Πώς λειτουργούν οι αντιστάσεις και οι εφαρμογές τους στα κυκλώματα

Μια αντίσταση είναι ένα κοινό ηλεκτρονικό εξάρτημα που περιορίζει το μέγεθος και την κατεύθυνση του ρεύματος. Οι αντιστάσεις λειτουργούν εκμεταλλευόμενοι τις ιδιότητες αντίστασης ενός υλικού, οι οποίες είναι πόσο καλά εμποδίζουν τη ροή του ηλεκτρισμού. Η μονάδα αντίστασης είναι ohms (Ω) και το μέγεθος της αντίστασης εξαρτάται από τον τύπο, το σχήμα και τη θερμοκρασία του υλικού. Η τιμή αντίστασης μιας αντίστασης αναγνωρίζεται συνήθως από έναν γραμμωτό κώδικα ή αριθμό χρώματος και διαφορετικά χρώματα αντιπροσωπεύουν διαφορετικές τιμές.

Οι αντιστάσεις χρησιμοποιούνται ευρέως σε κυκλώματα. Μπορούν να πραγματοποιήσουν λειτουργίες όπως ο έλεγχος ρεύματος, η διαίρεση τάσης, το φιλτράρισμα, η μεροληψία και η αντιστοίχιση. Ο έλεγχος ρεύματος είναι η πιο βασική λειτουργία μιας αντίστασης. Μπορεί να ρυθμίσει το μέγεθος του ρεύματος σύμφωνα με το νόμο του Ohm (V = IR), όπου V είναι η τάση, I είναι το ρεύμα και R είναι η αντίσταση. Για παράδειγμα, εάν υπάρχει τροφοδοτικό 5V και αντίσταση 0Ω σε ένα κύκλωμα, το ρεύμα μέσω της αντίστασης είναι 5V / 100Ω = 0.05A ή 50mA. Εάν η αντίσταση αντικατασταθεί με 0Ω$, τότε το ρεύμα γίνεται 5V/200Ω=0.025A, που είναι 25mA. Με αυτόν τον τρόπο, το μέγεθος του ρεύματος μπορεί να ελεγχθεί αλλάζοντας την τιμή αντίστασης της αντίστασης.

Οι αντιστάσεις μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την προστασία άλλων εξαρτημάτων στο κύκλωμα. Για παράδειγμα, εάν υπάρχει τροφοδοτικό 5V και αντίσταση 1Ω σε ένα κύκλωμα, τότε το ρεύμα μέσω της αντίστασης είναι 5V / 1Ω = 5A, το οποίο μπορεί να είναι πολύ μεγάλο. , προκαλώντας υπερθέρμανση ή ζημιά στο κύκλωμα. Για να αποφύγετε αυτή την κατάσταση, μπορείτε να προσθέσετε μια κατάλληλη αντίσταση στο κύκλωμα, όπως 0Ω$, τότε το ρεύμα θα μειωθεί σε 5V/100Ω=0.05A, που είναι 50mA, προστατεύοντας έτσι την ασφάλεια του κυκλώματος.

Οι αντιστάσεις μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για τη διαίρεση της τάσης, δηλαδή να χωρίσουν μια τάση σε δύο ή περισσότερες διαφορετικές τάσεις. Αυτό εκμεταλλεύεται τον νόμο διαίρεσης τάσης της αντίστασης, πράγμα που σημαίνει ότι εάν υπάρχουν δύο ή περισσότερες αντιστάσεις σε σειρά σε ένα κύκλωμα, η τάση από την τροφοδοσία θα διανεμηθεί σε κάθε αντίσταση ανάλογα με την αντίσταση. Για παράδειγμα, εάν ένα κύκλωμα έχει τροφοδοτικό 10V και δύο αντιστάσεις, μία 100Ω και μία 200Ω, τότε η τάση κατά μήκος της αντίστασης 100Ω είναι 10V imes 100Ω/(100Ω+200Ω)=3.33V , η τάση στην αντίσταση 200Ω είναι 10V imes 200Ω/(100Ω+200Ω)=6.67V. Με αυτόν τον τρόπο, μπορείτε να λάβετε δύο διαφορετικές τάσεις για διαφορετικούς σκοπούς.

Οι αντιστάσεις μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για φιλτράρισμα, το οποίο είναι η αφαίρεση θορύβου ή παρεμβολών σημάτων από ένα κύκλωμα. Αυτό χρησιμοποιεί ένα συνδυασμό αντιστάσεων και πυκνωτών ή επαγωγέων για να σχηματίσει ένα φίλτρο χαμηλής διέλευσης, υψηλής διέλευσης, διέλευσης ζώνης ή απόρριψης ζώνης. Ένα φίλτρο χαμηλής διέλευσης επιτρέπει μόνο τη διέλευση σημάτων χαμηλής συχνότητας, ένα φίλτρο υψηλής διέλευσης επιτρέπει μόνο τη διέλευση σημάτων υψηλής συχνότητας, ένα φίλτρο διέλευσης ζώνης επιτρέπει μόνο τη διέλευση ενός συγκεκριμένου εύρους σημάτων συχνότητας και ένα φίλτρο διακοπής ζώνης αποκλείει μόνο ένα συγκεκριμένο εύρος συχνοτήτων. Το σήμα συχνότητας περνάει. Για παράδειγμα, εάν ένα κύκλωμα έχει μια αντίσταση 100Ω και έναν πυκνωτή 1μF παράλληλα, τότε το κύκλωμα είναι ένα φίλτρο χαμηλής διέλευσης και η συχνότητα αποκοπής του είναι 1/(2pi RC) = 1.59kHz, δηλαδή μόνο συχνότητες κάτω από Μόνο σήματα στα 1.59kHz μπορούν να περάσουν και τα σήματα πάνω από 1.59kHz θα φιλτραριστούν.

Οι αντιστάσεις μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για μεροληψία, δηλαδή για την παροχή σταθερής τάσης λειτουργίας ή ρεύματος για ορισμένα εξαρτήματα σε ένα κύκλωμα. Αυτό χρησιμοποιεί τη λειτουργία διαίρεσης τάσης της αντίστασης για να παρέχει κατάλληλη τάση ή ρεύμα μεροληψίας για τα τρανζίστορ, τις διόδους, τους ενισχυτές και άλλα εξαρτήματα στο κύκλωμα για να τα διατηρεί σε κανονική κατάσταση λειτουργίας. Για παράδειγμα, εάν υπάρχει τροφοδοτικό 10V και αντίσταση 100Ω σε ένα κύκλωμα, τότε θα υπάρχει τάση 10V κατά μήκος της αντίστασης. Εάν η βάση ενός τρανζίστορ είναι συνδεδεμένη στο ένα άκρο της αντίστασης, τότε η βάση του τρανζίστορ θα Η τάση είναι 10V, η οποία ενεργοποιεί το τρανζίστορ.

Οι αντιστάσεις μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για να ταιριάξουν, δηλαδή οι αντιστάσεις διαφορετικών τμημάτων ενός κυκλώματος είναι ίσες ή παρόμοιες για να αυξήσουν την απόδοση και τη σταθερότητα του κυκλώματος. Αυτό εκμεταλλεύεται τα χαρακτηριστικά σύνθετης αντίστασης της αντίστασης, δηλαδή πόσο η αντίσταση εμποδίζει τα σήματα AC. Η σύνθετη αντίσταση μετράται επίσης σε ohms (Ω) και το μέγεθός της εξαρτάται από τη συχνότητα του σήματος και την επαγωγή ή χωρητικότητα της αντίστασης. Η σύνθετη αντίσταση μιας αντίστασης μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας το νόμο του Ohm (V = IZ), όπου V είναι τάση, I είναι ρεύμα και Z είναι σύνθετη αντίσταση. Για παράδειγμα, εάν ένα κύκλωμα έχει πηγή AC 10V και αντίσταση 100Ω, το ρεύμα μέσω της αντίστασης είναι 10V / 100Ω = 0.1A, ανεξάρτητα από τη συχνότητα της πηγής. Εάν συνδέσετε φορτίο 100Ω στο ένα άκρο της αντίστασης, τότε το κύκλωμα ταιριάζει και η ισχύς από το τροφοδοτικό μπορεί να μεταφερθεί πλήρως στο φορτίο. Εάν η σύνθετη αντίσταση του φορτίου δεν είναι 100Ω, τότε το κύκλωμα δεν ταιριάζει και μέρος της ισχύος από το τροφοδοτικό θα αντανακλάται πίσω, προκαλώντας απώλεια κυκλώματος και παρεμβολές.

Συνοψίζοντας, η αρχή λειτουργίας μιας αντίστασης είναι να χρησιμοποιεί τα χαρακτηριστικά αντίστασης του υλικού για να περιορίσει και να διανείμει το ρεύμα. Οι αντιστάσεις χρησιμοποιούνται ευρέως σε κυκλώματα. Μπορούν να πραγματοποιήσουν έλεγχο ρεύματος, διαίρεση τάσης, φιλτράρισμα, μεροληψία, αντιστοίχιση και άλλες λειτουργίες, οι οποίες διευκολύνουν το σχεδιασμό και τη βελτιστοποίηση των κυκλωμάτων. Η κατανόηση του τρόπου λειτουργίας των αντιστάσεων και των βασικών στοιχείων των κυκλωμάτων μπορεί να μας βοηθήσει να κατανοήσουμε καλύτερα και να χρησιμοποιήσουμε ηλεκτρονικές συσκευές.