Mantissen m af modstandsværdien er kodet med 2 cifre (se tabel), graden ved 10 er kodet med et bogstav.
Eksempler: 09R = 12,1 ohm; 80E = 6,65 MΩ; alle 1 pct.
koden | m | koden | m | koden | m | koden | m | koden | m | koden | m | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
01 | 100 | 17 | 147 | 33 | 215 | 49 | 316 | 65 | 464 | 81 | 681 | |||||
02 | 102 | atten | 150 | 34 | 221 | halvtreds | 324 | 66 | 475 | 82 | 698 | |||||
03 | 105 | 19 | 154 | 35 | 226 | 51 | 332 | 67 | 487 | 83 | 715 | |||||
04 | 107 | tyve | 158 | 36 | 232 | 52 | 340 | 68 | 499 | 84 | 732 | |||||
05 | 110 | 21 | 162 | 37 | 237 | 53 | 348 | 69 | 511 | 85 | 750 | |||||
06 | 113 | 22 | 165 | 38 | 243 | 54 | 357 | 70 | 523 | 86 | 768 | |||||
07 | 115 | 23 | 169 | 39 | 249 | 55 | 365 | 71 | 536 | 87 | 787 | |||||
08 | 118 | 24 | 174 | 40 | 255 | 56 | 374 | 72 | 549 | 88 | 806 | |||||
09 | 121 | 25 | 178 | 41 | 261 | 57 | 383 | 73 | 562 | 89 | 825 | |||||
ti | 124 | 26 | 182 | 42 | 267 | 58 | 392 | 74 | 576 | 90 | 845 | |||||
elleve | 127 | 27 | 187 | 43 | 274 | 59 | 402 | 75 | 590 | 91 | 866 | |||||
12 | 130 | 28 | 191 | 44 | 280 | 60 | 412 | 76 | 604 | 92 | 887 | |||||
13 | 133 | 29 | 196 | 45 | 287 | 61 | 422 | 77 | 619 | 93 | 909 | |||||
fjorten | 137 | tredive | 200 | 46 | 294 | 62 | 432 | 78 | 634 | 94 | 931 | |||||
femten | 140 | 31 | 205 | 47 | 301 | 63 | 442 | 79 | 649 | 95 | 953 | |||||
16 | 143 | 32 | 210 | 48 | 309 | 64 | 453 | 80 | 665 | 96 | 976 |
Rækker E24 og E12 , nøjagtighed 2 %, 5 % og 10 %. (Række E48 bruges ikke).
Graden ved 10 er kodet med et bogstav (samme som for 1 % modstand, se listen ovenfor), mantissen m for modstandsværdien og præcisionen er kodet med 2 cifre (se tabel).
Eksempler:
2 % | 5 % | ti % | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
koden | m | koden | m | koden | m | ||
01 | 100 | 25 | 100 | 49 | 100 | ||
02 | 110 | 26 | 110 | halvtreds | 120 | ||
03 | 120 | 27 | 120 | 51 | 150 | ||
04 | 130 | 28 | 130 | 52 | 180 | ||
05 | 150 | 29 | 150 | 53 | 220 | ||
06 | 160 | tredive | 160 | 54 | 270 | ||
07 | 180 | 31 | 180 | 55 | 330 | ||
08 | 200 | 32 | 200 | 56 | 390 | ||
09 | 220 | 33 | 220 | 57 | 470 | ||
ti | 240 | 34 | 240 | 58 | 560 | ||
elleve | 270 | 35 | 270 | 59 | 680 | ||
12 | 300 | 36 | 300 | 60 | 820 | ||
13 | 330 | 37 | 330 | ||||
fjorten | 360 | 38 | 360 | ||||
femten | 390 | 39 | 390 | ||||
16 | 430 | 40 | 430 | ||||
17 | 470 | 41 | 470 | ||||
atten | 510 | 42 | 510 | ||||
19 | 560 | 43 | 560 | ||||
tyve | 620 | 44 | 620 | ||||
21 | 680 | 45 | 680 | ||||
22 | 750 | 46 | 750 | ||||
23 | 820 | 47 | 820 | ||||
24 | 910 | 48 | 910 |
Modstanden af metal- og trådviklede modstande varierer lidt med temperaturen. I dette tilfælde er modstandens afhængighed af temperaturen næsten lineær . Koefficienten kaldes modstandens temperaturkoefficient. Denne modstandsafhængighed af temperaturen gør det muligt at bruge modstande som termometre . Modstanden af halvledermodstande ( termistorer ) kan afhænge af temperaturen stærkere, måske endda eksponentielt ifølge Arrhenius-loven , men i et praktisk temperaturområde kan denne eksponentielle afhængighed også erstattes af en lineær.
Ved temperaturer over det absolutte nulpunkt er enhver modstand en kilde til elektrisk støj, selvom der ikke påføres nogen ekstern spænding på den. Dette følger af den fundamentale fluktuations-dissipation-sætning (i anvendelse på elektriske kredsløb er denne sætning også kendt som Nyquist-sætningen ).
Ved en frekvens, der er betydeligt mindre end hvor Boltzmann-konstanten er , er den absolutte temperatur af modstanden udtrykt i kelvin , er Planck-konstanten , det termiske støjspektrum er fladt, det vil sige, afhænger ikke af frekvensen (" hvid støj "). støjens spektraltæthed (Fourier-transformation fra spændingskorrelator-støjen) , hvor Herfra vil den effektive støjspænding over modstanden være, hvor er båndbredden, hvori målingen er foretaget. Jo større modstanden er, jo større er den effektive støjspænding proportional med kvadratroden af modstanden, og den effektive støjspænding er proportional med kvadratroden af temperaturen.
Selv ved absolutte nultemperaturer vil modstande, der består af kvantepunktkontakter, have støj på grund af Fermi-statistikker . Eliminer ved serie- og parallelforbindelse af flere kontakter.
Støjniveauet af rigtige modstande er højere. I støjen fra rigtige modstande er der også altid en komponent, hvis intensitet er proportional med den gensidige frekvens, det vil sige den såkaldte støj af 1/ f -typen eller " pink noise ". Denne støj opstår på grund af mange årsager, en af de vigtigste er ladningsudvekslingen af urenheder, hvorpå elektroner er lokaliseret.
Modstande øges også i støj, når der strømmer strøm gennem dem.
I variable modstande er der såkaldte "mekaniske" støj, der opstår under driften af bevægelige kontakter.
Hovedkriteriet for ydeevnen af faste modstande er stabiliteten af deres modstand. For variable modstande er et vigtigere ydelseskriterium bevarelsen af en normal reguleringsfunktion. Tilladte kritiske ændringer i modstand afhænger af udstyrets type og formål samt modstandenes plads i kredsløbet.
Årsagen til fejl og deres natur er relateret til modstandenes designfunktioner og er specifikke for hver type. De mest typiske årsager til fejl på grund af forkert brug af modstande er: