Hvordan motstandere fungerer og deres anvendelser i kretser

En motstander er et vanlig elektronisk komponent som begrenser størrelsen og retningen på strømmen. Motstandere fungerer ved å utnytte motstands egenskaper hos et materiale, altså hvor godt det blokkerer strømflyten. Enheten for motstand er ohm (Ω), og størrelsen på motstanden avhenger av typen, formen og temperaturen på materialet. Motstandverdien til en motstander identifiseres vanligvis av en fargekode eller tall, og ulike farger representerer ulike verdier.

Motstandere brukes utelukkende i kretser. De kan gjennomføre funksjoner som strømstyring, spenningopdeling, filtrering, forskyvning og matching. Strømstyring er den mest grunnleggende funksjonen til en motstander. Den kan justere størrelsen på strømmen etter Ohms lov (V=IR), der V er spenningen, I er strømmen, og R er motstanden. For eksempel, hvis det finnes en 5V strømforsyning og en $100Ω motstand i en krets, vil strømmen gjennom motstanden være 5V/100Ω=0.05A, eller 50mA. Hvis motstanden byttes ut med $200Ω$, blir strømmen 5V/200Ω=0.025A, som er 25mA. På denne måten kan størrelsen på strømmen kontrolleres ved å endre motstandsverdien til motstanderen.

Motstandere kan også brukes til å beskytte andre komponenter i kretsen. For eksempel, hvis det er en 5V strømforsyning og en 1Ω-motstand i en krets, så vil strømmen gjennom motstanden være 5V/1Ω=5A, som kan være for stor, og forårsake at kretsen overheter eller blir skadet. For å unngå denne situasjonen, kan du legge til en passende motstand i kretsen, for eksempel $100Ω$, da vil strømmen reduseres til 5V/100Ω=0.05A, som er 50mA, og dermed beskytte sikkerheten i kretsen.

Motstandere kan også brukes til å dele spenning, dvs. splitte en spenning i to eller flere forskjellige spenninger. Dette utnytter motstandens spenningsdelingslov, som betyr at hvis det er to eller flere motstandere i serie i en krets, vil spenningen fra strøkilden bli fordelt på hver motstand i forhold til motstanden. For eksempel, hvis en kretsløp har en 10V strøkilde og to motstandere, en 100Ω og en 200Ω, så er spenningen over den 100Ω motstanden 10V ganger 100Ω/(100Ω+200Ω)=3.33V, spenningen på den 200Ω motstanden er 10V ganger 200Ω/(100Ω+200Ω)=6.67V. På denne måten kan du få to forskjellige spenninger for ulike formål.

Motstandere kan også brukes til filtrering, som er å fjerne støy eller forstyrrende signaler fra en krets. Dette bruker en kombinasjon av motstandere og kondensatorer eller induktorer for å danne et lavpass-, høypass-, båndpass- eller båndavvisningsfilter. Et lavpassfilter lar kun lave frekvenser passe, et høypassfilter lar kun høye frekvenser passe, et båndpassfilter lar kun en bestemt frekvensområde passe, og et båndavvisningsfilter blokkerer bare et bestemt frekvensområde. For eksempel, hvis en kretsløp har en 100Ω-motstand og en 1μF-kondensator i parallell, så er kretsen et lavpassfilter, og dets skjæringsfrekvens er 1/(2pi RC)=1.59kHz, det vil si at bare signaler under 1.59kHz kan gå gjennom, og signaler over 1.59kHz vil bli filtrert ut.

Motstandere kan også brukes til å sette bias, det vil si å gi en stabil driftsspenning eller -strøm til visse komponenter i en krets. Dette bruker spenningsdelingsfunksjonen til motstanden for å gi en passende biasspenning eller -strøm til transistorer, dioder, oppep-amperer og andre komponenter i kretsen for å holde dem i normal driftstilstand. For eksempel, hvis det er en 10V strømforsyning og en 100Ω-motstand i en krets, så vil det være en spenning på 10V over motstanden. Hvis basen til en transistor er koblet til ett av motstandens ender, så vil basen til transistoren ha en spenning på 10V, som skruer på transistoren.

Motstandere kan også brukes til å tilpasse, dvs. at motstandene i ulike deler av en krets er like eller liknende for å øke effektiviteten og stabilheten til kretsen. Dette utnytter motstandens impedansegenskaper, det vil si hvor mye motstanden blokkerer AC-signaler. Impedansen måles også i ohm (Ω), og størrelsen av den avhenger av signalets frekvens og motstandens induksjon eller kapasitans. Impedansen til en motstand kan beregnes ved å bruke Ohms lov (V=IZ), der V er spenning, I er strøm, og Z er impedans. For eksempel, hvis en krets har en 10V AC-kilde og en 100Ω-motstand, er strømmen gjennom motstanden 10V/100Ω = 0,1A, uavhengig av kildens frekvens. Hvis du kobler en 100Ω-last til ett ende av motstanden, blir kretsen tilpasset, og kraften fra strømforsyningen kan fullstendig overføres til lasten. Hvis impedansen til lasten ikke er 100Ω, blir kretsen mistilpasset, og en del av kraften fra strømforsyningen vil bli reflektert tilbake, noe som forårsaker kretstap og støy.

Oppsummerende, virkemåten til en motstand er å bruke materialets motstands egenskaper for å begrense og fordele strømmen. Motstandere brukes utOmfattende i kretser. De kan realisere strømstyring, spenningerdeling, filtrering, forskyving, matchingen og andre funksjoner, som letter designet og optimaliseringen av kretser. Forståelse av hvordan motstandere fungerer og grunnleggende kretsprinsipper kan hjelpe oss til å forstå og bruke elektroniske enheter bedre.