Alapvető ismeretek az ellenállásokról

Mi az ellenállás?

Az ellenállás a legelterjedtebb és legismertebb passzív elektromos alkatrész. Az ellenállás akadályozza vagy korlátozza az elektromos áram áramlását az áramkörben. Az ellenállásoknak számos alkalmazási területe van: feszültségcsökkentésre, áramkorlátozásra, jelek csillapítására, fűtőtestként, biztosítékként, elektromos terhelésként és feszültségek elosztására használják őket.

Bevezetés

Ez az ellenállásokat alapvető szinten bemutató cikk áttekintést nyújt az ellenállások típusairól és az általános terminológiáról, majd összefoglalja az ellenállástermékeket és a különböző technológiákat.

Mit mond ki Ohm törvénye?

Ohm törvénye egy egyszerű egyenlet, amely megadja az ellenállás, a feszültség és a fémhuzalon vagy más típusú rezisztív anyagon átfolyó áram közötti összefüggést. Ohm törvényének matematikai leírása a következő:

ahol I az áram (A-ben), V a feszültség és R az ellenállás.

Ohm törvényével az ellenállás, a feszültség és a teljesítmény közötti összefüggés is megadható a következő egyenlet segítségével:

ahol P a teljesítmény (W-ban), V a feszültség és R az ellenállás.

Az ellenállások típusai

Fix ellenállások

A fix ellenállás értéke nem változtatható.

Változtatható ellenállások

A változtatható ellenállás értéke egy tengely elforgatásával vagy egy vezérlőelem csúsztatásával állítható. Ezek a potenciométereknek vagy reosztátoknak is nevezett alkatrészek lehetővé teszik az eszköz ellenállásának kézzel történő módosítását.

Nemlineáris ellenállások

A nemlineáris ellenállás értéke jelentősen változik a rájuk kapcsolt feszültség, a hőmérséklet vagy a fény hatására. A nemlineáris ellenállások típusai a varisztorok, termisztorok és fotoellenállások.

Az ellenállásokra vonatkozó általános terminológia

Kritikus ellenállásérték

Az a maximális névleges ellenállásérték, amelynél a névleges teljesítmény a maximális üzemi feszültség túllépése nélkül betáplálható. A névleges feszültség a kritikus ellenállásértéket tekintve azonos a maximális üzemi feszültséggel.

Teljesítménycsökkenési görbe

Az a görbe, amely a környezeti hőmérséklet és az eszköz hőmérsékletén folyamatosan betáplálható teljesítmény maximális értéke közötti kapcsolatot fejezi ki, általában százalékban.

Dielektromos szilárdság

Az a névleges feszültség, amely a rezisztív elem és a külső bevonat, illetve a rezisztív elem és a szerelőfelület között kijelölt pontra a dielektromos átütés előidézése nélkül rákapcsolható.

Maximális túlterhelési feszültség

A túlterhelési vizsgálat során az ellenállásokra rövid ideig rákapcsolható feszültség maximális értéke. A rövid idejű túlterhelési vizsgálat során alkalmazott feszültség általában a névleges feszültség 2,5-szerese. Nem haladhatja meg azonban a maximális túlterhelési feszültséget.

Maximális üzemi feszültség (vagy maximális határoló feszültség az elemen)

Az ellenállásokra vagy elemekre folyamatosan rákapcsolható egyenfeszültség vagy (effektív) váltakozó feszültség maximális értéke. A rákapcsolható feszültség maximális értéke azonban nem haladhatja meg a kritikus ellenálláshoz tartozó névleges feszültséget.

Zaj

A zaj az ellenállás belsejéből származó nem kívánt váltakozó áramú jel. Az ellenállászaj megsemmisítő hatással lehet az alacsony szintű jelekre, a töltéserősítőkre, a nagy erősítésű erősítőkre és más, zajra érzékeny alkalmazásokra. Zajra érzékeny alkalmazások esetében a legjobb alacsony vagy minimális zajjal rendelkező ellenállástípusokat használni.

Névleges teljesítmény

A névleges teljesítményt a fizikai méret, az élettartam során megengedhető ellenállásváltozás, az anyagok, a szigetelő- és ellenállásanyagok hővezető képessége, valamint a környezeti üzemi körülmények alapján határozzák meg. A legjobb eredmény elérése érdekében a legnagyobb fizikai méretű ellenállásokat maximális névleges hőmérsékletüknél kisebb hőmérsékleten és maximális névleges teljesítményüknél kisebb teljesítményen célszerű használni.

Névleges környezeti hőmérséklet

Az a maximális környezeti hőmérséklet, amelyen az ellenállások előírt névleges teljesítményük mellett folyamatosan használhatók. A névleges környezeti hőmérséklet a berendezésen belüli ellenállások környezetének hőmérsékletét jelenti, nem pedig a berendezésen kívüli levegő hőmérsékletét.

Az ellenállásokra vonatkozó általános terminológia

Névleges terhelhetőség

Az a maximális teljesítmény, amellyel egy ellenállás névleges környezeti hőmérsékleten folyamatosan terhelhető. A háló és tömb elrendezésű termékek tokonkénti és elemenkénti névleges teljesítménnyel is rendelkeznek.

Névleges feszültség

Az ellenállásokra vagy elemekre névleges környezeti hőmérsékleten folyamatosan rákapcsolható egyenfeszültség vagy (effektív) váltakozó feszültség maximális értéke.

Megbízhatóság

A megbízhatóság annak a valószínűsége, hogy egy ellenállás (vagy bármely más eszköz) megvalósítja a kívánt funkcióját. A megbízhatóság kétféleképpen határozható meg. Az egyik a meghibásodások közötti átlagos idő (MTBF), a másik pedig az 1000 üzemórára vetített meghibásodási arány. A megbízhatóság kiértékelésének mindkét módját tesztek adott csoportjával és annak rögzítésével kell meghatározni, hogy mi jelenti az eszköz élettartamának végét – például az ellenállás maximális megváltozása vagy katasztrofális meghibásodás (zárlat vagy szakadás). A meghibásodási arányok megállapítására különböző statisztikai vizsgálatokat használnak és nagy számú mintákat tesztelnek a maximális névleges hőmérsékleten, névleges terheléssel, akár 10 000 órán keresztül (napi 24 órán át, körülbelül 13 hónapig). A megbízhatóság általában alacsonyabb teljesítményszinteken nagyobb.

Az ellenállás tűrése

Az ellenállás tűrését a névleges értéktől való eltérés mértékeként, százalékban fejezik ki és jellemzően 25°C-on mérik. Az ellenállás értéke a rákapcsolt feszültség (VCR) és a hőmérséklet (TCR) függvényében is változik. Hálók esetében az abszolút ellenállástűrés a háló teljes tűrésére vonatkozik. Az aránytűrés az egyes ellenállásoknak a tokban lévő többi ellenálláshoz való viszonyára utal.

Stabilitás

A stabilitás az ellenállás időbeli változása egy adott terhelés, páratartalom, igénybevétel vagy környezeti hőmérséklet mellett. Minél kisebbek ezen tényezők hatásai, annál jobb a stabilitás.

Az ellenállás hőmérsékleti együtthatója (TCR, más néven RTC)

A TCR együttható az ellenállás változását ppm-ben (0,0001%) fejezi ki a hőmérséklet minden egyes Celsius foknyi változásával. A TCR értéke jellemzően +25˚C-ra vonatkozik, és a hőmérséklet növekedésével (vagy csökkenésével) változik. Egy 100 ppm/°C TCR értékű ellenállás nagysága 10°C-os változás esetén 0,1%-kal, 100°C-os változás esetén pedig 1%-kal változik. Az ellenálláshálókra vonatkozóan a TCR értékét abszolút TCR-nek nevezik, mivel egy adott ellenálláselem TCR értékét határozza meg. A TCR követés (TCR tracking) kifejezés a háló egyes ellenállásainak TCR-jei közötti különbségre utal.

Névleges hőmérséklet

A névleges hőmérséklet az a maximálisan megengedett hőmérséklet, amelyen az ellenállás használható. Általában két hőmérséklettel határozzák meg. Például egy ellenállás névleges hőmérséklete teljes terhelés mellett +70°C, míg terheletlen állapotban +125°C lehet. Ez azt jelenti, hogy az ellenállás az értékének bizonyos, az élettartama során bekövetkezett megengedett változásai mellett +70°C-on, névleges teljesítmény mellett is használható. A terhelés csökkentése esetén +70°C feletti hőmérsékleten is működtethető, de a hőmérséklet semmiképpen sem haladhatja meg a +125°C-os névleges értéket a környezeti hőmérséklet és a rákapcsolt terhelés okozta önmelegedés kombinációjával.

Feszültség-ellenállás együttható (VCR)

A feszültség-együttható az ellenállás változását írja le a rákapcsolt feszültség függvényében. Ez teljes mértékben különbözik az áram rákapcsolásakor jelentkező önmelegedés hatásaitól, illetve hozzáadódik azokhoz. Egy 100 ppm/V VCR értékű ellenállás értéke 10 V-os változás esetén 0,1%-kal, 100 V-os változás esetén pedig 1%-kal változik. Az ellenálláshálókra vonatkozóan ezt a VCR értéket abszolút VCR-nek nevezik, mivel egy adott ellenálláselem VCR értékét határozza meg. A VCR követés (VCR tracking) kifejezés a háló egyes ellenállásainak VCR-jei közötti különbségre utal.

* A Vishay más részlegei által is kínált ellenállás-technológia

1. táblázat: Felületszerelt / hordozólapkás / huzallal beköthető ellenállások

* A Vishay más részlegei által is kínált ellenállás-technológia

2. táblázat: Axiális kivezetéses / furatszerelt ellenállások

Fix ellenállások technológiái

Huzaltekercselésű (felületszerelt / kivezetéses)

Olyan típusú ellenállás, amely egy fémhuzal, például króm-nikkel, szigetelőanyagra, például kerámia-, műanyag- vagy üvegszálas magra való feltekercselésével készül.

Power Metal Strip® / fémelem (felületszerelt / kivezetéses)

Olyan típusú ellenállás, amely szilárd fémötvözetből, például króm-nikkelből vagy mangánrézből készült majd réz kivezetésekhez hegesztett ellenálláselemet tartalmaz. Áramérzékelő és sönt alkalmazásokban használatos.

Réteg (felületszerelt / kivezetéses)

Fémréteg (kivezetéses / MELF)

Hengeres ellenállás, amely egy hengeres kerámia- vagy üvegmagon levő vékony fém- vagy fémötvözet, például króm-nikkel anyagú vezetőrétegből álló ellenálláselemet tartalmaz. Az ellenállást úgy állítják be, hogy spirális hornyot vágnak a vezetőrétegbe.

Fémoxid (kivezetéses)

Hengeres ellenállás, amely olyan rezisztív anyagokból áll, mint a ruténium-oxid vagy az ón-oxid. Ezek az ellenállások kiváló nagyfeszültségű vagy nagy teljesítményű eszközök lehetnek.

Vastagréteg (chip ellenállások / chip tömbök / hálók)

Speciálisan gyártott felületszerelt rétegellenállás, amely a méretéhez képest nagy teljesítményre használható. A vastagréteg ellenállások esetében a ruténium-oxid „fóliát” hagyományos szitanyomásos technológiával viszik fel.

Vékonyréteg (chip ellenállások / chip tömbök / hálók)

Olyan típusú felületszerelt rétegellenállás, amely angström (milliomod cm) nagyságrendű, viszonylag vékony ellenálláselemet tartalmaz. A vékonyréteg-ellenállások úgy készülnek, hogy egy hordozólapka felületére katódporlasztással (más néven vákuumpárologtatással) rezisztív anyagot, például króm-nikkelt vagy tantál-nitridet juttatnak.

Szénréteg (kivezetéses / MELF)

Olyan hengeres ellenállások általános megnevezése, amelyek szénrétegnek egy középső szigetelő mag felületén történő létrehozásával készülnek.

Fémfólia (felületszerelt / kivezetéses)

Olyan ellenállás, amelynek gyártása egy homogén fém kerámia hordozólapkára meghatározott mintázatban, fotóeljárással történő felvitelével történik. Az anyagok és a konstrukció egyedülálló kombinációja páratlan teljesítményjellemzőkkel és nagy megbízhatósággal rendelkező terméket eredményez.

Kompozit (kivezetéses)

Szén kompozit

Olyan ellenállások általános megnevezése, amelyek szénkeverékből álló rezisztív magból és öntött külső szigetelő köpenyből állnak.

Kerámia kompozit

Olyan ellenállás, amely agyag, alumínium-oxid és szén keverékéből préselt rezisztív magból és öntött külső szigetelő köpenyből áll.