Lineaire weerstand uitgelegd: een beginnersgids

Misschien vroeg je je ook af toen je net begon met elektronica: wat is een weerstand? Simpel gezegd is een weerstand een elektronisch onderdeel dat wordt gebruikt om de stroom in een circuit te belemmeren of te beperken. Weerstanden zijn overal. Ze zijn te vinden in huishoudelijke apparaten, smartphones, industriële machines, elektronische apparatuur voor auto's en zelfs medische apparatuur. Ze vormen de kerncomponenten voor basistaken zoals spanningsregeling, stroomregeling of signaalconditionering. Zolang een apparaat deze functie heeft, bestaat het.

Er zijn vele soorten weerstanden, en elk type heeft zijn specifieke toepassing. In schakelschema's worden verschillende weerstanden ook weergegeven met hun bijbehorende weerstandssymbolen. Over het algemeen kunnen weerstanden worden ingedeeld in twee hoofdcategorieën: lineaire weerstanden en niet-lineaire weerstanden. Hieronder zal dit artikel zich richten op lineaire weerstanden, inclusief hun definitie, belangrijkste kenmerken, veelvoorkomende typen en de verschillen met niet-lineaire weerstanden. Laten we er meer over leren.

Wat is een lineaire weerstand?

Zoals eerder vermeld, zijn lineaire weerstanden een van de twee belangrijkste soorten weerstanden. Binnen het normale werkbereik van een lineaire weerstand volgen de stroom en spanning strikt de wet van Ohm: V=I.×R (waarbij R een constante is). Het wordt een "lineaire" weerstand genoemd omdat de weerstandswaarde R constant blijft wanneer de spanning en stroom veranderen. De karakteristieke curve is een rechte lijn door de oorsprong, met een helling van 1/R, zoals weergegeven in de volgende afbeelding.

In praktische toepassingen geeft 'lineair' aan dat de momentane (dynamische) weerstand dV/dI van het apparaat overeenkomt met de nominale weerstand binnen het verwachte bedrijfsbereik.

Intuïtieve numerieke voorbeelden (twee veelvoorkomende weerstandswaarden):

Kenmerken van lineaire weerstanden

De opmerkelijke eigenschappen van lineaire weerstanden maken ze zeer betrouwbaar in elektronische schakelingen. Hieronder volgen enkele belangrijke kenmerken die vaak tijdens het ontwerp moeten worden gecontroleerd:

1. Volg de Ohm-karakteristiek (lineair Vi-gedrag)

Betekenis: Spanning is recht evenredig met stroomsterkte. De karakteristieke curve is een rechte lijn.

Impact: Voorspelbare spanningsverdelingsverhouding, biasnetwerk, feedbackontwerp van operationele versterkers.

2. Constante weerstandswaarde

Betekenis: Binnen het werkbereik is de weerstand niet afhankelijk van spanning of stroom.

Impact: Het werkpunt is stabiel en de meting is herhaalbaar.

3. Nauwkeurigheid van de weerstandswaarde (tolerantie, ±0.1% ±1% ±5%, enz.)

Betekenis: De toegestane afwijking tussen de nominale waarde en de werkelijke waarde.

Impact: De nauwkeurigheid van spanningsdeling en versterkerversterking. Voor zeer nauwkeurige circuits zijn weerstanden van ≤1% is geselecteerd. Voor gewone circuits is 5% voldoende.

4. Temperatuurcoëfficiënt (TCR, ppm/°C)

Betekenis: De mate waarin de weerstand met de temperatuur verandert. Metaalfilmweerstanden zijn meestal ±50 ppm/°C, koolstoffilmweerstanden ±200-500 ppm/°C, en folieweerstanden kunnen zo laag zijn als ±5 ppm/°C.

Formule: ΔR=R₀×TCR×ΔT

Gevolg: Precisieschakelingen vereisen driftweerstanden met lage temperatuur.

5. Nominaal vermogen (Watt, W)

Betekenis: Het maximale vermogen dat een weerstand continu kan verbruiken.

Check:  P=Ik²R=V²/R

Impact: Overbelasting kan ervoor zorgen dat de weerstand oververhit raakt of zelfs beschadigd raakt. Doorgaans wordt een marge van twee keer gekozen.

6. Nominale spanning

Betekenis: De maximale continue spanning die een weerstand kan weerstaan.

Impact: Bij toepassingen met hoge frequenties of hoge weerstanden is de spanning vaak belangrijker dan het vermogen.

7. Spanningscoëfficiënt

Betekenis: De mate waarin de weerstand varieert met de spanning.

Impact: Voor zeer nauwkeurige spanningsdelercircuits zijn metaalfilm-/folieweerstanden met een extreem lage VCR nodig.

8. Faalwijzen en betrouwbaarheid

Betekenis: Overmatig vermogen, vocht, sulfatering, etc. kunnen ervoor zorgen dat weerstanden kapot gaan.

Impact: In industriële omgevingen dienen weerstanden te worden gekozen die bestand zijn tegen sulfidering, een metaaloxidefilm hebben of goed verpakt zijn.

Soorten lineaire weerstanden

Lineaire weerstanden kunnen grofweg worden onderverdeeld in twee hoofdcategorieën: vaste weerstanden en variabele weerstanden. Beide soorten weerstanden volgen strikt de wet van Ohm, dat wil zeggen dat hun weerstandswaarden constant blijven onder elke instelling. Een vaste weerstand heeft een permanente weerstandswaarde. Variabele weerstanden maken het mogelijk om de weerstandswaarde handmatig of elektronisch aan te passen. Laten we nu eens nader bekijken waarin deze twee soorten weerstanden worden onderverdeeld!

Vaste lineaire weerstanden

Variabele lineaire weerstanden

Vergelijking tussen lineaire en niet-lineaire weerstanden

Eerder hebben we al een gedetailleerde inleiding gegeven op de relevante informatie over lineaire weerstand. Simpel gezegd volgen lineaire weerstanden de wet van Ohm, die stelt dat spanning recht evenredig is met stroomsterkte. Vervolgens leggen we de verschillen uit tussen niet-lineaire weerstanden en lineaire weerstanden.

Allereerst, wat is een niet-lineaire weerstand? In tegenstelling tot lineaire weerstanden volgen niet-lineaire weerstanden de wet van Ohm niet strikt. Hun weerstandswaarden variëren afhankelijk van spanning, stroomsterkte of omgevingsomstandigheden zoals temperatuur en licht. Hun VI-curven zijn geen rechte lijn, zoals weergegeven in de volgende afbeelding:

Typische niet-lineaire weerstanden zijn onder meer thermistoren, fotoweerstanden (LDR's), varistoren, diodes, enz. De functie van deze componenten is niet alleen het beperken van de stroom; ze zorgen ook voor specifieke dynamische responsen.

Samenvattend kan het verschil tussen lineaire en niet-lineaire weerstanden worden weerspiegeld in de volgende aspecten:

1. Karakteristieke curve

Lineaire weerstand: Spanning en stroomsterkte staan ​​in een lineair verband met elkaar, en de VI-curve is een rechte lijn.

Niet-lineaire weerstand: De relatie tussen spanning en stroomsterkte is niet-lineair en de VI-curve is een kromme of een rechte lijn.

2. Stabiliteit van de weerstandswaarde

Lineaire weerstanden: De weerstandswaarde blijft constant en verandert niet significant met externe omstandigheden.

Niet-lineaire weerstanden: De weerstandswaarde varieert afhankelijk van de spanning, stroom en omgeving.

3. Toepassingsscenario's

Lineaire weerstanden: Geschikt voor gebruik in circuits waar stabiele weerstandswaarden vereist zijn, zoals stroombegrenzing, spanningsverdeling en signaalregeling.

Niet-lineaire weerstanden: Wordt vaak gebruikt in situaties zoals overspanningsbeveiliging, temperatuurdetectie en lichtdetectie.

4. Weerstandssymbool

Beide worden in schema's weergegeven met het weerstandssymbool, maar niet-lineaire componenten zoals diodes en thermistoren hebben doorgaans speciale symbolen om ze van elkaar te onderscheiden.

Bij het kiezen van verschillende typen weerstanden in praktische toepassingen moeten we bepalen welke weerstand we moeten gebruiken op basis van de weerstandsfunctie die het circuit nodig heeft. Als stabiele en voorspelbare prestaties vereist zijn, kiest u voor een lineaire weerstand. Een niet-lineaire weerstand moet worden gebruikt als deze moet reageren op veranderingen in temperatuur, licht en spanning. Hieronder vindt u een samenvattende vergelijkingstabel.

Toepassingen van lineaire weerstanden

Als meest fundamentele passieve component in elektronisch ontwerp zijn lineaire weerstanden natuurlijk zeer breed toepasbaar. Hieronder vindt u enkele typische toepassingsvoorbeelden:

1. Spanningsverdeling in een circuit

De meest voorkomende functie van een lineaire weerstand is spanningsdeling. Waarom lineaire weerstanden gebruiken? Omdat de weerstandswaarde constant blijft, kan de uitgangsspanning worden voorspeld. Door een paar of een groep lineaire weerstanden in serie te schakelen, kan de ingangsspanning worden verdeeld in kleinere en beter regelbare spanningen.

In analoge schakelingen worden bijvoorbeeld vaak lineaire weerstandsdelers gebruikt om het sensorsignaal te verminderen en het vervolgens naar de ADC (Analoog-naar-Digitaal Converter) te sturen.

2. Stroombegrenzing in LED-toepassingen

Bij het aansturen van een LED kan een te hoge stroom de diode gemakkelijk beschadigen. In dat geval kan een in serie geschakelde lineaire weerstand als stroombegrenzer fungeren.

Het LED-indicatielampje wordt bijvoorbeeld altijd in serie geschakeld met een lineaire weerstand. Zoals weergegeven in de volgende afbeelding:

3. Load Balancing in voedingen

In voedingscircuits worden vaak lineaire weerstanden gebruikt om de belasting over meerdere takken te verdelen.

4. Signaalconditionering in een versterker

In audio- en communicatiesystemen spelen lineaire weerstanden een belangrijke rol bij de signaalvorming.

Conclusie

Weerstanden vormen de basis van elektronica. Ze lijken eenvoudig, maar van het weerstandssymbool op het schema tot de daadwerkelijke keuze tussen een lineaire weerstand en een niet-lineaire weerstand, elke ontwerpbeslissing in het circuit zijn ze allemaal cruciaal.

Het begrijpen van verschillende soorten weerstanden is duidelijk nuttig voor ons om stabiele en aanpasbare systemen te ontwerpen. Kortom, het beheersen van de toepassing van weerstanden, zowel lineaire als niet-lineaire, is de sleutel tot het creëren van betrouwbare en efficiënte elektronische producten.

Over PCBasic

Tijd is geld in uw projecten – en PCB-basis begrijpt het. PCBasic is een PCB-assemblagebedrijf: die elke keer snelle, vlekkeloze resultaten levert. Onze uitgebreide PCB-assemblagediensten: bieden deskundige technische ondersteuning bij elke stap, waardoor topkwaliteit in elk bord wordt gegarandeerd. Als toonaangevend Fabrikant van PCB-assemblage:, Wij bieden een totaaloplossing die uw toeleveringsketen stroomlijnt. Werk samen met onze geavanceerde PCB-prototypefabriek voor snelle doorlooptijden en superieure resultaten waarop u kunt vertrouwen.