Funktionsweise von Widerständen und ihre Anwendungen in Schaltkreisen

Ein Widerstand ist ein gängiges elektronisches Bauteil, das die Größe und Richtung des Stroms begrenzt. Widerstände funktionieren, indem sie die resistiven Eigenschaften eines Materials ausnutzen, d. h. wie gut es den Stromfluss blockiert. Die Einheit des Widerstands ist Ohm (Ω), und die Größe des Widerstands hängt von der Art, Form und Temperatur des Materials ab. Der Widerstandswert eines Widerstands wird in der Regel durch einen farbigen Barcode oder eine Zahl gekennzeichnet, und verschiedene Farben stehen für unterschiedliche Werte.

Widerstände werden häufig in Schaltkreisen verwendet. Sie können Funktionen wie Stromregelung, Spannungsteilung, Filterung, Vorspannung und Anpassung realisieren. Die Stromregelung ist die grundlegendste Funktion eines Widerstands. Es kann die Größe des Stroms nach dem Ohmschen Gesetz (V = IR) einstellen, wobei V die Spannung, I der Strom und R der Widerstand ist. Wenn sich beispielsweise ein 5-V-Netzteil und ein Widerstand von 100 Ω in einer Schaltung befinden, beträgt der Strom durch den Widerstand 5 V/100 Ω = 0,05 A oder 50 mA. Wenn der Widerstand durch 0Ω$ ersetzt wird, beträgt der Strom 5V/200Ω=0,025A, was 25mA entspricht. Auf diese Weise kann die Größe des Stroms durch Ändern des Widerstandswerts des Widerstands gesteuert werden.

Widerstände können auch zum Schutz anderer Komponenten in der Schaltung verwendet werden. Wenn sich beispielsweise ein 5-V-Netzteil und ein 1-Ω-Widerstand in einer Schaltung befinden, beträgt der Strom durch den Widerstand 5 V/1 Ω = 5 A, was möglicherweise zu groß ist. wodurch der Stromkreis überhitzt oder beschädigt wird. Um diese Situation zu vermeiden, können Sie der Schaltung einen geeigneten Widerstand hinzufügen, z. B. 100 Ω$, dann wird der Strom auf 5 V/100 Ω = 0,05 A reduziert, was 50 mA entspricht, wodurch die Sicherheit der Schaltung geschützt wird.

Widerstände können auch zur Spannungsteilung verwendet werden, d.h. eine Spannung in zwei oder mehr verschiedene Spannungen aufteilen. Dabei wird das Spannungsteilungsgesetz des Widerstands ausgenutzt, was bedeutet, dass, wenn zwei oder mehr Widerstände in einer Schaltung in Reihe geschaltet sind, die Spannung vom Netzteil proportional zum Widerstand auf jeden Widerstand verteilt wird. Wenn eine Schaltung beispielsweise über ein 10-V-Netzteil und zwei Widerstände verfügt, einen 100-Ω- und einen 200-Ω-Widerstand, beträgt die Spannung am 100-Ω-Widerstand 10 V bis 100 Ω/(100 Ω + 200 Ω) = 3,33 V, die Spannung am 200-Ω-Widerstand beträgt 10 V bis 200 Ω / (100 Ω + 200 Ω) = 6,67 V. Auf diese Weise können Sie zwei verschiedene Spannungen für unterschiedliche Zwecke erhalten.

Widerstände können auch zur Filterung verwendet werden, d. h. um Rauschen oder Störsignale aus einer Schaltung zu entfernen. Dabei wird eine Kombination aus Widerständen und Kondensatoren oder Induktivitäten verwendet, um einen Tiefpass-, Hochpass-, Bandpass- oder Bandunterdrückungsfilter zu bilden. Ein Tiefpassfilter lässt nur niederfrequente Signale durch, ein Hochpassfilter lässt nur hochfrequente Signale durch, ein Bandpassfilter lässt nur einen bestimmten Bereich von Frequenzsignalen durch und ein Bandsperrfilter blockiert nur einen bestimmten Frequenzbereich. Frequenzsignal durchläuft. Wenn eine Schaltung beispielsweise einen 100-Ω-Widerstand und einen 1-μF-Kondensator parallel hat, handelt es sich bei der Schaltung um einen Tiefpassfilter, dessen Grenzfrequenz 1/(2pi RC)=1,59 kHz beträgt, d. h. nur Frequenzen unterhalb von Nur Signale bei 1,59 kHz können durchgelassen werden, und Signale über 1,59 kHz werden herausgefiltert.

Widerstände können auch zur Vorspannung verwendet werden, d. h. um eine stabile Betriebsspannung oder einen stabilen Betriebsstrom für bestimmte Komponenten in einer Schaltung bereitzustellen. Dabei wird die Spannungsteilungsfunktion des Widerstands genutzt, um eine geeignete Vorspannung oder einen geeigneten Vorspannungsstrom für die Transistoren, Dioden, Operationsverstärker und andere Komponenten in der Schaltung bereitzustellen, um sie in einem normalen Betriebszustand zu halten. Wenn sich beispielsweise ein 10-V-Netzteil und ein 100-Ω-Widerstand in einer Schaltung befinden, liegt eine Spannung von 10 V über dem Widerstand an. Wenn die Basis eines Transistors mit einem Ende des Widerstands verbunden ist, wird die Basis des Transistors Die Spannung beträgt 10 V, wodurch der Transistor eingeschaltet wird.

Widerstände können auch zur Anpassung verwendet werden, d.h. die Widerstände verschiedener Teile einer Schaltung sind gleich oder ähnlich, um den Wirkungsgrad und die Stabilität der Schaltung zu erhöhen. Dabei werden die Impedanzeigenschaften des Widerstands ausgenutzt, d. h. wie stark der Widerstand Wechselstromsignale blockiert. Die Impedanz wird ebenfalls in Ohm (Ω) gemessen, und ihre Größe hängt von der Frequenz des Signals und der Induktivität oder Kapazität des Widerstands ab. Die Impedanz eines Widerstands kann mit dem Ohmschen Gesetz (V = IZ) berechnet werden, wobei V die Spannung, I der Strom und Z die Impedanz ist. Wenn eine Schaltung beispielsweise über eine 10-V-Wechselstromquelle und einen 100-Ω-Widerstand verfügt, beträgt der Strom durch den Widerstand 10 V/100 Ω = 0,1 A, unabhängig von der Frequenz der Quelle. Wenn Sie eine 100-Ω-Last an ein Ende des Widerstands anschließen, wird die Schaltung angepasst und die Leistung vom Netzteil kann vollständig auf die Last übertragen werden. Wenn die Impedanz der Last nicht 100 Ω beträgt, ist die Schaltung nicht angepasst und ein Teil der Leistung vom Netzteil wird zurückreflektiert, was zu Schaltungsverlusten und Interferenzen führt.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Funktionsprinzip eines Widerstands darin besteht, die Widerstandseigenschaften des Materials zu nutzen, um den Strom zu begrenzen und zu verteilen. Widerstände werden häufig in Schaltkreisen verwendet. Sie können Stromregelung, Spannungsteilung, Filterung, Vorspannung, Anpassung und andere Funktionen realisieren, die das Design und die Optimierung von Schaltungen erleichtern. Das Verständnis der Funktionsweise von Widerständen und der Grundlagen von Schaltkreisen kann uns helfen, elektronische Geräte besser zu verstehen und zu nutzen.