Förklaring av linjärt motstånd: En nybörjarguide

Kanske när du först började lära dig elektronik undrade du också: Vad är ett motstånd? Enkelt uttryckt är ett motstånd en elektronisk komponent som används för att hindra eller begränsa strömflödet i en krets. Motstånd finns överallt. De kan hittas i hushållsapparater, smartphones, industrimaskiner, elektroniska apparater i fordon och till och med medicinsk utrustning. De är kärnkomponenterna för grundläggande uppgifter som spänningsreglering, strömkontroll eller signalbehandling. Så länge en enhet har denna funktion existerar den.

Det finns många typer av motstånd, och varje typ har sin specifika tillämpning. I kretsscheman representeras olika motstånd också av motsvarande resistanssymboler. Generellt kan motstånd klassificeras i två huvudkategorier: linjära motstånd och icke-linjära motstånd. Nedan kommer den här artikeln att fokusera på linjära motstånd, inklusive deras definition, huvudsakliga egenskaper, vanliga typer och skillnaderna från icke-linjära motstånd. Låt oss lära oss om dem.

Vad är ett linjärt motstånd?

Som tidigare nämnts är linjära motstånd en av de två huvudtyperna av motstånd. Inom det normala driftområdet för ett linjärt motstånd följer strömmen och spänningen strikt Ohms lag V=I.×R (där R är en konstant). Det kallas ett "linjärt" motstånd eftersom dess resistansvärde R förblir konstant när spänning och ström ändras. Dess karakteristiska kurva är en rak linje som går genom origo, med en lutning på 1/R, som visas i följande figur.

I praktiska tillämpningar indikerar "linjär" att enhetens momentana (dynamiska) resistans dV/dI överensstämmer med dess nominella resistans inom det förväntade driftsområdet.

Intuitiva numeriska exempel (två vanliga resistansvärden):

Egenskaper hos linjära motstånd

De anmärkningsvärda egenskaperna hos linjära motstånd gör dem mycket tillförlitliga i elektroniska kretsar. Följande listar flera viktiga egenskaper som ofta behöver kontrolleras vid konstruktion:

1. Följ Ohm-karakteristiken (linjärt Vi-beteende)

Betydelse: Spänningen är direkt proportionell mot strömmen. Karakteristiska kurvan är en rak linje.

Påverkan: Förutsägbart spänningsdelningsförhållande, förspänningsnätverk, återkopplingsdesign för operationsförstärkare.

2. Konstant resistansvärde

Betydelse: Inom arbetsområdet beror resistansen inte på spänning eller ström.

Slag: Arbetspunkten är stabil och mätningen är repeterbar.

3. Noggrannhet i resistansvärdet (tolerans, ±0.1% ±1% ±5 %, etc.)

Betydelse: Den tillåtna avvikelsen mellan nominellt värde och ärvärde.

Påverkan: Noggrannheten i spänningsdelning och förstärkarförstärkning. För högprecisionskretsar, motstånd av ≤1 % väljs. För vanliga kretsar är 5 % tillräckligt.

4. Temperaturkoefficient (TCR, ppm/°C)

Betydelse: Graden till vilken resistansen avviker med temperaturen. Metallfilmsmotstånd är vanligtvis ±50 ppm/°C, kolfilmsmotstånd ±200–500 ppm/°C, och foliemotstånd kan vara så låga som ±5 ppm/°C.

Formel: ΔR=R₀×TCR×ΔT

Effekt: Precisionskretsar kräver driftmotstånd vid låg temperatur.

5. Nominell effekt (Watt, W)

Betydelse: Den maximala effekten som ett motstånd kontinuerligt kan förbruka.

Kolla upp:  P=I²R=V²/R

Stöt: Överbelastning kan orsaka att motståndet värms upp eller till och med skadas. Generellt väljs en marginal på två gånger.

6. Märkspänning

Betydelse: Den maximala kontinuerliga spänning som ett motstånd tål.

Slagpåverkan: I högfrekventa eller högresistanstillämpningar är spänningsvärdet ofta viktigare än effektvärdet.

7. Spänningskoefficient

Betydelse: I vilken utsträckning resistansen varierar med spänningen.

Effekt: Högprecisionsspänningsdelarkretsar behöver välja metallfilm/foliemotstånd med extremt låg VCR.

8. Fellägen och tillförlitlighet

Betydelse: För hög effekt, fukt, sulfatering etc. kan alla orsaka att motstånd slutar fungera.

Påverkan: I industriella miljöer bör motstånd väljas som är resistenta mot sulfidering, har en metalloxidfilm eller är väl förpackade.

Typer av linjära motstånd

Linjära motstånd kan grovt delas in i två huvudkategorier: fasta motstånd och variabla motstånd. Båda typerna av motstånd följer strikt Ohms lag, det vill säga att deras resistansvärden förblir konstanta oavsett inställning. Ett fast motstånd har ett permanent resistansvärde. Variabla motstånd gör att resistansvärdet kan justeras manuellt eller elektroniskt. Låt oss nu titta närmare på vad dessa två typer av motstånd delas in i!

Fasta linjära motstånd

Variabla linjära motstånd

Jämförelse mellan linjära och ickelinjära motstånd

Tidigare har vi redan gett en detaljerad introduktion till relevant innehåll om linjär resistans. Enkelt uttryckt följer linjära motstånd Ohms lag, som säger att spänningen är direkt proportionell mot strömmen. Härnäst kommer vi att förklara skillnaderna mellan ickelinjära motstånd och linjära motstånd.

Först och främst, vad är ett ickelinjärt motstånd? Till skillnad från linjära motstånd följer ickelinjära motstånd inte strikt Ohms lag. Deras resistansvärden varierar med spänning, ström eller miljöförhållanden som temperatur och ljus. Deras VI-kurvor är inte en rak linje, som visas i följande figur:

Typiska ickelinjära motstånd inkluderar termistorer, fotomotstånd (LDR), varistorer, dioder etc. Funktionerna hos dessa komponenter är inte bara att begränsa strömmen; de ger också specifika dynamiska svar.

Sammanfattningsvis kan skillnaden mellan linjära och ickelinjära motstånd återspeglas i följande aspekter:

1. Karakteristisk kurva

Linjärt motstånd: Spänning och ström har ett linjärt förhållande, och VI-kurvan är en rak linje.

Icke-linjärt motstånd: Sambandet mellan spänning och ström är ickelinjärt, och VI-kurvan är en kurva eller en styckvis rät linje.

2. Resistansvärdesstabilitet

Linjära motstånd: Resistansvärdet förblir konstant och ändras inte signifikant med yttre förhållanden.

Icke-linjära motstånd: Resistansvärdet varierar med spänning, ström eller omgivningen.

3. Tillämpningsscenarier

Linjära motstånd: Lämplig för användning i kretsar som kräver stabila resistansvärden, såsom strömbegränsning, spänningsfördelning och signalreglering.

Icke-linjära motstånd: Vanligtvis används i scenarier som överspänningsskydd, temperaturdetektering och ljusavkänning.

4. Motståndssymbol

Båda representeras av motståndssymbolen i kretsscheman, men ickelinjära komponenter som dioder och termistorer har vanligtvis speciella symboler för att skilja dem åt.

När vi väljer olika typer av motstånd i praktiska tillämpningar måste vi bestämma vilket motstånd som ska användas baserat på den motståndsfunktion som kretsen kräver. Om stabil och förutsägbar prestanda krävs bör ett linjärt motstånd väljas. Ett ickelinjärt motstånd bör användas om det är nödvändigt att reagera på förändringar i temperatur, ljus och spänning. Här är sedan en sammanfattande jämförelsetabell.

Tillämpningar av linjära motstånd

Som den mest grundläggande passiva komponenten inom elektronisk design är tillämpningen av linjära motstånd naturligtvis mycket omfattande. Nedan listar vi några typiska tillämpningsexempel:

1. Spänningsdelning i en krets

Den vanligaste funktionen hos ett linjärt motstånd är spänningsdelning. Varför använda linjära motstånd? Eftersom dess resistansvärde förblir konstant kan utgångsförhållandet förutsägas. Genom att seriekoppla ett par eller en grupp linjära motstånd kan ingångsspänningen delas upp i mindre och mer kontrollerbara spänningar.

Till exempel, i analoga kretsar används ofta linjära motståndsdelare för att reducera sensorsignalen och sedan skicka den till ADC (analog-till-digital-omvandlare).

2. Strömbegränsning i LED-applikationer

När man driver en lysdiod kan för hög ström lätt skada dioden. I detta fall kan ett seriekopplat linjärt motstånd fungera som en strömbegränsare.

Till exempel är LED-indikatorlampans krets alltid seriekopplad med ett linjärt motstånd. Som visas i följande figur,

3. Lastbalansering i strömförsörjning

I strömförsörjningskretsar används ofta linjära motstånd för att balansera belastningen mellan flera grenar.

4. Signalkonditionering i en förstärkare

I ljud- och kommunikationssystem spelar linjära motstånd en nyckelroll i signalformning.

Slutsats

Motstånd är grunden för elektronik. De verkar enkelt, men från motståndssymbolen på kretsschemat till det faktiska valet mellan ett linjärt motstånd och ett ickelinjärt motstånd varje designbeslut i kretsen är alla avgörande.

Att tydligt förstå olika typer av motstånd är fördelaktigt för oss för att kunna designa stabila och anpassningsbara system. Kort sagt, att behärska tillämpningen av motstånd, oavsett om de är linjära eller icke-linjära, är nyckeln till att skapa tillförlitliga och effektiva elektroniska produkter.

Om PCBasic

Tid är pengar i dina projekt – och PCBasic får det. PCGrundläggande är en PCB monteringsföretag som ger snabba, felfria resultat varje gång. Vår omfattande PCB monteringstjänster inkludera expertkunskapsstöd i varje steg, vilket säkerställer högsta kvalitet på varje kretskort. Som en ledande Tillverkare av PCB-montage, Vi erbjuder en komplett lösning som effektiviserar din leveranskedja. Samarbeta med våra avancerade PCB-prototypfabrik för snabba leveranser och överlägsna resultat du kan lita på.