Hogyan működnek az ellenállások és alkalmazásuk áramkörökben

Az ellenállás egy általános elektronikus alkatrész, amely korlátozza az áram méretét és irányát. Az ellenállások úgy működnek, hogy kihasználják az anyag ellenállási tulajdonságait, ami az, hogy mennyire jól blokkolja az elektromos áram áramlását. Az ellenállás egysége ohm (Ω), és az ellenállás mérete az anyag típusától, alakjától és hőmérsékletétől függ. Az ellenállás ellenállási értékét általában színes vonalkód vagy szám azonosítja, és a különböző színek különböző értékeket képviselnek.

Az ellenállásokat széles körben használják az áramkörökben. Olyan funkciókat valósíthatnak meg, mint az áramszabályozás, a feszültségmegosztás, a szűrés, a torzítás és az illesztés. Az áramszabályozás az ellenállás legalapvetőbb funkciója. Beállíthatja az áram méretét Ohm törvénye szerint (V = IR), ahol V a feszültség, I az áram és R az ellenállás. Például, ha van egy 5 V-os tápegység és egy 100 dolláros ellenállás egy áramkörben, akkor az ellenálláson áthaladó áram 5V / 100Ω = 0,05A vagy 50mA. Ha az ellenállást 0Ω$-ra cseréljük, akkor az áram 5V/200Ω=0,025A lesz, ami 25mA. Ily módon az áram nagysága szabályozható az ellenállás ellenállási értékének megváltoztatásával.

Az ellenállások az áramkör más alkatrészeinek védelmére is használhatók. Például, ha van egy 5V-os tápegység és egy 1Ω-os ellenállás egy áramkörben, akkor az ellenálláson áthaladó áram 5V / 1Ω = 5A, ami túl nagy lehet. , ami az áramkör túlmelegedését vagy károsodását okozza. Ennek elkerülése érdekében hozzáadhat egy megfelelő ellenállást az áramkörhöz, például $ 100Ω$, majd az áram 5V / 100Ω = 0.05A-ra csökken, ami 50mA, ezáltal védve az áramkör biztonságát.

Az ellenállások a feszültség megosztására is használhatók, azaz egy feszültséget két vagy több különböző feszültségre osztanak. Ez kihasználja az ellenállás feszültségmegosztási törvényét, ami azt jelenti, hogy ha egy áramkörben két vagy több ellenállás van sorban, akkor az áramellátás feszültsége az ellenállás arányában oszlik meg az egyes ellenállásokra. Például, ha egy áramkör 10 V-os tápegységgel és két ellenállással rendelkezik, egy 100 Ω-os és egy 200 Ω-os, akkor a 100Ω-os ellenálláson keresztüli feszültség 10 V imes 100Ω / (100Ω + 200Ω) = 3,33 V, a 200Ω ellenállás feszültsége 10 V imes 200Ω / (100Ω + 200Ω) = 6,67 V. Ily módon két különböző feszültséget kaphat különböző célokra.

Az ellenállások szűrésre is használhatók, ami a zaj vagy zavaró jelek eltávolítására szolgál az áramkörből. Ez ellenállások és kondenzátorok vagy induktorok kombinációját használja alacsony áteresztő, felüláteresztő, sáváteresztő vagy sáv-selejtező szűrő kialakításához. Az aluláteresztő szűrő csak az alacsony frekvenciájú jeleket engedi át, a felüláteresztő szűrő csak a nagyfrekvenciás jeleket engedi át, a sáváteresztő szűrő csak a frekvenciajelek bizonyos tartományát engedi át, a sávzáró szűrő pedig csak bizonyos frekvenciatartományt blokkol. frekvenciajel halad át. Például, ha egy áramkörnek párhuzamosan van egy 100Ω-os ellenállása és egy 1μF-os kondenzátora, akkor az áramkör aluláteresztő szűrő, és levágási frekvenciája 1/(2pi RC) = 1,59 kHz, azaz csak az alatta lévő frekvenciák Csak az 1,59 kHz-es jelek haladhatnak át, és az 1,59 kHz feletti jelek kiszűrésre kerülnek.

Az ellenállások torzításra is használhatók, vagyis stabil üzemi feszültség vagy áram biztosítására az áramkör bizonyos alkatrészei számára. Ez az ellenállás feszültségosztó funkcióját használja, hogy megfelelő előfeszítő feszültséget vagy áramot biztosítson a tranzisztorok, diódák, műveleti erősítők és az áramkör egyéb alkatrészei számára, hogy normál üzemi állapotban tartsák őket. Például, ha van egy 10 V-os tápegység és egy 100 Ω-os ellenállás egy áramkörben, akkor az ellenálláson 10 V feszültség lesz. Ha a tranzisztor alapja az ellenállás egyik végéhez van csatlakoztatva, akkor a tranzisztor alapja A feszültség 10V, amely bekapcsolja a tranzisztort.

Az ellenállások is használhatók illesztésre, azaz az áramkör különböző részeinek ellenállásai egyenlőek vagy hasonlóak az áramkör hatékonyságának és stabilitásának növelése érdekében. Ez kihasználja az ellenállás impedancia jellemzőit, vagyis azt, hogy az ellenállás mennyire blokkolja az AC jeleket. Az impedanciát ohmban (Ω) is mérik, és nagysága a jel frekvenciájától és az ellenállás induktivitásától vagy kapacitásától függ. Az ellenállás impedanciája kiszámítható Ohm törvényével (V = IZ), ahol V feszültség, I áram és Z impedancia. Például, ha egy áramkörnek 10V AC forrása és 100Ω ellenállása van, az ellenálláson áthaladó áram 10V / 100Ω = 0.1A, függetlenül a forrás frekvenciájától. Ha 100Ω-os terhelést csatlakoztat az ellenállás egyik végéhez, akkor az áramkör illeszkedik, és a tápegység teljesítménye teljes mértékben átvihető a terhelésre. Ha a terhelés impedanciája nem 100Ω, akkor az áramkör nem megfelelő, és a tápegység teljesítményének egy része visszaverődik, áramköri veszteséget és interferenciát okozva.

Összefoglalva, az ellenállás működési elve az anyag ellenállási jellemzőinek felhasználása az áram korlátozására és elosztására. Az ellenállásokat széles körben használják az áramkörökben. Megvalósíthatják az áramszabályozást, a feszültségmegosztást, a szűrést, az előfeszítést, az illesztést és egyéb funkciókat, amelyek megkönnyítik az áramkörök tervezését és optimalizálását. Az ellenállások működésének és az áramkörök alapjainak megértése segíthet jobban megérteni és használni az elektronikus eszközöket.