Modstandenes ABC

Hvad er en modtand?

Modstanden er den mest almindelige og velkendte af de passive elektriske komponenter. En modstand modvirket eller begrænser strømmen i et kredsløb. Der er mange anvendelsesmuligheder for modstande: De bruges til at sænke spænding, begrænse strømmen, dæmpe signaler, fungere som varmeapparater, fungere som sikringer, forsyne elektriske belastninger og dele spændinger.

Introduktion

Denne Modstandes ABC giver et overblik over modstandstyper og almindelig terminologi, inden den viser en oversigt over modstandsprodukter og de forskellige teknologier.

Hvad er Ohm's lov?

Ohm's lov er en simpel ligning, der viser sammenhængen mellem modstand, spænding og strøm gennem en metaltråd eller en anden type resistivt materiale. I matematiske termer kan Ohm's lov skrives som:

hvor I er strømmen (ampere), V er spændingen, og R er modstanden.

Ohm's lov kan også vise forholdet mellem modstand, spænding og effekt ved hjælp af følgende ligning:

hvor P er effekten (watt), V er spændingen, og R er modstanden.

Typer af modstande

Faste modstande

En fast modstand er en modstand, hvis modstandsværdi ikke kan ændres.

Variable modstande

En variabel modstand er en modstand, hvis værdi kan justeres ved at dreje på en aksel eller ved at flytte en kontrol. De kaldes også potentiometre eller reostater og gør det muligt at ændre enhedens modstand med hånden.

Ikke-lineære modstande

En ikke-lineær modstand er en modstand, hvis modstande varierer betydeligt med den påførte spænding, temperatur eller lys. Typer af ikke-lineære modstande er varistorer, termistorer og fotoresistorer.

Fælles modstandsterminologi

Kritisk modstandsværdi

Den maksimale nominelle modstandsværdi, ved hvilken den nominelle effekt kan belastes uden at overskride den maksimale arbejdsspænding. Den nominelle spænding er lig med den maksimale arbejdsspænding i den kritiske modstandsværdi.

Reduktions-kurve

Den kurve, der udtrykker forholdet mellem den omgivende temperatur og den maksimale værdi af kontinuerligt belastbar effekt ved den pågældende temperatur, som normalt udtrykkes i procent.

Dielektrisk modstået spænding

Den nominelle spænding, der kan påføres et bestemt punkt mellem det resistive element og den ydre belægning eller det resistive element og monteringsoverfladen uden at forårsage dielektrisk nedbrydning.

Maksimal overbelastningsspænding

Den maksimale værdi af den spænding, der kan påføres modstande i en kort periode i overbelastningstesten. Typisk er den anvendte spænding i en korttids-overbelastningstest 2,5 gange større end den nominelle spænding. Den bør dog ikke overstige den maksimale overbelastningsspænding.

Maksimal arbejdsspænding (eller maksimal begrænsningsspænding for det begrænsende element)

Den maksimale værdi af DC-spænding eller AC-spænding (RMS), der kan anvendes kontinuerligt på modstande eller elementer. Den maksimale værdi af den gældende spænding er dog den nominelle spænding ved den kritiske modstandsværdi eller lavere.

Støj

Støj er et uønsket AC-signal fra modstandens kerne. Resistiv støj kan have en ødelæggende effekt på signaler på lavt niveau, ladningsforstærkere, forstærkere med høj forstærkning og andre applikationer, der er følsomme over for støj. Den bedste fremgangsmåde er at bruge modstandstyper med lav eller minimal støj i applikationer, der er følsomme over for støj.

Effektvurdering

Strømstyrken er baseret på den fysiske størrelse, den tilladte ændring i modstanden i løbet af levetiden, materialernes varmeledningsevne, isolerende og resistive materialer og de omgivende driftsbetingelser. For at opnå de bedste resultater skal du anvende modstande af den største fysiske størrelse ved mindre end deres maksimale nominelle temperatur og effekt.

Nominel omgivelsestemperatur

Den maksimale omgivelsestemperatur, ved hvilken modstande kan anvendes kontinuerligt med den foreskrevne nominelle effekt. Den nominelle omgivelsestemperatur henviser til temperaturen omkring modstandene inde i udstyret og ikke til lufttemperaturen uden for udstyret.

Fælles modstandsterminologi

Nominel effekt

Den maksimale effekt, som en modstand kan belastes kontinuerligt ved en nominel omgivelsestemperatur. Netværks- og array-produkter har både nominel effekt pr. pakke og pr. element.

Nominel spænding

Den maksimale værdi af DC-spænding eller AC-spænding (RMS), der kan påføres modstande kontinuerligt ved den nominelle omgivelsestemperatur.

Pålidelighed

Pålidelighed er sandsynligheden for, at en modstand (eller enhver anden enhed) vil udføre den ønskede funktion. Der er to måder at definere pålidelighed på. Den ene er MTBF (Mean Time Between Failures) og den anden er FR (Failure Rate) pr. 1000 driftstimer. Begge disse metoder til vurdering af pålidelighed skal fastlægges ved hjælp af en specifik gruppe af test og en definition af, hvad der er en enhedens levetid, f.eks. en maksimal ændring i modstand eller en katastrofal fejl (kortslutning eller åbning). Der anvendes forskellige statistiske undersøgelser for at finde frem til disse fejlfrekvenser, og store prøver testes ved den maksimale nominelle temperatur med nominel belastning i op til 10.000 timer (24 timer om dagen i ca. 13 måneder). Pålideligheden er generelt højere ved lavere effektniveauer.

Tolerance af modstande

Modstandstolerance udtrykkes som afvigelser fra den nominelle værdi i procent og måles typisk ved 25 °C. En modstands værdi ændres også med den påførte spænding (VCR) og temperaturen (TCR). For netværk henviser den absolutte modstandstolerance til netværkets samlede tolerance. Forholdstolerance henviser til forholdet mellem hver enkelt modstand og de andre modstande i pakken.

Stabilitet

Stabilitet er ændringen i modstanden med tiden ved en bestemt belastning, fugtighedsgrad, stress eller omgivelsestemperatur. Jo mindre disse spændinger minimeres, jo bedre er stabiliteten.

Temperaturmodstandskoefficient (TCR, også kendt som RTC)

TCR udtrykkes som ændringen i modstanden i ppm (0,0001 %) ved hver grad Celsius temperaturændring. TCR refereres typisk ved + 25˚C og ændres, når temperaturen stiger (eller falder). En modstand med en TCR på 100 ppm/°C vil ændre sig 0,1 % ved en ændring på 10 °C og 1 % ved en ændring på 100 °C. I forbindelse med et modstandsnetværk kaldes TCR-værdien for den absolutte TCR, idet den definerer TCR-værdien for et bestemt modstandselement. Udtrykket TCR-sporing henviser til forskellen i TCR mellem hver enkelt specifik modstand i et netværk.

Temperaturklassificering

Temperaturklassificering er den maksimalt tilladte temperatur, ved hvilken modstanden kan anvendes. Den er generelt defineret med to temperaturer. En modstand kan f.eks. være normeret til fuld belastning op til +70 °C, men reduceres til ingen belastning ved +125 °C. Det betyder, at med visse tilladte ændringer i modstanden i løbet af modstandens levetid kan den drives ved +70 °C ved nominel effekt. Den kan også drives ved temperaturer over +70 °C, hvis belastningen reduceres, men temperaturen må under ingen omstændigheder overstige designtemperaturen på +125 °C med en kombination af omgivelsestemperatur og selvopvarmning som følge af den påførte belastning.

Spændingskoefficient for modstand (VCR)

Spændingskoefficienten er ændringen i modstanden med den påførte spænding. Dette er noget helt andet og kommer oven i virkningerne af selvopvarmning, når der tilføres strøm. En modstand med en VCR på 100 ppm/V vil ændre sig 0,1 % ved en ændring på 10 V og 1 % ved en ændring på 100 V. I forbindelse med et modstandsnetværk kaldes denne VCR-værdi for den absolutte VCR, idet den definerer VCR-værdien for et bestemt modstandselement. Udtrykket VCR-sporing henviser til forskellen i VCR mellem hver enkelt modstand i et netværk.

* Modstandsteknologi tilbydes også af andre af Vishays afdelinger

Tabel 1: Overflademontering / substrater / trådbondbare modstande

*Modstandsteknologi tilbydes også af andre af Vishays afdelinger

Tabel 2: Axial ledede / gennemgående modstande

Teknologier med faste modstande

Wirewound (overflademonteret / med ledere)

En type modstand fremstillet ved at vikle en metaltråd, f.eks. nichrom, på en isolerende form, f.eks. en keramisk kerne, plast eller glasfiber.

Power Metal Strip® / Metalelement (overflademonteret / med ledere)

En type modstand, der er konstrueret ved hjælp af en massiv metallegering, f.eks. nichrome- eller mangankobber, som modstandselement, der derefter er svejset til kobberterminaler. Anvendes i strømfølings- og shunt-applikationer.

Film (overflademonteret / med ledere)

Metalfilm (med ledere / MELF)

En type cylindrisk modstand fremstillet ved at deponere et resistivt element af en tynd ledende film af et metal eller en metallegering, f.eks. nichrom, på en cylindrisk keramisk eller glaskerne. Modstanden styres ved at skære en spiralformet rille gennem den ledende film.

Metaloxid (med ledere)

En type cylinderformet modstand, der anvender materialer som rutheniumoxid eller tinoxid som modstandselement. Disse modstande kan være fremragende højspændings- eller kraft-enheder.

Tykfilm (Chip-resistorer/Chip Arrays/Netværk)

Specielt fremstillet overflademonteret filmmodstand, der har en høj effekt i forhold til komponentstørrelsen. For tykfilmsmodstande påføres rutheniumoxid-"filmen" ved hjælp af traditionel serigrafi-teknologi.

Tyndfilm (Chip-resistorer/Chip Arrays/Netværk)

En type overflademonteret filmmodstand med et relativt tyndt resistivt element, målt i angstrom (milliontedele af en tomme). Tyndfilmsmodstande fremstilles ved sputtering (også kendt som vakuumudfældning) af et resistivt materiale, f.eks. nichrom eller tantalnitrid, på overfladen af et substrat.

Kulstoffilm (blyholdig / med ledere)

En generel klassebeskrivelse for cylindriske modstande, der er fremstillet ved at aflejre en kulstoffilm på overfladen af en isolator med central kerne.

Metalfolie (overflademonteret/loddet)

En type modstand fremstillet ved fotofabrikation af et homogent metal i et bestemt mønster på et keramisk substrat. Den unikke kombination af materialer og konstruktion resulterer i et produkt med uovertrufne præstationsegenskaber og høj pålidelighed.

Sammensætning (med ledere)

Kulstofsammensætning

En generel klassebeskrivelse for modstande, der består af en modstandskerne af en kulstofblanding og en støbt ydre isoleringskerne.

Keramisk sammensætning

En type modstand, der består af en blanding af ler, aluminiumoxid og kulstof, som er blevet blandet og presset til en resistiv kerne og derefter dækket af en støbt ydre isoleringskerne.