Elektrisk modstand: Hvad er det, og hvad gør den? (Eksempler inkluderet)

Felt: Grundlæggende elektricitet

China

Hvad er en elektrisk resistor?

En resistor (også kendt som en elektrisk resistor) defineres som en toterminal passiv elektrisk komponent, der giver elektrisk modstand til strøm. Modstand er en måling af modstanden mod strøm i en resistor. Jo større en resistors modstand, jo større barrieren mod strøm. Der findes mange forskellige typer af resistorer, såsom en termistor.

I et elektrisk og elektronisk kredsløb er den primære funktion af en resistor at "modstå" elektronernes flyd, dvs. elektrisk strøm. Dette er grunden til, at den kaldes en "resistor".

Resistorer er passive elektriske komponenter. Dette betyder, at de ikke kan levere energi til kredsløbet, men istedet modtager de energi og dissiperer den i form af varme, så længe der er strøm, der flyder igennem dem.

Forskellige resistorer bruges i et elektrisk og elektronisk kredsløb for at begrænse strømflyden eller producere spændingsfald. Resistorer findes i mange forskellige modstands-værdier fra brøkdele af ohm (Ω) til millioner af ohm.

Ifølge Ohms lov, er spændingen (V) over en resistor direkte proportional med strømmen (I), der flyder igennem den. Hvor modstanden R er proportionalitetskonstanten.

Hvad gør en resistor?

I en elektrisk og elektronisk kredsløb bruges modstande til at begrænse og regulere strømmen, opdele spændinger, justere signaller, forspænde aktive elementer osv.

For eksempel er mange modstande forbundet i serie for at begrænse den strøm, der løber gennem lysudsendende diode (LED). Andre eksempler behandles nedenfor.

Beskyt mod spændingsspidser

En snubber-kreds er en seriekombination af en modstand og en kapacitor forbundet parallelt med thyristoren, som bruges til at undertrykke den hurtige stigning i spænding over thyristoren. Dette kendes som en snubber-kreds, der bruges til at beskytte thyristoren mod høj $\frac{dv}{dt}$ .

Modstande bruges også til at beskytte LED-lamper mod spændingsspidser. LED-lamper er følsomme over for høj elektrisk strøm, og vil derfor blive beskadiget, hvis der ikke anvendes en modstand til at kontrollere den elektriske strøm gennem LED'en.

Sikr korrekt spænding ved at skabe spændingsfald

Hvert element i et elektrisk kredsløb, som f.eks. en lampe eller en kontakt, kræver en bestemt spænding. Derfor bruges modstande til at sikre korrekt spænding ved at skabe et spændingsfald over elementerne.

Hvad er elektrisk resistens målt i (resistorenheder)?

SI-enhed for en resistor (elektrisk resistens måles i) Ohm og repræsenteres som Ω. Enheden ohm (Ω) er opkaldt efter den store tyske fysiker og matematiker Georg Simon Ohm.

I SI-systemet er et ohm lig med 1 volt per ampere. Derfor,

$\begin{align*} 1\,\,Ohm = 1 \frac{Volt}{Ampere} \end{align*}$

Derfor måles resistoren også i volt per ampere.

Resistorer produceres og specificeres over et bredt spektrum af værdier. Derfor er de afledte enheder for resistorer lavet i overensstemmelse med deres værdier, såsom milliohm (1 mΩ = 10-3 Ω), kiloohm (1 kΩ = 103 Ω) og megaohm (1 MΩ = 106 Ω), osv.

Kredsløbsymbol for elektrisk resistor

Der findes to hovedsymboler, der bruges til elektriske resistorer. Det mest almindelige symbol for en resistor er en zig-zag linje, som anvendes bredt i Nordamerika.

Det andet kredsløbsymbol for en resistor er en lille rektangel, der anvendes bredt i Europa og Asien, og dette kaldes det internationale resistor-symbol.

Kredsløbsymbolet for resistorer vises i billedet nedenfor.

Virksomheds WeChat screenshot_1710134355893.png — Modstandssymbol

Virksomheds WeChat screenshot_1710134362141.png — Modstandssymbol

Serie- og parallelle modstande

Formel for serieforbundne modstande

Nedenstående kredsløb viser et antal n modstande forbundet i serie.

Hvis to eller flere modstande er forbundet i serie, så er den ækvivalente modstand for de serieforbundne modstande lig med summen af deres individuelle modstande.

Matematisk udtrykkes dette som

$\begin{align*} R_e_q_. = R_1 + R_2 + ........ + R_n \end{align*}$

$\begin{align*} R_e_q_. = \sum_{i=1}^{n} R_n \end{align*}$

I en serieforbindelse forbliver strømmen gennem hver enkelt modstand konstant (dvs. strømmen gennem hver modstand er den samme).

Eksempel

Som vist i kredsløbet nedenfor, er tre modstande på henholdsvis 5 Ω, 10 Ω og 15 Ω forbundet i serie. Find den equivalente modstand for de serielt forbundne modstande.

Løsning:

Givne data: $R_1 = 5 \,\,\Omega, R_2 = 10 \,\,\Omega$ og $\,\,R_3 = 15 \,\,\Omega$

Ifølge formel,

$\begin{align*} \begin{split} & R_e_q_. = R_1 + R_2 + ........ + R_n \\ & = 5 + 10 + 15 \\ & R_e_q_.= 30\,\,\Omega \end{split} \end{align*}$

Dermed får vi den samsvarende modstand for serieforbundne modstandere på 30 Ω.

(bemærk, at kredsløbsdiagrammet ovenfor siger 25 Ω. Dette er en trykfejl, det korrekte svar er 30 Ω)

Modstandere i parallel formel

Kredsløbet nedenfor viser et antal modstandere n forbundet i parallel.

Hvis to eller flere modstandere er forbundet i parallel, så er den samsvarende modstand for de parallelt forbundne modstandere lig med den reciprokke værdi af summen af de individuelle modstanders reciprokke værdier.

Matematisk udtrykkes dette som

$\begin{align*} \frac{1}{R_e_q_.} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + ........ + \frac{1}{R_n} \end{align*}$

$\begin{align*} R_e_q_. = \sum_{i=1}^{n} \frac{1}{R_n} \end{align*}$

I en parallel forbindelse forbliver spændingen gennem hvert enkelt motstand konstant (dvs. spændingen gennem hver motstand er den samme).

Motstandsforbindelser (Eksempel på anvendelser)

Strømbegrænsende motstand til LED

Begrænsning af strøm er meget vigtig for en LED. Hvis der flyder for meget strøm gennem en LED, vil den blive skadet. Derfor bruges en strømbegrænsende motstand til at begrænse eller reducere strømmen i en LED.

Strømbegrænsende motstande er forbundet i serie med en LED for at begrænse strømmen gennem LED'en til et sikker værdi. For eksempel, som vist på billedet nedenfor, er strømbegrænsende motstanden forbundet i serie med LED'en.

LED – Strømbegrænsende motstandskredsløb

Beregning af nødvendig værdi for strømbegrænsende motstand

Når vi beregner værdien af en strømbegrænsende motstand, skal vi kende tre specifikationer eller karakteristiske værdier for LED'en:

LED's fremdriftsspænding (fra dataspecifikation)
LED's maksimale fremdriftsstrøm (fra dataspecifikation)
VS = spændingsforsyning

Fremdriftsspændingen er spændingen, der kræves for at tænde en LED, og den ligger normalt mellem 1,7 V og 3,4 V, afhængigt af LED'ens farve. Maksimal fremdriftsstrøm er den kontinuerlige strøm, der flyder gennem LED'en, og den ligger normalt omkring 20 mA for grundlæggende LED'er.

Nu kan vi beregne den nødvendige værdi af strømbegrænsende resistor ved hjælp af følgende ligning,

$\begin{align*} R = \frac{V_S - V_F}{I_F} \end{align*}$

Hvor, $V_S$ = spændingsforsyning

$V_F$ = foradgående spænding

$I_F$ = maksimal foradgående strøm

Lad os se et eksempel på beregningen af den nødvendige værdi af strømbegrænsende resistor ved hjælp af ovenstående formel.

Pull-up resistorer

Pull-up resistorer er resistorer, der bruges i elektroniske logik-kredsløb for at sikre en kendt tilstand for et signal.

Med andre ord, bruges pull-up resistorer til at sikre, at en ledning trækkes til en høj logisk niveau, når der ikke er nogen indtastningsbetingelse. En pull-down resistor fungerer på samme måde som pull-up resistorer, bortset fra at de trækker en ledning til et lavt logisk niveau.

Moderne integrerede kredsløb, mikrocontrollere og digitale logikporte har mange input- og output-pins, og disse input og output skal indstilles korrekt. Derfor anvendes pull-up-modstande for at sikre korrekt forspænding af inputpin på mikrocontrolleren eller logikportens input til en kendt tilstand.

Pull-up-modstande bruges i kombination med transistorer, kontakter, knapper osv., som afbryder den fysiske forbindelse mellem efterfølgende komponenter og jord eller VCC. For eksempel vises pull-up-modstands-kredsløbet på billedet nedenfor.

企业微信截图_17101346272890.png — Pull-up Modstands-Kredsløb

企业微信截图_17101346341956.png — Pull-up Modstands-Kredsløb

Som vist går inputspændingen (Vin) ved mikrocontrolleren eller porten til jord, når kontakten er lukket, og når kontakten er åben, trækkes inputspændingen (Vin) ved mikrocontrolleren eller porten op til niveauet for inputspændingen (Vin).

Derfor kan pull-up-modstanden forspænde mikrocontrollerens inputpin eller porten, når kontakten er åben. Uden en pull-up-modstand ville input på mikrocontrolleren eller porten være flydende, dvs. i en tilstand med høj impedans.

En typisk værdi for pull-up-modstanden er 4,7 kΩ, men den kan variere afhængigt af applikationen.

Spændingsfald Over en Modstand

Det spændingsfald over en modstand er intet andet end blot værdien af spændingen over modstanden. Spændingsfaldet kaldes også IR-fald.

Som vi ved, er en modstand et passivt elektrisk element, der giver elektrisk modstand mod strømmens flæde. Ifølge Ohms lov vil det derfor skabe et spændingsfald, når strømmen passerer gennem en modstand.

Matematisk kan spændringsfaldet over en modstand udtrykkes som,

$\begin{align*} V (Voltage \,\, Drop) = I * R \end{align*}$

Tegn for IR-fald (spændingsfald)

For at bestemme tegnet for spændingsfaldet over en modstand er strømmens retning meget vigtig.

Overvej en modstand med resistansen R, hvor strømmen (I) løber fra punkt A til punkt B, som vist på billedet nedenfor.

Derfor har punkt A et højere potentiale end punkt B. Hvis vi bevæger os fra A til B, er V = I R negativ, dvs. -I R (altså fald i potentiale). Ligeledes, hvis vi bevæger os fra punkt B til punkt A, er V = I R positiv, dvs. +I R (altså stigning i potentiale).

Det fremgår derfor klart, at tegnet for spændingsfaldet over en modstand afhænger af strømmens retning gennem denne modstand.

Modstands farvekoder

Modstands farvekoder anvendes til at identificere resistive værdier og procentvis tolerance for enhver modstand. Modstandenes farvekoder bruger farvede bånd til at identificere dem.

Som vist på figuren nedenfor er der fire farvebånd trykt på modstanden. Tre af båndene er trykt side om side, og det fjerde bånd er trykt lidt længere væk fra det tredje bånd.

4 band resistor color code — 4-bands modstands farvekode

De to første bånd fra venstre side angiver betydende cifre, det tredje bånd angiver decimalmultiplikatoren, og det fjerde bånd angiver tolerancen.

5 band resistor code — 5-bånds modstands farvekode

Tabellen nedenfor viser betydende cifre, decimalmultiplikator og tolerance for forskellige farvekodninger af modstande.

Vigtige punkter:

Guld- og sølvbåndet er altid placeret til højre.
Modstandsværdien læses altid fra venstre mod højre.
Hvis der ikke er noget tolerancebånd, skal du finde siden med et bånd tæt på en ledning og gøre det til det første bånd.

Eksempel (Hvordan beregnes modstandsværdien?)

Som vist på billedet nedenfor har en kulfarvet kodet modstand den første ring grøn, anden blå, tredje rød og fjerde gylden farve. Find specifikationerne for modstanden.

Løsning:

I henhold til tabellen over farvekodning af modstande,

Grøn	Blå	Rød	Gul
5	6	102	${\pm 5}{\%}$

$\begin{align} R = 56 10^2 \Omega \SI{\pm 5}{\%} \,\, \end{align*}$

Derved er modstandens værdi $5600\,\,\Omega$ med ${\pm 5}{\%}$ tolerance.

Dermed ligger modstandens værdi mellem

$5600 + 5 \% = 5600 + 280 = 5880 \,\,\Omega$

$5600 - 5 \% = 5600 - 280 = 5320 \,\,\Omega$

Dermed ligger modstandens værdi mellem $5880\,\,\Omega$ og $5320\,\,\Omega$ .

Tegn- eller bogstavkodning (RKM-kode)

Nogle gange kan modstandere være så små, at farvekodning er svær at anvende. I sådanne tilfælde bruges en tegn- eller bogstavkodning til specificering af modstandere. Denne kode kaldes også RKM-kode.

De tegn, der bruges til kodning af modstandere, er R, K og M. Når der er et tegn mellem to decimaltal, fungerer det som et decimalpunkt. For eksempel angiver tegnet R Ohm, K angiver kiloohm, og M angiver megaohm. Lad os se nogle eksempler på dette.

Modstand	Bogstavkode
0,3 Ω	R3
0,47 Ω	R47
1 Ω	1R0
1 kΩ	1K
4,7 kΩ	4K7
22,3 MΩ	22M3
9,7 MΩ	9M7
2 MΩ	2M

Eksempel – bogstav- eller cifferkode

Tolerancen angives som

Karakter	Tolerans
F	${\pm 1}{\%}$
G	${\pm 2}{\%}$
J	${\pm 5}{\%}$
K	${\pm 10}{\%}$
M	${\pm 20}{\%}$

Eksempel – Modstand med bogstavkode:

Typer af motstande

Der findes forskellige typer af motstande, hver med deres egne unikke egenskaber og specifikke anvendelsesområder.

Der er to grundlæggende typer af motstande tilgængelige: Fastmotstande og Variabelmotstande. Begge typer er opført nedenfor.

Fastmotstande

Fastmotstande er den mest anvendte type af motstand. De bruges bredt i elektroniske kredsløb for at justere og regulere korrekte forhold i en kredsløb. Typerne af fastmotstande er opført nedenfor.

Kulkompositionsmotstande (Kulmotstande)
Kulpilemotstande
Kulfilm-motstande
Termistor (Termisk motstand)
Trådindviklet motstande
Overflademonterede motstande
Metalfilm-motstande
Metaloksidfilm-motstande
Tykt film motstande
Tunt film motstande
Foliemotstande
Trykkskrevne kulmotstande
Ammeter shunts motstand (Strømsensor motstand)
Gittermotstand

Variabelmotstande

Variabelmotstande består af én eller flere faste motstandselementer og en glidekontakt. Dette giver tre forbindelser til elementet; to er forbundet til det faste motstandselement, og den tredje er glidekontakten. Ved at flytte glidekontakten til forskellige terminaler, kan vi variere værdien af resistansen.

Typerne af variabelmotstande er opført nedenfor.

Justerbare resistorer
Potentiometere
Variable resistorer (Rheostat)
Resistansdekadeboks (Resistorersubstitutionsboks)
Varistorer (Ikke-lineær resistor)
Lyseafhængig resistor (LDR) eller Fotoresistor
Trimmers

Andre specielle typer af resistorer inkluderer:

Vandresistor (Vandrheostat, Væskerheostat)
Ballastresistor
Fenolisk formet kompositresistor
Cermetresistorer
Tantalresistorer

Resistors størrelser (De mest almindelige resistorværdier)

Resistors størrelser er organiseret i en række forskellige serier af standardresistorværdier. I 1952 besluttede International Electrotechnical Commission at fastlægge standardresistancer og tolerancerværdier for at øge kompatibiliteten mellem komponenter og lette produktionen af resistorer.

Disse standardværdier refereres til som E-serien af IEC 60063 præfererede nummer-værdier. Disse E-serier er klassificeret som E12, E24, E48, E96, og E192 med 12, 24, 48, 96, og 192 forskellige værdier inden for hvert tiår.

De mest almindelige resistorværdier er angivet nedenfor. Det er E3, E6, E12, og E24 standardresistorværdier.

E3 standardresistorserie:

E3 resistorserien er de mest almindelige resistorværdier brugt i elektronikindustrien.

1,0

2,2

4,7

E6 standardmodstandsserie:

E3 modstandsserien er også meget almindeligt anvendt, og den tilbyder et bredt udvalg af almindelige modstands-værdier.

1,0	1,5	2,2
3,3	4,7	6,8

E12 standard motstandsserie:

1,0	1,2	1,5
1,8	2,2	2,7
3,3	3,9	4,7
5,6	6,8	8,2

E24 standard resistor serie:

1.0	1.1	1.2
1.3	1.5	1.6
1.8	2.0	2.2
2.4	2.7	3.0
3.3	3.6	3.9
4.3	4.7	5.1
5.6	6.2	6.8
7.5	8.2	9.1

Tolerance for resistors is generally specified ${\pm 20}{\%}$ , ${\pm 10}{\%}$ , ${\pm 5}{\%}$ , ${\pm 2}{\%}$ , and ${\pm 1}{\%}$ .

Hvad er en resistor lavet af?

Afhængigt af anvendelsen findes der forskellige materialer, der bruges til at lave resistorer.

Resistorer er lavet af kulstof eller kobber, hvilket gør det svært for elektrisk strøm at flyde gennem en kredsløb.
Den mest almindelige type og almenhedens resistor er en kulstofresistor, der er bedst egnet til lav effekt elektroniske kredsløb.
Manganin og constantanlegeringer bruges til at producere standard trådblevne resistorer, da de har høj spændingsmodstand og lav temperaturkoefficient for spændingsmodstand.
Manganinfolie og tråd bruges til at producere modstande som ammeter shunts, da manganin har næsten nul temperaturkoefficient for resistens.
Nikkel-kobber-mangan legering bruges til at producere standardmodstande; trådblegede modstande, præcisionstrådblegede modstande osv. Denne legering har følgende sammensætning: Nikkel = 4%; Kobber = 84%; Mangan = 12%.

Hvad er de almindelige anvendelser af modstand (Anvendelser af modstand)

Nogle af anvendelserne af modstand inkluderer:

Modstande bruges i forstærkere, oskillatorer, digital multimeter, modulatorer, demodulatorer, transmittere osv.
Fotomodstande bruges i indbrudsalarm, flamedetektorer, fotografiske enheder osv.
Trådblegede modstande bruges i shunt med ampermeter, hvor høj sensitivitet, balanceret strømstyring og præcis måling er nødvendig.