Elektrisk motstand: Hva er det og hva gjør den? (Eksempler inkludert)

Felt: Grunnleggende elektrisitet

China

Hva er en elektrisk motstand?

En motstand (også kjent som en elektrisk motstand) defineres som et to-terminaler passivt elektrisk element som gir elektrisk motstand til strømflyt. Motstand er et mål for motstanden mot strømflyt i en motstand. Jo større en motstands motstand, jo større barriere mot strømflyt. Det finnes mange forskjellige typer motstander, som for eksempel en termistor.

I et elektrisk og elektronisk krets har en motstands primære funksjon å "motvirke" elektronenes flyt, det vil si elektrisk strøm. Derfor kalles den en "motstand".

Motstander er passive elektriske elementer. Dette betyr at de ikke kan levere noen energi til kretsen, men heller mottar energi og avgi den i form av varme så lenge det strømer gjennom den.

Forskjellige motstander brukes i en elektrisk og elektronisk krets for å begrense strømflyt eller produsere spenningsfall. Motstander er tilgjengelige i mange forskjellige motstandverdier fra brøkdeler av ohm (Ω) til millioner av ohm.

Ifølge Ohms lov, er spenningen (V) over en motstand direkte proporsjonal med strømmen (I) som flyter gjennom den. Hvor motstanden R er konstanten for proporsjonaliteten.

Hva gjør en motstand?

I et elektrisk og elektronisk krets brukes motstander for å begrense og regulere strøm, dele spenninger, justere signalmåter, bias aktiv elementer, etc.

For eksempel er mange motstander koblet i serie brukt for å begrense strømmen som flyter gjennom lysdiode (LED). Andre eksempler diskuteres nedenfor.

Beskytt mot spenningsspike

En dempningskrets er der en seriekombinasjon av en motstand og en kondensator er koblet parallelt med thyristoren brukt for å undertrykke den raskt stigende spenningen over en thyristor. Dette kalles en dempningskrets brukt for å beskytte thyristoren mot høy $\frac{dv}{dt}$ .

Motstander brukes også for å beskytte LED-lamper mot spenningsspike. LED-lamper er følsomme for høy elektrisk strøm, og vil derfor bli skadet hvis ikke en motstand brukes for å kontrollere strømmen gjennom LED-en.

Gi riktig spenning ved å opprette spenningsfall

Hvert element i en elektrisk krets, som et lys eller en bryter, krever en spesifikk spenning. For dette brukes motstander for å gi riktig spenning ved å opprette et spenningsfall over elementene.

Hva er elektrisk motstand målt i (motstandsenheter)?

SI-enheten for en motstand (elektrisk motstand måles i) Ohm og representeres som Ω. Enheten ohm (Ω) er oppkalt etter den store tyske fysikeren og matematikeren Georg Simon Ohm.

I SI-systemet er et ohm lik 1 volt per ampere. Dermed,

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

Derfor måles også motstanden i volt per ampere.

Motstander produseres og spesifiseres over et bredt spekter av verdier. Derfor er de deriverte enhetene for motstander laget i henhold til deres verdier, som milliohm (1 mΩ = 10-3 Ω), kiloohm (1 kΩ = 103 Ω) og megaohm (1 MΩ = 106 Ω), osv.

Kretsens symbol for elektrisk motstand

Det er to hovedsymboler som brukes for elektriske motstander. Det mest vanlige symbolet for en motstand er en zig-zag-linje som er mye brukt i Nord-Amerika.

Det andre symbolet for en motstand er en liten rektangel som er mye brukt i Europa og Asia, og dette kalles det internasjonale motstandssymbolet.

Kretssymbolet for motstander som vist i bildet nedenfor.

Bedrifts WeChat-skjermkopi_1710134355893.png — Motstandsymbol

Bedrifts WeChat-skjermkopi_1710134362141.png — Motstandsymbol

Serie- og parallelle motstander

Formel for motstander i serie

Følgende krets viser en rekke med n motstander koblet i serie.

Hvis to eller flere motstander er koblet i serie, er den ekvivalente motstanden til de seriekoblede motstandene lik summen av deres individuelle motstander.

Matematisk uttrykt er dette

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

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

I en serieforbindelse forblir strømmen gjennom hvert enkelt motstand konstant (det vil si at strømmen gjennom hver motstand er den samme).

Eksempel

Som vist i kretsen nedenfor, er tre motstander, 5 Ω, 10 Ω og 15 Ω, koblet i serie. Finn den ekvivalente motstanden til de seriekoblede motstandene.

Løsning:

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

Ifølge formelen,

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

Dermed får vi den ekvivalente resistansen for seriekoblede motstander til 30 Ω.

(merk at kretsskjemaet ovenfor viser 25 Ω. Dette er en skrivefeil, det riktige svaret er 30 Ω)

Resistors in Parallel Formula

Kretsen nedenfor viser et antall motstander n koblet i parallell.

Hvis to eller flere motstander er koblet i parallell, er den ekvivalente resistansen til parallellkoblede motstander lik den inverse summen av de inverse verdiene av hver enkelt motstand.

Matematisk uttrykkes 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 et parallelforbindelse forblir spenningsstrømmen gjennom hver enkelt motstand konstant (altså er spenningen gjennom hver motstand den samme).

Motstandskrefter (eksempel på anvendelser)

Strømbegrensende motstand for LED

Begrensning av strøm er viktig i en LED. Hvis for mye strøm går gjennom en LED, vil den bli skadet. Derfor brukes en strømbegrensende motstand for å begrense eller redusere strømmen til LED-en.

Strømbegrensende motstander kobles i serie med en LED for å begrense strømmen som går gjennom LED-en til et trygt nivå. For eksempel, som vist i bildet nedenfor, er strømbegrensende motstanden koblet i serie med LED-en.

Beregn nødvendig verdi for strømbegrensende motstand

Når man beregner verdien av en strømbegrensende motstand, må man kjenne tre spesifikasjoner eller karakteristiske verdier for LED-en:

LED fremoverspenning (fra datasheet)
LED maksimal fremoverstrøm (fra datasheet)
VS = spenningsforsyning

Fremoverspenningen er spenningen som kreves for å slå på en LED, og den ligger vanligvis mellom 1,7 V og 3,4 V, avhengig av fargen på LED-lysene. Maksimal fremoverstrøm er den kontinuerlige strømmen som går gjennom LED-en, og den er vanligvis rundt 20 mA for grunnleggende LED-er.

Nå kan vi beregne den nødvendige verdien av strømbegrensende motstand ved hjelp av følgende ligning,

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

der $V_S$ = spenningsforsyning

$V_F$ = foroverspenning

$I_F$ = maksimal foroverstrøm

La oss se på et eksempel på hvordan beregne den nødvendige verdien av strømbegrensende motstand ved hjelp av ovennevnte formel.

Pull-up motstander

Pull-up motstander er motstander som brukes i elektroniske logikkretser for å sikre en kjent tilstand for et signal.

Med andre ord, pull-up motstander brukes for å sikre at en ledning er trukket til et høyt logisk nivå når det ikke er noen inngangstilstand. En pull-down motstand fungerer likt pull-up motstander, bortsett fra at de trekker en ledning til et lavt logisk nivå.

Moderne IC-er, mikrokontrollere, og digitale logiske porter har mange inngangspinner og utgangspinner, og disse innganger og utganger må settes riktig. Derfor brukes pull-up motstander for å sikre at inngangspinene til mikrokontrollere eller digitale logiske porters innganger er korrekt forskyvet til en kjent tilstand.

Pull-up motstander brukes i kombinasjon med transistorer, skruer, knapper, osv., som bryter den fysiske koblingen mellom etterfølgende komponenter og jord eller VCC. For eksempel vises pull-up motstanderkretsen på bildet nedenfor.

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

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

Som vist, når skruen er lukket, går inngangsspenningen (Vin) til mikrokontrolleren eller porten til jord, og når skruen er åpen, blir inngangsspenningen (Vin) til mikrokontrolleren eller porten trukket opp til nivået av inngangsspenningen (Vin).

Dermed kan pull-up motstanden forskyve mikrokontrollerens inngangspin eller port når skruen er åpen. Uten en pull-up motstand, ville innganger til mikrokontrolleren eller porten vært flytende, dvs. i en høy impedansetilstand.

En typisk verdi for pull-up motstand er 4.7 kΩ, men den kan variere avhengig av applikasjonen.

Spenningsfall over en motstand

Spenningsfallet over en motstand er ikke annet enn verdien av spenningen over motstanden. Spenningsfallet er også kjent som IR-fall.

Som vi vet, er en motstand et passivt elektrisk element som gir elektrisk motstand mot strømflyt. Så, ifølge Ohms lov, vil det skape et spenningsfall når strømmen passerer gjennom en motstand.

Matematisk kan spenningstap over en motstand uttrykkes som,

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

Fortegn for IR-tap (spenningstap)

For å bestemme fortegnet for spenningstap over en motstand, er retningen av strømmen veldig viktig.

Anta at det er en motstand med motstand R der strøm (I) flyter fra punkt A til punkt B, som vist i bildet nedenfor.

Dermed er punkt A på høyere potensial enn punkt B. Hvis vi reiser fra A til B, er V = I R negativ, altså -I R (det vil si, fall i potensial). På samme måte, hvis vi reiser fra punkt B til punkt A, er V = I R positiv, altså +I R (det vil si, stigning i potensial).

Derav er det klart at fortegnet for spenningstap over en motstand avhenger av retningen av strømmen gjennom den motstanden.

Farger for motstander

Farger for motstander brukes for å identifisere motstandsverdien og prosenttoleransen for noen motstander. Fargene for motstander bruker fargebånd for å identifisere dem.

Som vist i figuren nedenfor, er det fire fargebånd trykt på motstanden. Av de tre båndene er trykt side om side, og det fjerde båndet er trykt litt unna det tredje båndet.

4 band resistor color code — 4-bånds motstands fargekode

De to første strekene fra venstre angir betydelige sifre, den tredje streken angir desimalmultiplikator, og den fjerde streken angir toleransen.

5 band resistor code — Fargekode for 5-bånds motstand

Tabellen nedenfor viser betydelige sifre, desimalmultiplikator og toleranse for ulike fargekoder for motstander.

Nøkkelpunkter:

Gull- og sølvstrek er alltid plassert til høyre.
Motstandsverdien leses alltid fra venstre til høyre.
Hvis det ikke er noen toleransestrek, finn siden med en strek nær en ledning og gjør den til den første streken.

Eksempel (Hvordan beregne motstandsverdi?)

Som vist i bildet under, har en kolfargekodet motstand sin første ring grønn, andre blå, tredje rød, og fjerde gyllen. Finn spesifikasjonene for motstanden.

Løsning:

I henhold til tabellen over fargekoding av motstander,

Grønn	Blå	Rød	Gull
5	6	102	${\pm 5}{\%}$

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

Dette betyr at motstandens verdi er $5600\,\,\Omega$ med en toleranse på ${\pm 5}{\%}$ .

Dermed ligger motstandens verdi mellom

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

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

Dermed ligger motstandens verdi mellom $5880\,\,\Omega$ og $5320\,\,\Omega$ .

Tegn- eller bokstavkoding (RKM-kode)

Noen ganger kan motstander være så små at fargekoding er vanskelig å bruke. I slike tilfeller brukes tegn- eller bokstavkoding for spesifikasjoner av motstander. Dette kalles også RKM-kode.

Tegnene som brukes for koding av motstander, er R, K og M. Når det er et tegn mellom to desimaltall, fungerer det som et desimalskilletegn. For eksempel indikerer tegnet R ohm, K kiloohm, og M megaohm. La oss se noen eksempler på dette.

Motstand	Bokstavkode
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 – Bokstav- eller sifferkode

Toleranse angis som

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

Eksempel – Motstand med bokstavkode:

Typer av motstander

Det finnes ulike typer av motstander, hver med sine unike egenskaper og spesifikke bruksområder.

Det er to grunnleggende typer motstander tilgjengelig: Faste motstander og Variabel motstander. Begge typene er oppført nedenfor.

Faste motstander

Faste motstander er den mest brukte typen motstander. De brukes vidt i elektroniske kretser for å justere og regulere riktig betingelser i en krets. Typer faste motstander er oppført nedenfor.

Kulstofkomposisjonsmotstander (Kulstofmotstander)
Kulstofhaugmotstander
Kulstoffilm-motstander
Termistor (Termisk motstand)
Trådavviklet motstander
Overflate-monterte motstander
Metallfilm-motstander
Metalloksidfilm-motstander
Tykkfilm-motstander
Tynnfilm-motstander
Foliemotstander
Trykket kulstofmotstander
Ammeter shunts motstander (Strømsensormotstander)
Gittermotstander

Variabel motstander

Variabel motstander består av en eller flere faste motstandselementer og en skyver. Disse gir tre forbindelser til elementet; to er koblet til det faste motstandselementet, og den tredje er skyveren. Ved å flytte skyveren til forskjellige terminaler, kan vi variere motstandsverdien.

Typer variabel motstander er oppført nedenfor.

Justerbare motstander
Spenningsdeler (Potensiometer)
Variabel motstand (Rheostat)
Motstandsdekadeboks (Motstandsbytteboks)
Varistorer (Ikke-lineær motstand)
Lysavhengig motstand (LDR) eller Fotoresistor
Trimmere

Andre spesielle typer motstandere inkluderer:

Vannmotstand (Vannrheostat, Væskerheostat)
Ballastmotstand
Fenolisk formet komponentmotstand
Cermet-motstandere
Tantal-motstandere

Motstandsstrøk (De mest vanlige motstandsverdiene)

Motstandsstrøk er organisert i et sett med ulike serier av standard motstandsverdier. I 1952 bestemte Internasjonale Elektrotekniske Komite at de skulle fastsette standard motstands- og toleranseverdier for å øke kompatibiliteten mellom komponenter og forenkle produksjonen av motstandere.

Disse standardverdiene refereres til som E-seriene av IEC 60063 foretrukne tallverdier. Disse E-seriene er klassifisert som E12, E24, E48, E96, og E192 med 12, 24, 48, 96, og 192 ulike verdier innen hver tiår.

De mest vanlige motstandsverdiene er oppført nedenfor. Det er E3, E6, E12, og E24-standard motstandsverdier.

E3-standard motstandsrekke:

E3-motstandsrekken er de mest vanlige motstandsverdiene brukt i elektronikkbransjen.

1,0

2,2

4,7

E6 standard motstandsserie:

E3 motstandsserien er også en av de mest brukte, og den tilbyr et bredt spekter av vanlige motstandsverdier.

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 motstandsserie:

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

Toleransen for motstand er generelt spesifisert ${\pm 20}{\%}$ , ${\pm 10}{\%}$ , ${\pm 5}{\%}$ , ${\pm 2}{\%}$ , og ${\pm 1}{\%}$ .

Hva er en motstand laget av?

Avhengig av bruksområdet, brukes det ulike materialer til å lage motstand.

Motstander lages av karbon eller kobber, noe som gjør det vanskeligere for elektrisk strøm å flyte gjennom kretsen.
Den mest vanlige typen og allmenne motstand er en karbonmotstand, som er best egnet for lavt effekt elektroniske kretser.
Manganin og constantan-legeringer brukes til produksjon av standard trådmotstander, da de har høy motstand og lav temperaturkoeffisient for motstand.
Manganinfolie og tråd brukes til å lage motstander som amperemålere shunts, ettersom manganin har nesten null temperaturkoeffisient for motstand.
Nikkel-kobber-mangan legering brukes til å lage standardmotstander; trådviklet motstander, presisjonstrådviklete motstander, etc. Denne legeringen har følgende sammensetning: Nikkel = 4%; Kobber = 84%; Mangan = 12%.

Hva er de vanlige brukene av motstand (Anvendelser av motstand)

Noen av anvendelsene av motstand inkluderer:

Motstander brukes i forsterkere, oskillasjoner, digitale multimeter, modulatorer, demodulatorer, sendere, etc.
Fotoreistorer brukes i innbruddsalarm, flammevarslere, fotografiske enheter, etc.
Trådviklete motstander brukes i shunt med amperemåler der høy sensitivitet, balansert strømstyring og nøyaktig måling er nødvendig.