Weerstanden zijn een van de meest elementaire passieve componenten in elektronische schakelingen en worden gebruikt voor stroomregeling, spanningsdeling, stroombegrenzing enzovoort. Weerstanden kunnen worden ingedeeld in verschillende typen op basis van hun materialen, structuren en toepassingen.
Classificatie van weerstanden
Onderscheidend door weerstandseigenschappen
1.Vaste weerstanden
Kenmerken: Vaste weerstandswaarde, niet instelbaar.
Gewoon type:
Metaalfilmweerstanden: Hoge precisie, goede stabiliteit, gebruikt in precisieschakelingen.
Koolstoffilmweerstanden:Lage kosten, veelzijdig, geschikt voor algemene schakelingen.
Chipweerstanden (SMD): klein formaat, geschikt voor PCB-ontwerp met hoge dichtheid.
Gebruik: Stroombegrenzing, spanningsdeler, pull-up/down en andere basiscircuits.
2.Variabele weerstanden
Kenmerken: Weerstandswaarde kan handmatig of automatisch worden aangepast.
Gebruikelijke typen:
Potentiometer: knopinstelling (bijv. volumeregeling).
Trimmerweerstand (trimpot): Gebruikt voor circuitkalibratie, aanpassing van gereedschap is vereist.
Digitale potentiometer:Aanpassing door elektrisch signaal (bijv. I²C), geschikt voor automatiseringsregeling.
Gebruik:Dimmen, signaalaanpassing, circuitkalibratie, enz.
3.Speciale weerstanden
Kenmerken: Weerstandswaarde varieert met omgevingsfactoren.
Gebruikelijke typen:
Thermistor:De weerstandswaarde verandert wanneer de temperatuur verandert (de weerstandswaarde van NTC daalt wanneer de temperatuur stijgt, de weerstandswaarde van PTC stijgt wanneer de temperatuur stijgt).
Lichtafhankelijke weerstand (LDR):Hoe sterker het licht, hoe lager de weerstandswaarde (bijv. automatische straatverlichting).
Spanningsafhankelijke weerstand (VDR): weerstand daalt wanneer de spanning te hoog is, gebruikt voor overspanningsbeveiliging.
Toepassingen: Sensoren, beveiligingscircuits, automatische besturing, enz.
Onderscheiden door materiaal
- Koolstoffilmweerstanden
Kenmerken: lagere kosten, gemiddelde weerstandsnauwkeurigheid, algemene temperatuurstabiliteit.
Toepassingen: Op grote schaal gebruikt in consumentenelektronica, basiscircuitontwerp, zoals LED stroombegrenzing, signaalspanningsdeler.
- Metaalfilmweerstanden
Kenmerken: Hoge nauwkeurigheid (±1% of hoger), lage temperatuurcoëfficiënt, goede stabiliteit op lange termijn.
Toepassingen: precisie-instrumenten, meetapparatuur, audiocircuits en andere gelegenheden waarbij hoge precisie vereist is.
- Draadgewonden weerstanden
Kenmerken: Hoog vermogen (tot tientallen watt), hoge temperatuurbestendigheid, maar slechte hoogfrequente eigenschappen.
Toepassingen: voedingscircuits, motorbesturing, belastingen met hoge stromen en andere scenario's die een hoge vermogenstolerantie vereisen.
- Film Chipweerstanden (SMD)
Kenmerken: Klein formaat, geschikt voor opbouwmontage (SMT), betere precisie en stabiliteit.
Toepassingen:Smartphones, computermoederborden, hoogfrequente circuits en andere compacte elektronische apparaten.
- Keramische weerstanden (bijv. dikke film/vermogenstype)
Kenmerken: Bestand tegen hoge spanning en hoge temperaturen, geschikt voor ruwe omgevingen.
Toepassingen: voedingsadapters, industriële besturingssystemen, elektrische voertuigen en andere apparaten met hoog vermogen/hoogspanning.
Onderscheid door toepassing
- Huidige beperkende beschermende weerstanden
Deze weerstanden worden voornamelijk gebruikt om het stroomniveau te regelen en het circuit te beschermen. Een typische vertegenwoordiger is de zekeringweerstand, die niet alleen de stroombegrenzende functie van gewone weerstanden heeft, maar ook kan zekeren om het circuit te beschermen in geval van overstroom. Ze worden vaak gebruikt in voedingsingangen en diverse toepassingen die stroombeveiliging vereisen.
- Spanningsverdelende weerstanden
De potentiometer is de meest typische variabele spanningsdelerweerstand om spanningsregeling te realiseren via het weerstandsspanningsdeler netwerk. Deze weerstanden worden veel gebruikt in analoge schakelingen voor spanningsregeling, signaalamplituderegeling en andere scenario's, zoals volumeregeling van audioapparatuur.
- Signaalstabiliserende weerstanden
Pull-up/down weerstanden zijn belangrijke componenten in digitale schakelingen om signaalstabilisatie te garanderen. Ze bieden een gedefinieerd logisch niveau voor zwevende pinnen en voorkomen valse triggering. Ze zijn essentieel in MCU-interfacecircuits en bussystemen.
- Belasting Analoge weerstanden
Gebruikt voor vermogenstesten, het debuggen van circuits en andere gelegenheden om werkelijke belastingscondities te simuleren. Deze weerstanden moeten een goede vermogenstolerantie hebben en worden vaak gebruikt voor verouderingstests en prestatieverificatie van voedingsproducten.
- Huidige Weerstanden
Shuntweerstanden worden gebruikt voor stroomdetectie door de kleine spanningsval te meten, waarbij een nauwkeurige weerstandswaarde en goede temperatuurstabiliteit vereist zijn. Wijdverbreid gebruikt in energiebeheer, batterijbewaking en andere toepassingen die een nauwkeurige stroommeting vereisen.
- Circuitaansluiting Weerstanden
De 0Ω-weerstand is erg belangrijk bij het PCB-ontwerp, hoewel zijn weerstandswaarde nul is. Hij kan worden gebruikt als jumper en behoudt flexibiliteit voor latere debugging, waardoor het een praktische component is in het ontwerp van printplaten.
Elke functionele weerstand heeft zijn eigen specifieke toepassingsscenario's en selectievereisten. Ingenieurs moeten het juiste type weerstand kiezen op basis van de functionele vereisten van het circuit.In het daadwerkelijke ontwerp is het vaak nodig om rekening te houden met de weerstandsnauwkeurigheid, vermogensspecificaties, temperatuurcoëfficiënt en andere parameters van de weerstandsindicatoren.
Voordelen van weerstanden
1.Huidige beperking
Weerstanden in het circuit spelen voornamelijk een rol bij het beperken van de stroom, om de andere componenten in het circuit te beschermen tegen schade door overmatige stroom.
2. Spanning en stroomdeling
Weerstanden kunnen worden gebruikt om spanning en stroom te verdelen om de spanning en stroom in het circuit te stabiliseren en de normale werking van het circuit te garanderen.
3.Energieomzetting
Weerstanden zetten elektrische energie om in thermische energie en zijn onmisbare energieverbruikende componenten in elektronische schakelingen. Door deze energieomzettingsfunctie worden weerstanden veel gebruikt in veel schakelingen.
4.Ontwerpflexibiliteit
Weerstanden zijn verkrijgbaar in een groot aantal soorten en maten, waaronder vaste weerstanden en variabele weerstanden (zoals potentiometers), wat een schat aan opties en flexibiliteit biedt bij het ontwerpen van schakelingen.
5. Kosteneffectiviteit
Het productieproces van weerstanden is volwassen en relatief goedkoop, waardoor ze geschikt zijn voor massaproductie en -toepassing.
Functies van gewone weerstanden
1,0Ω Weerstanden (Nul Ohm Weerstanden)
Gebruikt als circuitjumper in PCB-ontwerp om late debugging en circuitwijzigingen te vergemakkelijken. Meer geschikt voor geautomatiseerde SMD-productie dan traditionele verbindingsdraden om de productie-efficiëntie te verbeteren. Voornamelijk gebruikt in: circuitmodule-isolatie, testpuntverbinding, compatibel ontwerp en andere scenario's.
2. Huidige beperkende weerstanden
Stabiliseert de werkstroom en beschermt gevoelige componenten zoals LED's en vacuümbuizen tegen stroomschommelingen. Nauwkeurige selectie van de weerstandswaarde en juiste vermogensspecificatie zijn essentieel. Voornamelijk gebruikt in: LED driver circuit, buizenversterker, enz.
3.Pull-up/Pull-down weerstanden
Zorgt voor een gedefinieerd logisch niveau voor digitale schakelingen en voorkomt storingen die worden veroorzaakt door MCU-spelden die bungelen. Bij de selectie van de weerstandswaarde moeten stroomverbruik en reactiesnelheid in balans zijn (meestal 4,7kΩ-10kΩ). Voornamelijk gebruikt in: I2C-bus, belangrijk ingangscircuit, digitale interface.
4. Shuntweerstanden (stroomdetectieweerstanden)
Nauwkeurige stroomdetectie wordt gerealiseerd door het meten van een kleine spanningsval (mV-niveau). Lage weerstandswaarde, hoge precisie, uitstekende temperatuurstabiliteit. Voornaamste toepassingen: energiebeheersystemen, batterijbewaking, motorbesturing, enz.
5.Thermistors
NTC-type: weerstandswaarde neemt af bij stijgende temperatuur, veel gebruikt bij temperatuurmeting en -compensatie.
PTC-type: de weerstandswaarde neemt dramatisch toe met de temperatuur, vaak gebruikt in overstroombeveiliging en zelfherstelverzekering.
Toepassingsverschil: NTC wordt gebruikt voor temperatuurmeting, PTC wordt gebruikt voor circuitbeveiliging.
6.Licht afhankelijke weerstand (LDR)
De weerstandswaarde verandert met de lichtintensiteit (hoe sterker het licht, hoe lager de weerstandswaarde). Lage kosten, eenvoudig te gebruiken, geen extra drijfcircuit nodig. Hoofdzakelijk gebruikt in: automatisch verlichtingssysteem, lichtintensiteitsdetectie, beveiligingsapparatuur.
7.Hoog vermogen variabele weerstanden
Pas de parameters van het sterkstroomcircuit aan, zoals motorsnelheid, uitgangsspanning van de voeding, enz. Gemaakt van draadgewonden of keramisch materiaal, met uitstekende prestaties op het gebied van warmteafvoer. Voornamelijk gebruikt in: industrieel besturingssysteem, regeling van hoge voedingen, enz.
Weerstandssymbolen & -formules
Weerstandssymbolen
1. Standaard vaste weerstand (IEC & ANSI)
IEC: ━━━━━━━━━━
ANSI: ~/~ ~
2.Variabele weerstand/potentiometer
IEC: ━━━━━━━━━━
╲
ANSI: ~/~ ╱~
3. Thermistor (temperatuurgevoelig)
━━━━━━━⊓⊔━━━━━━ (IEC)
4. Varistor (spanningsafhankelijk)
━━━━━━━⋂⋃━━━━━━ (IEC)
Sleutelformules
1.Wet van Ohm’ (DC-circuits)
Waar:
V = spanning (V)
I = stroom (A)
R = weerstand (Ω)
2. Vermogensverlies
P = vermogen (W)
3.Serie Weerstand
4.Parallelle weerstand
Voor twee weerstanden
Afhankelijkheid van temperatuur
α = Temp. coëfficiënt (1/°C)
RT= Weerstand bij temp. T
Kleurencodetabel (4-bands voorbeeld):
| Band | Kleur | Cijfer | Vermenigvuldiger | Tolerantie |
|---|
| 1e | Bruin | 1 | ×10¹ | ±1% |
| 2e | Zwart | 0 | | |
| 3e | Rood | | ×10² | |
| 4e | Goud | | | ±5% |
|
| VoorbeeldBruin-Zwart-Rood-Goud = 10 × 10² Ω ±5% = 1 kΩ ±5% |
Relatie tussen verschillende weerstanden
1.Complementaire functies
Bij het ontwerpen van schakelingen werken verschillende soorten weerstanden samen om een completere functie te verkrijgen:
Stichting en aanpassing wedstrijd
Vaste weerstanden zorgen voor de basisstabiliteit van het circuit, variabele weerstanden zorgen voor de dynamische aanpassing van parameters en speciale weerstanden geven het vermogen om de omgeving waar te nemen, bijvoorbeeld vaste weerstanden stellen de referentie in, potentiometers stellen de parameters nauwkeurig af.
Digitaal en analoog
Pull-up / pull-down weerstanden om de betrouwbaarheid van digitale signalen te garanderen, shuntweerstanden om een nauwkeurige meting van analoge stroom te bereiken. Bijvoorbeeld: MCU-systemen gebruiken zowel pull-upweerstanden als stroomdetectieweerstanden.
2.Vervangbaarheid
Procesvervanging
0Ω weerstanden en jumper draden, dezelfde functie, maar 0Ω weerstanden zijn meer geschikt voor geautomatiseerde productie. Plug-in en chip, volgens het productieproces om het juiste pakket te kiezen.
Prestatievervanging
Metaalfilm kan koolstoffilm vervangen om de precisie te verbeteren maar de kosten te verhogen, draadgewonden weerstanden om gewone weerstanden te vervangen om aan de vraag naar hoog vermogen te voldoen, vervanging moet de kosten, precisie, vermogen en andere parameters beoordelen.
3.Gecombineerd gebruik
Combinatie van detectie en detectie
Thermistor + vaste weerstand die een spanningsdelercircuit vormt = temperatuurdetectie.
Fotoresistor + instelbare weerstand = adaptieve helderheidsregeling.
Combinatie van precisiemetingen
Shuntweerstand + op-amp = zeer nauwkeurige stroomdetectie
Precisieweerstand + potentiometer = instelbare referentiespanningsbron
Combinatie beveiligingscircuit
PTC-weerstand + vaste weerstand = overstroombeveiliging
Varistor + ontlaadweerstand = overspanningsbeveiliging
Deze combinaties weerspiegelen het synergetische effect van weerstanden in het circuit. In het daadwerkelijke ontwerp moeten ingenieurs uitgaan van specifieke behoeften, kosten en prestaties in evenwicht brengen, statische parameters en dynamische aanpassing coördineren, rekening houdend met de basisfuncties en speciale behoeften.
Weerstanden in PCB
1. Huidige begrenzing
Weerstanden kunnen de stroom van precisie-LED's, geïntegreerde schakelingen en andere componenten effectief beperken, zodat deze componenten niet beschadigd raken door een te hoge stroom.
2. Functie spanningsdeler
Door weerstanden in serie te schakelen kan een spanningsdeler worden gevormd, waardoor de voeding een lagere spanning kan uitzenden om aan de behoeften van het circuit te voldoen.
3.Logische spanningsstabilisatie
In digitale logische schakelingen worden weerstanden vaak gebruikt in combinatie met pull-up/pull-down weerstanden om ervoor te zorgen dat de schakeling een bekend logisch spanningsniveau behoudt wanneer de ingangen niet worden aangestuurd.
4. Biasvoorziening
Weerstanden voorzien transistorversterkers en andere analoge schakelingen van de juiste DC-biaspanning of -stroom om een goede werking van het circuit te garanderen.
5. Feedbackregeling
In analoge schakelingen zoals operationele versterkers, ADC's, DAC's, enz. zorgen weerstanden voor een nauwkeurige regeling van de versterking en respons via een terugkoppelingsmechanisme.
6.Pulsvorming
Weerstanden gecombineerd met condensatoren kunnen RC-timingcircuits vormen voor het genereren en vormgeven van pulsen.
7.ESD-bescherming
Weerstanden zijn effectief in het voorkomen van schade aan circuits veroorzaakt door elektrostatische ontladingen en beschermen elektronische apparatuur tegen schade.
8.Verwarming
Draadgewonden vermogensweerstanden kunnen elektrische energie efficiënt omzetten in warmte en worden vaak gebruikt in verwarmingstoepassingen.
Toepassingsgebieden
1.Kerncomponenten voor consumentenelektronica, energiebeheer.
2. Automobielelektronica, hoge betrouwbaarheidseisen.
3. communicatieapparatuur, signaalconditionering belangrijke componenten. 4. industriële besturing, sensor signaal conditioning, circuit bescherming kernapparaten, stroomverdeling belangrijke componenten.
4. Industriële besturing, conditionering van sensorsignalen, kernapparaten voor circuitbeveiliging, belangrijke componenten voor stroomverdeling.
5.High-end toepassingen
Medische apparatuur, precisiestroomregeling.
Ruimtevaart, extreme omgevingstolerantie.
Militaire apparatuur, bescherming tegen EMI-onderdrukking.
Er zijn vele soorten weerstanden, elk geschikt voor een specifieke toepassing. Inzicht in hun eigenschappen en functies helpt om het ontwerp van schakelingen te optimaliseren en zo de betrouwbaarheid en prestaties te verbeteren. In de praktijk moeten weerstanden geselecteerd worden op basis van de circuitvereisten, rekening houdend met kosten, nauwkeurigheid en vermogen.