Grundskaper om motstånd

Vad är ett motstånd?

Motståndet är den vanligaste och mest välkända av de passiva elektriska komponenterna. Ett motstånd motverkar eller begränsar flödet av elektrisk ström i en krets. Det finns många användningsområden för motstånd: de används för att sänka spänningen, begränsa strömmen, dämpa signaler, fungera som värmare, fungera som säkringar, tillhandahålla elektrisk last och dela upp spänningar.

Inledning

Denna grundkurs om motstånd ger en översikt över motståndstyper och vanlig terminologi, innan den fortsätter med en sammanfattning av motståndsprodukter och olika teknologier.

Vad är Ohms lag?

Ohms lag är en enkel ekvation som visar förhållandet mellan motstånd, spänning och ström genom en metalltråd eller annat resistivt material. I matematiska termer skrivs Ohms lag som:

där I är strömmen (ampere), V är spänningen (volt) och R är motståndet.

Ohms lag kan också visa förhållandet mellan motstånd, spänning och effekt med hjälp av följande ekvation:

där P är effekten (watt), V är spänningen och R är motståndet.

Typer av motstånd

Fasta motstånd

Ett fast motstånd är ett motstånd vars värde inte kan ändras.

Variabla motstånd

Ett variabelt motstånd är ett motstånd vars värde kan justeras genom att vrida en axel eller genom att skjuta ett reglage. De kallas också potentiometrar eller reostater och gör det möjligt att ändra enhetens motstånd för hand.

Icke linjära motstånd

Ett icke-linjärt motstånd är ett motstånd som har en resistans som varierar avsevärt med spänning, temperatur eller ljus. Typer av icke-linjära motstånd är varistorer, termistorer och fotoresistorer.

Gemensam terminologi för motstånd

Kritiskt resistansvärde

Det maximala nominella resistansvärdet vid vilket den nominella effekten kan anbringas utan att den maximala arbetsspänningen överskrids. Den nominella spänningen är lika med den maximala arbetsspänningen i det kritiska resistansvärdet.

Avtagandekurva

Den kurva som uttrycker förhållandet mellan omgivningstemperaturen och det maximala värdet av kontinuerligt påläggbar effekt vid denna temperatur, vilket i allmänhet uttrycks i procent.

Dielektrisk spänning

Den nominella spänning som kan anbringas på en viss punkt mellan det resistiva elementet och den yttre beläggningen, eller det resistiva elementet och monteringsytan, utan att orsaka dielektriskt genombrott.

Maximal överlastspänning

Det maximala spänningsvärdet som kan anbringas på motstånd under en kort tidsperiod i överbelastningstestet. Typiskt sett är den pålagda spänningen i korttidsöverbelastningstestet 2,5 gånger större än den nominella spänningen. Den får dock inte överstiga den maximala överlastspänningen.

Maximal arbetsspänning (eller maximal spänning för begränsningselement)

Det maximala värdet av likspänning eller växelspänning (RMS) som kan läggas på kontinuerligt på motstånd eller element. Det maximala värdet av den tillämpliga spänningen är dock den nominella spänningen vid det kritiska motståndsvärdet eller lägre.

Buller

Brus är en oönskad växelströmssignal från motståndets inre. Resistivt brus kan ha en förödande effekt på lågnivåsignaler, laddningsförstärkare, förstärkare med hög förstärkning och i andra tillämpningar som är känsliga för brus. Den bästa metoden är att använda motståndstyper med lågt eller minimalt brus i bruskänsliga tillämpningar.

Effektklassning

Effektklassningar baseras på fysisk storlek, tillåten förändring av resistansen under livslängden, materialens värmeledningsförmåga, isolerande och resistiva material samt omgivande driftsförhållanden. För bästa resultat bör du använda motstånd av största fysiska storlek vid lägre temperatur och effekt än deras maximala nominella temperatur och effekt.

Nominell omgivningstemperatur

Den högsta omgivningstemperatur vid vilken motstånd kan användas kontinuerligt med den föreskrivna nominella effekten. Den nominella omgivningstemperaturen avser temperaturen runt motstånden i utrustningen, inte lufttemperaturen utanför utrustningen.

Gemensam terminologi för motstånd

Nominell effekt

Den maximala effekt som kontinuerligt kan påläggas ett motstånd vid nominell omgivningstemperatur. Nät- och matrisresistansprodukter har både nominell effekt per paket och per element.

Nominell spänning

Det maximala värdet av likspänning eller växelspänning (RMS) som kontinuerligt kan påläggas på motstånd vid nominell omgivningstemperatur.

Tillförlitlighet

Tillförlitligheten är sannolikheten för att ett motstånd (eller någon annan komponent) kommer att utföra den önskade funktionen. Det finns två sätt att definiera tillförlitlighet. Den ena är dn genomsnittliga tiden mellan haverier (Mean Time Between Failures, MTBF) och den andra är haverifrekvensen per 1000 drifttimmar. Båda dessa metoder för att utvärdera tillförlitligheten måste fastställas med hjälp av en specifik grupp tester och en definition av vad som utgör slutet av livslängden för en komponent, t.ex. en maximal förändring av motståndet eller ett katastrofalt fel (kortslutning eller öppning). Olika statistiska studier används för att komma fram till dessa felkvoter och stora stickprover testas vid maximal nominell temperatur och nominell last i upp till 10 000 timmar (24 timmar per dag i cirka 13 månader). Tillförlitligheten är i allmänhet högre vid lägre effektnivåer.

Tolerans på motstånd

Motståndstoleransen uttrycks som avvikelser från det nominella värdet i procent och mäts vanligtvis vid 25 °C. Ett motstånds värde förändras också med den pålagda spänningen (VCR) och temperaturen (TCR). För resistansnät avser den absoluta motståndstoleransen nätets totala tolerans. Toleranskvoten avser förhållandet mellan varje motstånd och de andra i paketet.

Stabilitet

Stabilitet är förändringen av motståndet med tiden vid en viss belastning, fuktnivå, mekanisk påfrestning eller omgivningstemperatur. Ju mer dessa påfrestningar minimeras, desto bättre blir stabiliteten.

Temperaturmotståndskoefficient (TCR, även kallad RTC)

TCR uttrycks som förändringen av motståndet i ppm (0,0001 %) för varje grads temperaturförändring i Celsius. TCR har vanligtvis +25 ˚C som referenstemperatur och ändras när temperaturen ökar (eller minskar). Ett motstånd med en TCR på 100 ppm/°C förändras med 0,1 % vid en förändring på 10 °C och 1 % vid en förändring på 100 °C. I samband med en nätresistans kallas TCR-värdet för absolut TCR eftersom det definierar TCR för ett specifikt motståndselement. Termen TCR-följning avser skillnaden i TCR mellan varje specifikt motstånd i ett nätverk.

Temperaturklassning

Temperaturklassning är den högsta tillåtna temperaturen vid vilken motståndet kan användas. Den definieras i allmänhet med två temperaturer. Ett motstånd kan exempelvis vara dimensionerat för full last upp till +70 °C och nedsatt till nollast vid + 125 °C. Detta innebär att med vissa tillåtna förändringar i resistansen under motståndets livslängd kan det användas vid +70 °C vid nominell effekt. Det kan också användas vid temperaturer över +70 °C om belastningen minskas, men temperaturen får inte i något fall överstiga dimensioneringstemperaturen +125 °C genom en kombination av omgivningstemperaturen och självuppvärmningen som härrör från den pålagda lasten.

Resistans-spänningskoefficient (VCR)

Spänningskoefficienten är förändringen av motståndet med den pålagda spänningen. Detta är något helt annat och ett tillskott till effekterna av självuppvärmning när strömmen tillförs. Ett motstånd med en VCR på 100 ppm/V förändras med 0,1 % vid en förändring på 10 V och med 1 % vid en förändring på 100 V. I samband med ett resistansnät kallas detta VCR-värde för absolut VCR eftersom det definierar VCR för ett specifikt motståndselement. Termen VCR-följning avser skillnaden i VCR mellan varje specifikt motstånd i ett nätverk.

* Motståndsteknik som även erbjuds av andra divisioner inom Vishay

Tabell 1: Ytmonterade / substrat- / plattlimmade motstånd

*Motståndsteknik som även erbjuds av andra divisioner inom Vishay

Tabell 2: Motstånd med axialledare/hålmonterade

Teknologier för fasta motstånd

Trådlindat (ytmonterat/med ledare)

En typ av motstånd som tillverkas genom att en metalltråd, t.ex. nikrom, lindas på en isolerande form av t.ex. keramik, plast eller glasfiber.

Power Metal Strip® / Metallelement (ytmonterad / med ledare)

En typ av motstånd som konstrueras med hjälp av en fast metallegering, t.ex. nikrom eller mangan-koppar, som resistivt element, som sedan löds fast på koppartungor. Används i tillämpningar för strömavkänning och shuntning.

Film (ytmonterad/blyad)

Metallfilm (med ledare/MELF)

En typ av cylindriskt motstånd som tillverkas genom att ett resistivt element bestående av en tunn ledande film av en metall eller metallegering, t.ex. nikrom, deponeras på en cylindrisk kärna av keramik eller glas. Motståndet regleras genom att skära ett spiralformigt spår genom den ledande filmen.

Metalloxid (med ledare)

En typ av cylindriskt motstånd som använder material som rutheniumoxid eller tennoxid som resistivt element. Dessa motstånd kan fungera som utmärkta högspännings- eller högeffektskomponenter.

Tjockfilm (chipmotstånd/-matriser/-nät)

Speciellt konstruerat ytmonterat filmmotstånd som har hög effekt i förhållande till storleken. För tjockfilmsmotstånd appliceras rutheniumoxidfilmen med traditionell screentrycksteknik.

Tunnfilm (chipmotstånd/-matriser/-nät)

En typ av ytmonterat filmmotstånd med ett relativt tunt resistivt element, som mäts i Ångström (= 0,1 nanometer). Tunnfilmsmotstånd tillverkas genom att ett resistivt material, t.ex. nikrom eller tantalnitrid, sprutas (även känt som vakuumdeponering) på ytan av ett substrat.

Kolfilm (med ledare/MELF)

En allmän klassbeskrivning för cylindriska motstånd som tillverkas genom att en kolfilm deponeras på ytan av en isolatorkärna.

Metallfolie (ytmontering/med ledare)

En typ av motstånd som tillverkas genom fotoframställning av en homogen metall i ett specifikt mönster på ett keramiskt substrat. Den unika kombinationen av material och konstruktion resulterar i en produkt med oöverträffad prestanda och hög tillförlitlighet.

Sammansättning (med ledare)

Kolsammansättning

En allmän klassbeskrivning för motstånd som består av en resistiv kärna av en kolblandning och en gjuten yttre isolerande kärna.

Keramisk sammansättning

En typ av motstånd som består av en blandning av lera, aluminiumoxid och kol som har blandats och pressats till en resistiv kärna och sedan täckts med en gjuten, yttre, isolerande kärna.