Vastukset ovat yksi elektroniikkapiirien keskeisimmistä passiivisista komponenteista, ja niitä käytetään virran säätöön, jännitteen jakamiseen, virran rajoittamiseen ja niin edelleen. Vastukset voidaan luokitella eri tyyppeihin niiden materiaalien, rakenteiden ja sovellusten mukaan.
Vastusten luokittelu
Erotetaan toisistaan vastusominaisuuksien perusteella
1.Kiinteät vastukset
Ominaisuudet: Kiinteä vastusarvo, ei säädettävissä.
Yleinen tyyppi:
Metallikalvovastukset:Käytetään tarkkuuspiireissä.
Hiilikalvovastukset: Sopii yleisiin virtapiireihin.
Chip-vastukset (SMD): Pieni koko, sopii tiheään PCB-suunnitteluun.
Käyttö: Jännitejakajat, pull-up/down ja muut peruspiirit.
2.Muuttuvat vastukset
Ominaisuudet: Vastusarvo voidaan säätää manuaalisesti tai automaattisesti.
Yleiset tyypit:
Potentiometri: nupin säätö (esim. äänenvoimakkuuden säätö).
Trimmerivastus (Trimpot):Käytetään piirin kalibrointiin, työkalun säätö on tarpeen.
Digitaalinen potentiometri:I²C), soveltuu automaatio-ohjaukseen.
Käyttö: Himmennys, signaalin säätö, piirien kalibrointi jne.
3.Erityisvastukset
Ominaisuudet:Vastusarvo vaihtelee ympäristötekijöiden mukaan.
Yleiset tyypit:
Termistori:NTC-vastusarvo pienenee lämpötilan noustessa, PTC-vastusarvo kasvaa lämpötilan noustessa).
Valosta riippuvainen vastus (LDR): Mitä voimakkaampi valo, sitä pienempi vastusarvo (esim. automaattinen katuvalo).
Jännitteestä riippuvainen vastus (VDR): vastus laskee, kun jännite on liian korkea, käytetään ylijännitesuojaukseen.
Käyttää: Käyttökohteet: Anturit, suojapiirit, automaattinen ohjaus jne.
Erotetaan materiaalin mukaan
- Hiilikalvovastukset
Ominaisuudet: alhaisemmat kustannukset, kohtalainen vastuksen tarkkuus, yleinen lämpötilavakaus.
Sovellukset: LED-virran rajoittaminen, signaalin jännitteen jakaja.
- Metallikalvovastukset
Ominaisuudet: Korkean tarkkuuden (±1% tai enemmän), alhaisen lämpötilakertoimen, hyvän pitkäaikaisen vakauden.
Käyttökohteet: tarkkuusinstrumentit, mittalaitteet, äänipiirit ja muut suurta tarkkuutta vaativat tilaisuudet.
- Lankakäämitetyt vastukset
Ominaisuudet: Suuritehoinen (jopa kymmeniä watteja), korkea lämpötilankestävyys, mutta huonot korkeataajuusominaisuudet.
Käyttökohteet: virtalähdepiirit, moottorinohjaus, suurvirtaiset kuormat ja muut tilanteet, joissa tarvitaan suurta tehonsietokykyä.
- Filmisiruvastukset (SMD)
Ominaisuudet:Pieni koko, sopii pinta-asennukseen (SMT), parempi tarkkuus ja vakaus.
Sovellukset: Älypuhelimet, tietokoneiden emolevyt, suurtaajuuspiirit ja muut kompaktit elektroniset laitteet.
- Keraamiset vastukset (esim. paksukalvot / tehotyyppi)
Ominaisuudet: Soveltuu vaativiin ympäristöihin.
Käyttökohteet: verkkosovittimet, teollisuuden ohjausjärjestelmät, sähköajoneuvot ja muut suuritehoiset/korkeajännitteiset laitteet.
Erottelu sovelluksen mukaan
- Virran rajoittavat suojavastukset
Näitä vastuksia käytetään pääasiassa virran tason hallintaan ja piirin suojaamiseen. Tyypillinen edustaja on sulakevastus, jolla ei ole vain tavallisten vastusten virranrajoitustoiminto, vaan se voi myös sulaketa suojaamaan piiriä ylivirran tapauksessa. Niitä käytetään yleisesti virtalähteen sisääntuloissa ja erilaisissa sovelluksissa, jotka edellyttävät virran suojausta.
- Jännitteenjakovastukset
Potentiometri on tyypillisin muuttuva jännitteenjakaja-vastus, jolla jännitteen säätö toteutetaan vastusjännitteenjakaja-verkon kautta. Näitä vastuksia käytetään laajalti analogisissa piireissä jännitteen säätöön, signaalin amplitudin säätöön ja muihin tilanteisiin, kuten äänentoistolaitteiden äänenvoimakkuuden säätöön.
- Signaalin vakauttamisvastukset
Pull-up/down-vastukset ovat digitaalipiirien keskeisiä komponentteja signaalin vakauttamisen varmistamiseksi. Ne tarjoavat määritellyn loogisen tason kelluville nastoille ja estävät vääränlaisen laukaisun. Ne ovat välttämättömiä MCU-liitäntäpiireissä ja väyläjärjestelmissä.
- Kuormitus Analogisen tyypin vastukset
Käytetään tehotestaukseen, piirien virheenkorjaukseen ja muihin tilaisuuksiin todellisten kuormitusolosuhteiden simuloimiseksi. Näillä vastuksilla on oltava hyvä tehon sietokyky, ja niitä käytetään yleisesti virtalähdetuotteiden ikääntymistesteissä ja suorituskyvyn tarkistamisessa.
- Virran tunnistusvastukset
Shunt-resistoreja käytetään virran havaitsemiseen mittaamalla pientä jännitehäviötä, mikä edellyttää tarkkaa vastusarvoa ja hyvää lämpötilan vakautta. Käytetään laajalti tehonhallinnassa, akun valvonnassa ja muissa sovelluksissa, jotka edellyttävät tarkkaa virranmittausta.
- Piirin liitäntä Vastukset
0Ω-vastus on erittäin tärkeä piirilevysuunnittelussa, vaikka sen vastusarvo on nolla.Sitä voidaan käyttää hyppääjänä ja se säilyttää joustavuuden myöhempää virheenkorjausta varten, mikä tekee siitä käytännöllisen komponentin piirilevysuunnittelussa.
Jokaisella toiminnallisella vastuksella on omat erityiset sovellusskenaariot ja valintavaatimukset, insinöörien on valittava oikeanlainen vastus piirin toiminnallisten vaatimusten mukaan. Varsinaisessa suunnittelussa on usein tarpeen ottaa huomioon vastuksen tarkkuus, tehomääritykset, lämpötilakerroin ja muut vastusindikaattoreiden parametrit.
Vastusten edut
1.Current rajoitus
Piirin vastukset rajoittavat pääasiassa virtaa, jotta piirin muut komponentit voidaan suojata liialliselta virran aiheuttamalta vahingoittumiselta.
2.Jännitteen ja virran jakaminen
Vastuksia voidaan käyttää jännitteen ja virran jakamiseen jännitteen ja virran vakauttamiseksi piirissä ja piirin normaalin toiminnan varmistamiseksi.
3.Energian muuntaminen
Vastukset muuttavat sähköenergian lämpöenergiaksi, ja ne ovat elektroniikkapiirien välttämättömiä energiaa kuluttavia komponentteja. Tämän energian muuntamistoiminnon ansiosta vastuksia käytetään laajalti monissa piireissä.
4.Design Joustavuus
Vastuksia on saatavana monenlaisia ja erikokoisia, mukaan lukien kiinteitä vastuksia ja muuttuvia vastuksia (kuten potentiometrejä), mikä tarjoaa runsaasti vaihtoehtoja ja joustavuutta piirien suunnittelussa.
5.Kustannustehokkuus
Vastusten valmistusprosessi on kehittynyt ja suhteellisen edullinen, joten ne soveltuvat massatuotantoon ja sovelluksiin.
Yhteisten vastusten toiminnot
1.0Ω vastukset (nolla ohmin vastukset)
Käytetään piirihyppääjänä piirilevysuunnittelussa helpottamaan myöhäistä virheenkorjausta ja piirin muuttamista. Soveltuu paremmin automatisoituun SMD-tuotantoon kuin perinteiset hyppylangat valmistustehokkuuden parantamiseksi. Käytetään pääasiassa: piirimoduulien eristämisessä, testipisteiden yhdistämisessä, yhteensopivassa suunnittelussa ja muissa skenaarioissa.
2.Current rajoittavat vastukset
Vakauttaa käyttövirran ja suojaa herkkiä komponentteja, kuten ledejä ja tyhjiöputkia, virran vaihteluilta. Vastuksen arvon tarkka valinta ja asianmukainen virran määrittely ovat olennaisen tärkeitä. Käytetään pääasiassa seuraavissa kohteissa: LED-ohjainpiirissä, putkivahvistimessa jne.
3.Pull-up/Pull-down vastukset
Tarjoaa määritellyn logiikkatason digitaalisille piireille ja estää MCU:n nastojen roikkumisen aiheuttamat toimintahäiriöt. Vastuksen arvon valinnassa on tasapainotettava virrankulutus ja vastenopeus (yleensä 4,7 kΩ-10 kΩ). Käytetään pääasiassa seuraavissa: I2C-väylä, avainsyöttöpiiri, digitaalinen liitäntä.
4.Shunt-vastukset (virran havaitsemisvastukset)
Tarkka virran havaitseminen toteutetaan mittaamalla pieni jännitehäviö (mV-taso). Alhainen vastusarvo, korkea tarkkuus, erinomainen lämpötilavakaus. Tärkeimmät sovellukset: tehonhallintajärjestelmät, akun valvonta, moottorin ohjaus jne.
5.Termistorit
NTC-tyyppi: resistanssiarvo pienenee lämpötilan kasvaessa, käytetään laajalti lämpötilan mittaamiseen ja kompensointiin.
PTC-tyyppi: vastusarvo kasvaa dramaattisesti lämpötilan myötä, käytetään yleisesti ylivirtasuojauksessa ja itsestään palautuvassa vakuutuksessa.
Sovelluksen ero: NTC:tä käytetään lämpötilan mittaamiseen, PTC:tä käytetään piirin suojaamiseen.
6.Light riippuvainen vastus (LDR)
Vastuksen arvo muuttuu valon voimakkuuden mukaan (mitä voimakkaampi valo, sitä pienempi vastusarvo). Edullinen, helppokäyttöinen, ei tarvitse ylimääräistä ajopiiriä. Käytetään pääasiassa: automaattinen valaistusjärjestelmä, valon voimakkuuden havaitseminen, turvalaitteet.
7.High Power muuttuvat vastukset
Säädä suurvirtapiirin parametreja, kuten moottorin nopeutta, virtalähteen lähtöjännitettä jne... Valmistettu lanka- tai keraamisesta materiaalista, jolla on erinomainen lämmönhaihdutuskyky. Käytetään pääasiassa: teollisessa ohjausjärjestelmässä, suuritehoisen virtalähteen säätelyssä jne.
Vastuksen symbolit & kaavat
Vastuksen symbolit
1.Standard Fixed Resistor (IEC & ANSI)
IEC: ━━━━━━━━━━
ANSI: ~/~ ~
2.Variable vastus / potentiometri
IEC: ━━━━━━━━━━
╲
ANSI: ~/~ ╱~ ╱~
3.Thermistor (lämpötilaherkkä)
━━━━━━━⊓⊔━━━━━━ (IEC)
4.Varistori (jännitteestä riippuvainen)
━━━━━━━⋂⋃⋃━━━━━━ (IEC)
Tärkeimmät kaavat
1.Ohmin laki (tasavirtapiirit)
Missä:
V = jännite (V)
I = Virta (A)
R = resistanssi (Ω)
2.Power Dissipation
P = Teho (W)
3.Series Resistance
4.Parallel Resistance
Kahden vastuksen osalta
Lämpötilariippuvuus
α = lämpötilakerroin (1/°C)
RT= Vastus lämpötilassa T
Värikooditaulukko (4-kaistainen esimerkki):
| Bändi | Väri | Digit | Kerroin | Suvaitsevaisuus |
|---|
| 1. | Ruskea | 1 | ×10¹ | ±1% |
| 2. | Musta | 0 | | |
| Kolmas | Punainen | | ×10² | |
| Neljäs | Kulta | | | ±5% |
|
| Esimerkki: Ruskea-musta-punainen-kultainen = 10 × 10² Ω ±5% = 1 kΩ ±5% |
Eri vastusten välinen suhde
1.Täydentävät toiminnot
Piirisuunnittelussa erityyppiset vastukset toimivat yhdessä täydellisemmän toiminnon aikaansaamiseksi:
Foundation and Adjustment Match
Kiinteät vastukset takaavat piirin perusvakauden, muuttuvat vastukset toteuttavat parametrien dynaamisen säädön ja erikoisvastukset antavat kyvyn hahmottaa ympäristöä, esim. kiinteät vastukset asettavat viitteen, potentiometrit hienosäätävät parametrit.
Digitaalinen ja analoginen
Pull-up / pull-down-vastukset digitaalisten signaalien luotettavuuden varmistamiseksi, shunt-vastukset analogisen virran tarkan mittauksen saavuttamiseksi. Esim: MCU-järjestelmät käyttävät sekä pull-up-vastuksia että virran havaitsemisvastuksia.
2.Korvattavuus
Prosessin korvaaminen
0Ω-vastukset ja hyppylangat, sama toiminto, mutta 0Ω-vastukset soveltuvat paremmin automatisoituun tuotantoon. Plug-in ja siru, tuotantoprosessin mukaan valita oikea paketti.
Suorituskyvyn korvaaminen
Metallikalvo voi korvata hiilikalvo parantaa tarkkuutta, mutta lisätä kustannuksia, wirewound vastukset korvata tavalliset vastukset vastaamaan kysyntään korkean tehon, korvaaminen on arvioitava kustannukset, tarkkuus, teho ja muut parametrit.
3.Yhdistetty käyttö
Tunnistamisen ja havaitsemisen yhdistelmä
Termistori + kiinteä vastus, joka muodostaa jännitteenjakajapiirin = lämpötilan havaitseminen.
Fotoresistori + säädettävä vastus = mukautuva kirkkauden säätö.
Tarkkuusmittauksen yhdistelmä
Shunttivastus + operaatiovahvistin = erittäin tarkka virran tunnistus.
Tarkkuusvastus + potentiometri = säädettävä vertailujännitelähde
Suojapiirien yhdistelmä
PTC-vastus + kiinteä vastus = ylivirtasuojaus
Varistori + purkausvastus = ylijännitesuojaus
Nämä yhdistelmät heijastavat piirin vastusten synergiavaikutusta. Varsinaisessa suunnittelussa insinöörien on perustuttava erityistarpeisiin, tasapainotettava kustannuksia ja suorituskykyä, koordinoitava staattisia parametreja ja dynaamista säätöä ottaen huomioon perustoiminnot ja erityistarpeet.
Vastukset PCB:ssä
1.Current rajoittaminen
Vastukset voivat tehokkaasti rajoittaa tarkkuus-LEDien, integroitujen piirien ja muiden komponenttien virtaa ja estää näitä komponentteja vahingoittumasta liiallisesta virrasta.
2.Voltage jakaja toiminto
Kytkemällä vastukset sarjaan voidaan muodostaa jännitteenjakaja, jonka avulla virtalähde voi antaa pienemmän jännitteen piirin tarpeiden mukaan.
3.Logiikan jännitteen vakauttaminen
Digitaalisissa logiikkapiireissä vastuksia käytetään usein yhdessä pull-up/ull-down-vastusten kanssa sen varmistamiseksi, että piiri säilyttää tunnetun loogisen jännitetason, kun tuloja ei ohjata.
4.Bias Supply
Vastukset antavat transistorivahvistimille ja muille analogisille piireille oikean tasajännitteen tai -virran, joka varmistaa piirin moitteettoman toiminnan.
5.Takaisinkytkentä
Analogisissa piireissä, kuten operaatiovahvistimissa, ADC:ssä, DAC:issa jne., ，-vastukset mahdollistavat vahvistuksen ja vasteen tarkan hallinnan takaisinkytkentämekanismin avulla.
6.Pulssin muotoilu
Vastukset yhdistettynä kondensaattoreihin voivat muodostaa RC-ajastuspiirejä pulssin tuottamista ja muotoilua varten.
7.ESD-suojaus
Vastukset estävät tehokkaasti sähköstaattisten purkausten aiheuttamia vaurioita piireissä ja suojaavat elektronisia laitteita vaurioilta.
8.Lämmitys
Lankakäämitetyt tehovastukset pystyvät muuntamaan sähköenergian tehokkaasti lämmöksi, ja niitä käytetään yleisesti lämmityssovelluksissa.
Sovellusalueet
1.Consumer electronics, virranhallinnan ydinkomponentit.
2.Automotive elektroniikka, korkeat luotettavuusvaatimukset.
3.viestintälaitteet, signaalin käsittelyn avainkomponentit. 4. teollisuuden ohjaus, anturisignaalien käsittely, piirin suojauksen ydinlaitteet, virranjakelun tärkeät komponentit.
4.Industrial control, anturisignaalin käsittely, piirin suojauksen ydinlaitteet, virranjakelun tärkeät komponentit.
5.High-end-sovellukset
Lääketieteelliset laitteet, tarkkuusvirran säätö.
Ilmailu- ja avaruustekniikka, äärimmäisten olosuhteiden sieto.
Sotilaslaitteet, EMI-suojaus.
Vastuksia on monenlaisia, ja kukin niistä soveltuu tiettyyn sovellukseen. Niiden ominaisuuksien ja toimintojen ymmärtäminen auttaa optimoimaan piirisuunnittelua ja siten parantamaan luotettavuutta ja suorituskykyä. Käytännössä vastukset olisi valittava piirin vaatimusten perusteella ottaen huomioon kustannukset, tarkkuus ja tehonkäsittelykyky.