Weerstanden 101

Wat is een weerstand?

De weerstand is de meest voorkomende en bekendste van de passieve elektrische componenten. Een weerstand weerstaat of beperkt de stroom van elektrische stroom in een stroomkring. Weerstanden worden voor velerlei doeleinden gebruikt: zij laten de spanning vallen, beperken de stroomsterkte, dempen signalen, fungeren als verwarming, als zekering, voorzien elektrische belastingen en verdelen spanningen.

Introductie

Deze weerstanden 101 geeft een overzicht van de weerstandstypen en de gangbare terminologie, alvorens een overzicht te geven van de weerstandsproducten en de verschillende technologieën.

Wat is de wet van Ohm?

De wet van Ohm is een eenvoudige vergelijking die het verband aangeeft tussen weerstand, spanning en stroom door een metaaldraad, of een ander soort weerstand biedend materiaal. In wiskundige termen, wordt de wet van Ohm geschreven als:

waarbij I de stroom is (ampère), V de spanning, en R de weerstand.

De wet van Ohm kan ook de relatie tussen weerstand, spanning en vermogen weergeven met de volgende vergelijking:

waarbij P het vermogen is (watt), V de spanning en R de weerstand.

Soorten weerstanden

Vaste weerstanden

Een vaste weerstand is een weerstand waarbij de waarde van de weerstand niet kan veranderen.

Variabele weerstanden

Een variabele weerstand is een weerstand waarvan de waarde kan worden aangepast door aan een as te draaien of een regelaar te verschuiven. Zij worden ook wel potentiometers of rheostaten genoemd en maken het mogelijk de weerstand van het toestel met de hand te wijzigen.

Niet-lineaire weerstanden

Een niet-lineaire weerstand is een weerstand waarvan de weerstand sterk varieert met de toegepaste spanning, de temperatuur of het licht. Types niet-lineaire weerstanden zijn varistors, thermistors en fotoresistors.

Gemeenschappelijke weerstandsterminologie

Kritische weerstandswaarde

De maximale nominale weerstandswaarde waarbij het nominale vermogen kan worden belast zonder de maximale werkspanning te overschrijden. De nominale spanning is gelijk aan de maximale werkspanning in de kritische weerstandswaarde.

Afleidingscurve

De kromme die het verband uitdrukt tussen de omgevingstemperatuur en de maximumwaarde van het continu belastbare vermogen bij die temperatuur, en die meestal wordt uitgedrukt in een percentage.

Diëlektrische weerstand tegen spanning

De nominale spanning die kan worden aangelegd op een bepaald punt tussen het resistieve element en de buitenste coating, of het resistieve element en het montageoppervlak, zonder diëlektrische doorslag te veroorzaken.

Maximale overbelastingsspanning

De maximumwaarde van de spanning die bij de overbelastingstest gedurende korte tijd op weerstanden kan worden gezet. Gewoonlijk is de toegepaste spanning bij de kortstondige overbelastingstest 2,5 maal zo hoog als de nominale spanning. Hij mag echter niet hoger zijn dan de maximale overbelastingsspanning.

Maximale werkspanning (of maximale begrenzingselementspanning)

De maximale waarde van de gelijkspanning of wisselspanning (RMS) die continu op weerstanden of elementen kan worden toegepast. De maximumwaarde van de toepasselijke spanning is echter de nominale spanning bij de kritische weerstandswaarde of lager.

Ruis

Ruis is een ongewenst AC-signaal van binnen de weerstand. Weerstandsruis kan een verwoestend effect hebben op signalen van laag niveau, laadversterkers, versterkers met hoge versterking, en andere toepassingen die gevoelig zijn voor ruis. De beste aanpak is om weerstandstypen met weinig of minimale ruis te gebruiken in toepassingen die gevoelig zijn voor ruis.

Vermogen

De nominale vermogens zijn gebaseerd op de fysieke afmetingen, de toegestane verandering van de weerstand tijdens de levensduur, de thermische geleidbaarheid van de materialen, de isolatie- en weerstandsmaterialen, en de bedrijfsomstandigheden. Voor de beste resultaten gebruikt u de grootste weerstanden bij minder dan hun maximale nominale temperatuur en vermogen.

Nominale omgevingstemperatuur

De maximale omgevingstemperatuur waarbij weerstanden in staat zijn om continu te worden gebruikt met het voorgeschreven nominale vermogen. De nominale omgevingstemperatuur heeft betrekking op de temperatuur rond de weerstanden in de apparatuur, niet op de luchttemperatuur buiten de apparatuur.

Gemeenschappelijke weerstandsterminologie

Nominaal vermogen

De maximale hoeveelheid vermogen die continu op een weerstand kan worden geladen bij een nominale omgevingstemperatuur. Netwerk- en arrayproducten hebben zowel een nominaal vermogen per verpakking als per element.

Nominale spanning

De maximale waarde van de gelijkspanning of wisselspanning (RMS) die continu op weerstanden kan worden aangelegd bij de nominale omgevingstemperatuur.

Betrouwbaarheid

Betrouwbaarheid is de waarschijnlijkheid dat een weerstand (of een ander apparaat) zijn gewenste functie zal vervullen. Er zijn twee manieren om betrouwbaarheid te definiëren. De ene is de gemiddelde tijd tussen defecten (MTBF) en de andere het percentage defecten per 1000 bedrijfsuren. Beide middelen om de betrouwbaarheid te evalueren moeten worden bepaald aan de hand van een specifieke groep tests en een definitie van wat het einde van de levensduur van een toestel is, zoals een maximale weerstandsverandering of een catastrofale storing (kortsluiting of opening). Verschillende statistische studies worden gebruikt om tot deze faalpercentages te komen en grote monsters worden getest bij de maximale nominale temperatuur met nominale belasting gedurende maximaal 10.000 uur (24 uur per dag gedurende ongeveer 13 maanden). De betrouwbaarheid is over het algemeen hoger bij lagere vermogensniveaus.

Weerstandstolerantie

De weerstandstolerantie wordt uitgedrukt als de afwijking van de nominale waarde in procenten en wordt gewoonlijk gemeten bij 25°C. De waarde van een weerstand verandert ook met de toegepaste spanning (VCR) en de temperatuur (TCR). Voor netwerken verwijst de absolute weerstandstolerantie naar de algemene tolerantie van het netwerk. De verhoudingstolerantie heeft betrekking op de verhouding van elke weerstand tot de andere in het pakket.

Stabiliteit

Stabiliteit is de verandering in weerstand met de tijd bij een bepaalde belasting, vochtigheidsgraad, spanning of omgevingstemperatuur. Wanneer deze spanningen tot een minimum worden beperkt, hoe beter de stabiliteit.

Temperatuurcoëfficiënt van de weerstand (TCR ook bekend als RTC)

TCR wordt uitgedrukt als de verandering in weerstand in ppm (0,0001%) bij elke graad Celsius verandering in temperatuur. De TCR is typisch referentie bij + 25 ˚C en verandert als de temperatuur stijgt (of daalt). Een weerstand met een TCR van 100 ppm/°C zal 0,1% veranderen bij een verandering van 10 °C en 1% bij een verandering van 100 °C. In de context van een weerstandsnetwerk wordt de TCR-waarde de absolute TCR genoemd, in die zin dat deze de TCR van een specifiek weerstandselement bepaalt. De term TCR-tracking verwijst naar het verschil in TCR tussen elke specifieke weerstand in een netwerk.

Temperatuurclassificatie

Temperatuurclassificatie is de maximaal toegestane temperatuur waarbij de weerstand kan worden gebruikt. Het wordt over het algemeen gedefinieerd met twee temperaturen. Een weerstand kan bijvoorbeeld een nominale belasting hebben tot + 70 °C, maar een lagere waarde tot onbelast bij +125 °C. Dit betekent dat met bepaalde toelaatbare weerstandsveranderingen tijdens de levensduur van de weerstand, deze bij + 70 °C bij nominaal vermogen mag worden gebruikt. Hij mag ook worden gebruikt bij temperaturen boven + 70 ˚C als de belasting wordt verlaagd, maar in geen geval mag de temperatuur de ontwerptemperatuur van + 125 ˚C overschrijden bij een combinatie van omgevingstemperatuur en zelfverwarming als gevolg van de toegepaste belasting.

Spanningscoëfficiënt van weerstand (VCR)

De spanningscoëfficiënt is de verandering in weerstand met toegepaste spanning. Dit is iets heel anders en komt bovenop de effecten van zelfopwarming wanneer stroom wordt toegevoerd. Een weerstand met een VCR van 100 ppm/V zal 0,1% veranderen bij een verandering van 10 V en 1% bij een verandering van 100 V. In de context van een weerstandsnetwerk wordt deze VCR-waarde de absolute VCR genoemd, in die zin dat zij de VCR van een specifiek weerstandselement bepaalt. De term VCR tracking verwijst naar het verschil in VCR tussen elke specifieke weerstand in een netwerk.

* Weerstandstechnologie ook aangeboden door andere divisies van Vishay

Tabel 1: Opbouw / substraten / draadverbindbare weerstanden

*Weerstandstechnologie ook aangeboden door andere divisies van Vishay

Tabel 2: Axiale lood/door-gat weerstanden

Technologieën met vaste weerstand

Draadgebonden (surface-mount / lood)

Een type weerstand gemaakt van het winden van een metaaldraad, zoals nichroom, op een isolerende vorm, zoals een keramische, plastic of glasvezel kern.

Power Metal Strip® / Metal Element (surface-mount / lood)

Een type weerstand waarbij gebruik wordt gemaakt van een massieve metaallegering, zoals nichroom of mangaankoper, als het weerstandselement, dat vervolgens aan koperen aansluitingen wordt gelast. Gebruikt in stroom sense en shunt toepassingen.

Film (surface-mount / lood)

Metalen film (lood/MELF)

Een type cilindervormige weerstand gemaakt door het aanbrengen van een weerstandselement bestaande uit een dunne geleidende film van een metaal of metaallegering, zoals nichroom, op een cilindervormige keramische of glazen kern. De weerstand wordt geregeld door een spiraalvormige groef door de geleidende film te snijden.

Metaaloxide (lood)

Een type cilindervormige weerstand waarbij materialen als rutheniumoxide of tinoxide als weerstandselement worden gebruikt. Deze weerstanden kunnen uitstekende hoogspannings- of hoogvermogensapparaten zijn.

Dikke film (chipweerstanden/chiparrays/netwerken)

Speciaal gebouwde filmweerstand voor opbouwmontage, met een hoog vermogen voor dit formaat onderdeel. Bij weerstanden met een dikke film wordt de "film" van rutheniumoxide aangebracht met behulp van de traditionele zeefdruktechniek.

Dikke film (chipweerstanden/chiparrays/netwerken)

Een soort oppervlakte-mount filmweerstand met een relatief dun weerstandselement, gemeten in angstroms (miljoensten van een inch). Dunne-filmweerstanden worden gemaakt door een resistief materiaal, zoals nichroom of tantaalnitride, op het oppervlak van een substraat te sputteren (ook bekend als vacuümafzetting).

Koolstoffilm (lood/MELF)

Een algemene klassebeschrijving voor cilindrische weerstanden gemaakt door het afzetten van een koolstoffilm op het oppervlak van een isolator met middenkern.

Metaalfolie (surface-mount / lood)

Een type weerstand dat wordt gemaakt door met foto's een homogeen metaal in een specifiek patroon op een keramisch substraat te fabriceren. De unieke combinatie van materialen en constructie resulteert in een product met ongeëvenaarde prestatiekenmerken en hoge betrouwbaarheid.

Samenstelling (lood)

Koolstofsamenstelling

Een algemene klasse-aanduiding voor weerstanden bestaande uit een weerstandskern van koolstofmengsel en een gegoten isolerende buitenkern.

Keramische samenstelling

Een type weerstand dat bestaat uit een klei-, aluminiumoxide- en koolstofmengsel dat is gemengd en onder druk is gebracht tot een weerstandskern en vervolgens is bedekt met een gegoten isolerende buitenkern.