Hoe weerstanden werken en hun toepassingen in circuits

Een weerstand is een veelgebruikt elektronisch onderdeel dat de grootte en richting van de stroom beperkt. Weerstanden werken door gebruik te maken van de resistieve eigenschappen van een materiaal, namelijk hoe goed het de stroom van elektriciteit blokkeert. De eenheid van weerstand is ohm (Ω) en de grootte van de weerstand is afhankelijk van het type, de vorm en de temperatuur van het materiaal. De weerstandswaarde van een weerstand wordt meestal geïdentificeerd door een kleurenstreepjescode of nummer, en verschillende kleuren vertegenwoordigen verschillende waarden.

Weerstanden worden veel gebruikt in circuits. Ze kunnen functies realiseren zoals stroomregeling, spanningsdeling, filtering, biasing en matching. Stroomregeling is de meest basale functie van een weerstand. Het kan de grootte van de stroom aanpassen volgens de wet van Ohm (V = IR), waarbij V de spanning is, I de stroom en R de weerstand. Als er bijvoorbeeld een voeding van 5 V en een weerstand van $ 100 Ω in een circuit is, is de stroom door de weerstand 5 V / 100 Ω = 0.05 A of 50 mA. Als de weerstand wordt vervangen door 0Ω$, dan wordt de stroom 5V/200Ω=0,025A, wat 25mA is. Op deze manier kan de grootte van de stroom worden geregeld door de weerstandswaarde van de weerstand te wijzigen.

Weerstanden kunnen ook worden gebruikt om andere componenten in het circuit te beschermen. Als er bijvoorbeeld een voeding van 5 V en een weerstand van 1 Ω in een circuit zit, dan is de stroom door de weerstand 5 V / 1 Ω = 5 A, wat te groot kan zijn. , waardoor het circuit oververhit raakt of beschadigd raakt. Om deze situatie te voorkomen, kunt u een geschikte weerstand aan het circuit toevoegen, zoals $ 100Ω$, waarna de stroom wordt verlaagd tot 5V/100Ω=0.05A, wat 50mA is, waardoor de veiligheid van het circuit wordt beschermd.

Weerstanden kunnen ook worden gebruikt om spanning te verdelen, d.w.z. een spanning te splitsen in twee of meer verschillende spanningen. Dit maakt gebruik van de wet van de spanningsdeling van de weerstand, wat betekent dat als er twee of meer weerstanden in serie in een circuit zijn, de spanning van de voeding in verhouding tot de weerstand over elke weerstand wordt verdeeld. Als een circuit bijvoorbeeld een voeding van 10 V heeft en twee weerstanden, een van 100 Ω en een van 200 Ω, dan is de spanning over de weerstand van 100 Ω 10 V imes 100 Ω / (100 Ω + 200 Ω) = 3.33 V, de spanning op de weerstand van 200 Ω is 10 V imes 200Ω / (100 Ω + 200 Ω) = 6.67 V. Op deze manier kunt u twee verschillende spanningen krijgen voor verschillende doeleinden.

Weerstanden kunnen ook worden gebruikt voor filtering, dat wil zeggen om ruis of storende signalen uit een circuit te verwijderen. Dit maakt gebruik van een combinatie van weerstanden en condensatoren of spoelen om een laagdoorlaat-, hoogdoorlaat-, banddoorlaat- of bandafkeurfilter te vormen. Een laagdoorlaatfilter laat alleen laagfrequente signalen door, een hoogdoorlaatfilter laat alleen hoogfrequente signalen door, een banddoorlaatfilter laat alleen een bepaald bereik van frequentiesignalen door en een bandstopfilter blokkeert alleen een bepaald frequentiebereik. frequentiesignaal passeert. Als een circuit bijvoorbeeld een weerstand van 100 Ω en een condensator van 1 μF parallel heeft, dan is het circuit een laagdoorlaatfilter en is de afsnijfrequentie 1/(2pi RC) = 1.59 kHz, dat wil zeggen dat alleen frequenties onder Alleen signalen op 1.59 kHz kunnen doorkomen en signalen boven 1.59 kHz worden uitgefilterd.

Weerstanden kunnen ook worden gebruikt om te biasen, dat wil zeggen om een stabiele bedrijfsspanning of stroom te leveren voor bepaalde componenten in een circuit. Dit maakt gebruik van de spanningsdelende functie van de weerstand om een geschikte biasspanning of stroom te leveren voor de transistors, diodes, opamps en andere componenten in het circuit om ze in normale staat te houden. Als er bijvoorbeeld een voeding van 10 V en een weerstand van 100 Ω in een circuit zit, dan zal er een spanning van 10 V over de weerstand lopen. Als de basis van een transistor is aangesloten op het ene uiteinde van de weerstand, dan zal de basis van de transistor De spanning is 10V, waardoor de transistor wordt ingeschakeld.

Weerstanden kunnen ook worden gebruikt om overeen te komen, d.w.z. dat de weerstanden van verschillende delen van een circuit gelijk of vergelijkbaar zijn om de efficiëntie en stabiliteit van het circuit te vergroten. Dit maakt gebruik van de impedantie-eigenschappen van de weerstand, dat wil zeggen hoeveel de weerstand AC-signalen blokkeert. De impedantie wordt ook gemeten in ohm (Ω) en de grootte ervan hangt af van de frequentie van het signaal en de inductantie of capaciteit van de weerstand. De impedantie van een weerstand kan worden berekend met behulp van de wet van Ohm (V = IZ), waarbij V spanning is, I stroom en Z impedantie. Als een circuit bijvoorbeeld een 10V AC-bron en een weerstand van 100Ω heeft, is de stroom door de weerstand 10V/100Ω = 0,1A, ongeacht de frequentie van de bron. Als u een belasting van 100Ω aansluit op het ene uiteinde van de weerstand, wordt het circuit op elkaar afgestemd en kan de stroom van de voeding volledig worden overgedragen aan de belasting. Als de impedantie van de belasting niet 100 Ω is, is het circuit niet afgestemd en wordt een deel van het vermogen van de voeding teruggekaatst, wat circuitverlies en interferentie veroorzaakt.

Samenvattend is het werkingsprincipe van een weerstand om de weerstandseigenschappen van het materiaal te gebruiken om de stroom te beperken en te verdelen. Weerstanden worden veel gebruikt in circuits. Ze kunnen stroomregeling, spanningsdeling, filtering, biasing, matching en andere functies realiseren, die het ontwerp en de optimalisatie van circuits vergemakkelijken. Begrijpen hoe weerstanden werken en de basisprincipes van circuits kunnen ons helpen elektronische apparaten beter te begrijpen en te gebruiken.