Motstander 101

Hva er en motstand?

Motstanden er den vanligste og mest kjente av de passive elektriske komponentene. En motstand begrenser, eller motstår kan man si, strømflyten av elektrisk strøm i en krets. Det er mange bruksområder for motstander: De brukes til å senke spenning, begrense strøm, dempe signaler, fungere som varmeelementer, fungere som sikringer, tilføre elektriske laster og dele spenninger.

Introduksjon

Denne Motstander 101-artikkelen har en oversikt over motstandstyper og vanlige terminologi, før et sammendrag av motstandsprodukter og de forskjellige teknologiene.

Hva er Ohms lov?

Ohms lov er en enkel formel som viser forholdet mellom motstand, spenning og strøm gjennom en metalltråd, eller en annen type resistivt materiale. I matematiske termer er Ohms lov skrevet som:

(Norsk: I=U/R) der I er strømmen (ampere), V er spenningen (angitt som U på norsk), og R er motstanden.

Ohms lov kan også vise sammenhengen mellom motstand, spenning og effekt ved hjelp av følgende formel:

(Norsk: P=U²/R) der P er effekt (Watt), V er spenningen (angitt som U på norsk), og R er motstanden.

Typer motstander

Faste motstander

En fast motstand er en motstand der verdien av motstanden ikke kan endres.

Variable motstander

En variabel motstand er en motstand hvis verdi kan justeres ved å dreie en aksel eller skyve en kontroll. De kalles også potensiometre eller reostater og gjør det mulig å endre motstanden til enheten for hånd.

Ikke-lineære motstander

En ikke-lineær motstand er en motstand som har motstander som varierer betydelig med påført spenning, temperatur eller lys. Typer ikke-lineære motstander er varistorer, termistorer og fotoresistorer.

Felles motstandsterminologi

Kritisk motstandsverdi

Den maksimale nominelle motstandsverdien som den nominelle effekten kan belastes med uten å overskride den maksimale driftsspenningen (arbeidsspenningen). Den nominelle spenningen er lik den maksimale arbeidsspenningen i den kritiske motstandsverdien.

Reduserende kurve

Kurven som uttrykker forholdet mellom omgivelsestemperaturen og maksimumsverdien av kontinuerlig lastbar effekt ved dens temperatur, som vanligvis uttrykkes i prosent.

Dielektrisk holdespenning

Den nominelle spenningen som kan påføres et bestemt punkt mellom det resistive elementet og det ytre belegget, eller det resistive elementet og monteringsflaten, uten å forårsake dielektrisk nedbryting.

Maksimal overbelastningsspenning

Største spenningsverdi som kan påføres motstander i en kort periode i overbelastningsprøvingen. Vanligvis er den påførte spenningen i den korte overbelastningstesten 2,5 ganger større enn den nominelle spenningen. Den bør imidlertid ikke overstige den maksimale overbelastningsspenningen.

Maksimal driftsspenning (arbeidsspenning) (eller maksimal spenning for begrensningselement)

Den maksimale verdien (RMS) av likestrømsspenning (AC) eller vekselspenning (DC) som kan påføres kontinuerlig på motstander eller elementer. Den maksimale verdien av den påførte spenningen er imidlertid den nominelle spenningen ved den kritiske motstandsverdien eller lavere.

Støy

Støy er et uønsket vekselstrømssignal fra motstanden. Resistiv støy kan ha en ødeleggende effekt på signaler på lavt nivå, ladeforsterkere, forsterkere med høy forsterkning og andre utrustninger som er følsomme for støy. Den beste tilnærmingen er å bruke motstandstyper med lav eller minimal støy i utrustninger er som er følsomme for støy.

Nominell effekt

Nominell effekt er basert på fysisk størrelse, tillatt endring i motstand over komponentens levetid, varmeledningsevnen til materialer, isolerende og resistive materialer, og omgivelsesmessige driftsforhold. For best resultat, bør de motstandene med største fysiske størrelse brukes, og drives under deres maksimale nominelle nivåer for temperatur og effekt.

Nominell omgivelsestemperatur

Den høyeste omgivelsestemperaturen der motstander kan brukes kontinuerlig med foreskrevet nominell effekt. Den nominelle omgivelsestemperaturen refererer til temperaturen rundt motstandene inne i utstyret, ikke til lufttemperaturen utenfor utstyret.

Felles motstandsterminologi

Nominell effekt

Maksimal effekt som kan belastes kontinuerlig til en motstand ved en nominell omgivelsestemperatur. Nettverks- og matriseprodukter har både merkeeffekt per kapsling, så vel som per element.

Nominell spenning

Den maksimale verdien (RMS) av likestrømsspenning (AC) eller vekselspenning (DC) som kan påføres kontinuerlig på motstander ved den nominelle omgivelsestemperaturen.

Pålitelighet

Pålitelighet er sannsynligheten for at en motstand (eller en annen enhet) vil utføre sin ønskede funksjon. Det er to måter å definere pålitelighet. Den ene er middeltid mellom avbrudd (MTBF – Mean Time Between Failures), og den andre er feilrate per 1000 driftstimer (Failure Rate per 1000 hours of operation). Begge disse metodene for å vurdere pålitelighet skal bestemmes med en bestemt gruppe prøvinger og en definisjon av hva som er slutten på levetiden for en innretning, for eksempel en maksimal endring i motstand eller en katastrofal svikt (kort eller åpen). Forskjellige statistiske studier brukes for å komme frem til disse feilfrekvensene, og store prøver testes ved maksimal nominell temperatur med nominell belastning i opptil 10 000 timer (24 timer per dag i omtrent 13 måneder). Påliteligheten er generelt høyere ved lavere effektnivåer.

Motstandstoleranse

Motstandstoleransen uttrykkes som avvikene fra nominell verdi i prosent og måles vanligvis ved 25 °C. En motstands verdi vil også endres med påført spenning (VCR) og temperatur (TCR). For nettverk refererer absolutt motstandstoleranse til nettets totale toleranse. Forholdstoleranse refererer til forholdet mellom hver motstand og de andre i kapslingen.

Stabilitet

Stabilitet er endringen i motstand med tiden ved en bestemt last, fuktighetsnivå, spenning eller omgivelsestemperatur. Når disse påkjenningene minimeres, blir stabiliteten bedre.

Temperaturmotstandskoeffisient (TCR – Temperature Coefficient of Resistance, også kjent som RTC)

TCR uttrykkes som endringen i motstand i ppm («deler per million») (0,0001%) med hver grad av temperaturendring. TCR refereres vanligvis til ved +25 ˚C og endres når temperaturen øker (eller avtar). En motstand med en TCR på 100 ppm/°C vil endre seg 0,1% over en 10 °C endring og 1% over en endring på 100 °C. I forbindelse med et motstandsnettverk kalles TCR-verdien den absolutte TCR ved at den definerer TCR for et bestemt motstandselement. Begrepet TCR-sporing viser til forskjellen i TCR mellom hver spesifikk motstand i et nettverk.

Nominell temperatur (temperaturklassifisering)

Nominell temperatur (temperaturklassifisering) er den høyeste tillatte temperaturen som motstanden kan ha under bruk. Den er vanligvis definert med to temperaturer. En motstand kan eksempelvis klassifiseres ved full last til +70 °C, men redusert til ingen last ved +125 °C. Dette betyr at med visse tillatte endringer i motstand i løpet av motstandens levetid, kan den brukes ved +70 °C ved nominell effekt. Den kan også brukes med temperaturer over +70 °C hvis lasten reduseres, men temperaturen må ikke i noe tilfelle overstige dimensjonerende temperatur på +125 ˚C med en kombinasjon av omgivelsestemperatur og selvoppvarming på grunn av pålagte last.

Spenningskoeffisient for motstand (VCR – Voltage Coefficient of Resistance )

Spenningskoeffisienten er endringen i motstand med påført spenning. Dette er helt annerledes og i tillegg til effektene av selvoppvarming når strømmen påføres. En motstand med en VCR på 100 ppm/ V vil endre seg 0,1% over en 10 V endring og 1 % over en endring på 100 V. I forbindelse med et motstandsnettverk kalles VCR-verdien den absolutte VCR ved at den definerer VCR for et bestemt motstandselement. Begrepet VCR-sporing viser til forskjellen i VCR mellom hver spesifikk motstand i et nettverk.

* Motstandsteknologi tilbys også av andre avdelinger av Vishay

Tabell 1: Overflatemonterte / substrat- / trådforbundede motstander (med kabelforbindelse)

*Motstandsteknologi tilbys også av andre Vishay-divisjoner

Tabell 2: Aksialt blybelagt / motstander for hullmontering

Teknologier for faste motstander

Trådviklet (motstander for hullmontering / blybelagte motstander)

En type motstand som er laget av vikling av metalltråd, for eksempel nikrom, vikles på en isolerende kjerne, eksempelvis av keramikk, plast- eller glassfiber.

Power Metal Strip® / Metal Element (overflatemontert (SMT) / blybelagt)

En type motstand konstruert ved hjelp av en fast metallegering, for eksempel nikrom eller mangan-kobber, som det resistive elementet, som deretter sveises til kobberterminaler. Brukes i gjeldende betydning og shuntutrustninger.

Film (overflatemonterte / blybelagte motstander)

Metallfilm (blybelagt/MELF)

En type sylindrisk motstand laget ved å avsette et motstandselement laget av en tynn ledende film av en metall- eller metallegering, for eksempel nikrom, på en sylindrisk keramisk kjerne eller glasskjerne. Motstanden reguleres ved å kutte et spiralformet spor gjennom den ledende filmen.

Metalloksid (blybelagt)

En type sylindrisk motstand som bruker materialer som ruteniumoksid eller tinnoksid som motstandselement. Disse motstandene kan være ypperlige høyspennings- eller høyeffektsenheter.

Tykkfilm (brikkemotstander / brikkematriser / nettverk)

Spesialbygd overflatemontert filmmotstand som har høy effekt i forhold til delestørrelsen. For tykkfilmmotstander påføres ruteniumoksid-«film» ved hjelp av tradisjonell filmtrykkingsteknologi.

Tynnfilm (brikkemotstander / brikkematriser / nettverk)

En type overflatemontert filmmotstand med et relativt tynt resistivt element, målt i ångstrøm (milliondeler av en tomme, = 0,1 nanometer). Tynnfilmmotstander fremstilles ved katodeforstøvning (også kjent som vakuumavsetning) av et resistivt materiale, for eksempel nikrom eller tantalnitrid, på overflaten av et substrat.

Metallfilm (blybelagt/MELF)

En generell klassebeskrivelse for sylindriske motstander gjort ved å avsette en karbonfilm på overflaten av en senterkjerneisolator.

Metallfolie (overflatemontering / blybelagt)

En type motstand laget av fotofabrikasjon av et homogent metall i et bestemt mønster på et keramisk underlag. Den unike kombinasjonen av materialer og konstruksjon resulterer i et produkt med uovertrufne ytelsesegenskaper og høy pålitelighet.

Sammensetning (blybelagt)

Karbonsammensetning

En generell klassebeskrivelse for motstander som består av en karbonblandingsresistent kjerne og en støpt ytre isolerende kjerne.

Keramisk sammensetning

En type motstand som består av en leire-, aluminiumoxid- og karbonblanding som er blandet og trykksatt til en resistiv kjerne og deretter dekket med en støpt ytre isolerende kjerne.