Een PCB-weerstand is een passief component op een printplaat dat de stroom in een circuit kan regelen of beperken. Van vaste tot variabele weerstanden, van SMD tot doorsteekmontage en van lineair tot niet-lineair: er zijn diverse soorten PCB-weerstanden beschikbaar om aan verschillende circuitbehoeften te voldoen. In dit blog worden de verschillende typen PCB-weerstanden en de cruciale factoren waarmee rekening moet worden gehouden bij het kiezen van de ideale weerstand, in detail beschreven. Met deze kennis is het maken van een weloverwogen beslissing, net als een professional, een fluitje van een cent.
Verschillende soorten PCB-weerstanden
Afhankelijk van de instelbaarheid van de weerstandswaarde, de stroom-spanningsverhouding en de montagemethode worden PCB-weerstanden ingedeeld in drie typen: vaste en variabele weerstanden, lineaire en niet-lineaire weerstanden en SMD- en doorlopende weerstanden.
vast en variabele weerstanden
- vast Weerstanden
De weerstand van de vaste weerstand is constant. Ze kunnen worden gebouwd met materialen zoals metaal, koolstof, keramiek, etc., en zijn in vele soorten te vinden. De 5 meest voorkomende vaste weerstanden worden hieronder in detail uitgelegd.
- Koolstofcompositieweerstanden
Koolstofcompositieweerstanden gemaakt van keramisch poeder en koolstofdeeltjes zijn de oudste weerstanden. Ze zijn zuinig en hebben een vermogen van 1/4 tot 2 watt met een slechte tolerantie van ±10% vanwege temperatuureffecten. Hoewel ze commercieel stabiel zijn, zijn koolstofcompositieweerstanden lawaaierig en hebben ze last van problemen met de spanningscoëfficiënt. Deze PCB-weerstanden worden gebruikt voor algemene toepassingen waarbij nauwkeurigheid geen primaire factor is.
- Draadgewonden weerstanden
Draadgewonden weerstanden worden gemaakt door resistieve draad (manganine of nichrome) te wikkelen rond een isolerende staaf of kern van keramiek, glas of plastic. Deze PCB-weerstanden zijn geschikt voor toepassingen met een hoog vermogen, kunnen tot 100 watt of meer aan en hebben doorgaans commerciële toleranties van ongeveer ±5%. Draadgewonden weerstanden hebben echter een groot inductie-effect, ze presteren niet goed in hoogfrequente circuits.
- Smeltbare weerstanden
Smeltweerstanden zijn hetzelfde als standaard vaste weerstanden onder normale omstandigheden. Er is echter een smeltverbinding geïntegreerd die smelt bij overmatige elektrische stroom en overbelastingsbeveiliging biedt voor het circuit. Ze worden gebruikt in stroomtoevoer- en distributiecircuits en kunnen worden gereset door de zekeringdraad handmatig te vervangen.
- Metaalfilmweerstanden
Een dunne film van tinoxide of nikkelchroom wordt afgezet op een keramisch substraat om metaalfilmweerstanden te creëren, die een verbeterde stabiliteit en nauwkeurigheid bieden. Hoge tolerantie (±1%) en temperatuurstabiliteit zijn de primaire kenmerken van deze PCB-weerstanden, en de vermogensclassificaties variëren van 1/10 tot 1 watt. Ze kunnen hogere piekspanningen weerstaan en hebben een kleinere spanningscoëfficiënt.
- Metaaloxidefilmweerstanden
Metaaloxidefilmweerstanden gebruiken een metaaloxidemateriaal zoals tinoxide in plaats van een metaalfilm. Ze zijn zeer nauwkeurig met toleranties tot ±0.5% en blijven zeer stabiel in de tijd en temperatuur. Deze PCB-weerstanden bieden ruisonderdrukking vanwege hun lage thermische EMF en zijn zeer geschikt voor hoogfrequente toepassingen tot GHz. Metaaloxidefilmweerstanden zijn ook zeer betrouwbaar en kunnen pulsen zeer goed verwerken. Vanwege deze eigenschappen worden ze vaak gebruikt in zeer nauwkeurige testapparatuur.
- Veranderlijk Weerstanden
Variabele weerstanden, die de weerstandswaarde kunnen veranderen, worden vaak gebruikt om de spannings- en stroomniveaus van het circuit te regelen. Er zijn twee hoofdtypen: potentiometers en reostaten.
- Potentiometers
Potentiometers hebben drie aansluitingen en de positie van een van de aansluitingen (wiper) wordt aangepast door de knop te draaien. Wanneer de knop wordt gedraaid, beweegt de wisser ten opzichte van de vaste draad, waardoor de spanningsverdelingsverhouding van de weerstand verandert en er spannings- of signaalaanpassing wordt bereikt. Deze PCB-weerstanden worden vaak gebruikt voor volumeregeling in audiosystemen omdat ze het volume soepel kunnen aanpassen van laag volume naar hoog volume, of omgekeerd, en ook specifieke circuitparameters kunnen instellen.
- Reostaten
Variabele weerstanden hebben slechts twee aansluitingen, waarvan er één is verbonden met de stroombron van het circuit en de andere met de aarde. In tegenstelling tot het werkingsprincipe van potentiometers, zitten er geen draden in en wordt de stroom die erdoorheen stroomt, geregeld door de schuifcontacten aan te passen.
Lineair en Niet-lineaire weerstanden
- Lineaire Weerstanden
Als de toegepaste spanning verandert, veranderen lineaire weerstanden hun stroomwaarde in exacte lineaire verhouding. Deze weerstanden volgen altijd de wet van Ohm en kunnen vast of variabel zijn.
- Niet-lineaire weerstanden
Niet-lineaire weerstanden volgen de wet van Ohm niet en de stroom varieert in niet-lineaire verhouding tot de aangelegde spanning. Dit PCB-weerstandstype kan ook een variabele of vaste weerstand zijn en hieronder staan enkele veelgebruikte niet-lineaire weerstanden.
- thermistors
Thermistors kunnen worden gebruikt om kleine temperatuurveranderingen te detecteren, en de weerstand verandert met de temperatuur, wat een verandering in stroom veroorzaakt. Deze PCB-weerstand wordt vaak gebruikt in voertuigen, oplaadbare batterijen, thermometers en consumentenelektronica.
- Varistoren
Varistoren zijn doorgaans gemaakt van halfgeleidermaterialen en de weerstand varieert met de toegepaste spanning. Ze kunnen effectief hoge transiënte spanningen onderdrukken. Omdat varistoren een hoge weerstand hebben bij lage spanningen, daalt hun weerstand aanzienlijk boven een bepaalde spanning. Deze eigenschap maakt ze ideaal voor gebruik als overspanningsbeveiliging om schade aan gevoelige elektronische apparatuur te voorkomen.
- Lichtgevoelige weerstanden
Lichtafhankelijke weerstanden worden ook wel fotoweerstanden genoemd. De weerstandswaarde is afhankelijk van de intensiteit van het licht dat erop schijnt. In het donker is de weerstandswaarde het hoogst en naarmate de hoeveelheid licht toeneemt, neemt de weerstand af. Ze zijn gemaakt van halfgeleidermaterialen zoals cadmiumsulfide of cadmiumselenide.
SMD Weerstanden en doorlopende gatenweerstanden
PCB-weerstanden worden onderverdeeld in SMD- en doorlopende weerstanden op basis van de assemblagemethode. Hieronder volgen veelvoorkomende typen printplaatweerstanden in elke categorie.
- Doorlopende weerstanden
- axiaal Rweerstanden
De draden van axiale weerstanden worden van beide uiteinden van de weerstand getrokken en in een rechte lijn geplaatst. Deze PCB-weerstand is een eenvoudige structuur met een lage prijs en is geschikt voor ruime lay-outruimte.
- Radial Rweerstanden
De draden van de radiale weerstanden worden aan dezelfde kant verwijderd in een gebruikelijk dubbelrijpatroon. Het neemt minder ruimte in beslag op het bord en is goed geschikt voor compacte en high-density lay-outs.
- Dubbele in-line Ppakket (DIP) Rsistor Nnetwerken
Het through-line package weerstandsnetwerk bevat een aantal weerstanden in één package, met een dual-in-line package. Het is compact en zeer geschikt voor die circuitontwerpen die meerdere weerstanden vereisen, zoals IC-configuraties.
- SMD-weerstanden
- spaander Rweerstanden
Chipweerstanden zijn kleine rechthoekige weerstanden die direct op het PCB-oppervlak worden gesoldeerd. Ze zijn goedkoop en klein en worden veel gebruikt in high-density circuit design.
- Netwerk Rweerstanden
SMD-weerstandsnetwerken zijn hetzelfde als DIP-netwerken, maar zijn oppervlaktemonteerbaar. Ze bevatten een aantal weerstanden in één pakket en zijn erg handig om te gebruiken in circuits die meer dan één weerstand nodig hebben, omdat ze ruimte besparen en de installatie vereenvoudigen.
Hoe kies je de Ideal PCB Weerstand?
Bij het kiezen van een PCB-weerstand moet u rekening houden met deze zeven factoren. Laten we deze factoren één voor één bekijken.
Weerstandswaarde
Analyseer eerst het circuitontwerp of schema en gebruik vervolgens de wet van Ohm-berekeningen om de weerstandswaarde te bepalen die nodig is voor het circuit. De weerstandswaarde specificeert de hoeveelheid stroom die door een bepaald gedeelte van het circuit mag gaan en helpt bij het bepalen van het spanningsniveau.
Vermogen
Het vermogen dat door de PCB-weerstand wordt gedissipeerd, kan worden berekend met behulp van de formule P = V²/R of P = I²R. Het is raadzaam dat de printplaatweerstand een vermogen heeft dat twee keer zo hoog is als het berekende vermogen om oververhitting te voorkomen en betrouwbaarheid te garanderen. In toepassingen waarbij de weerstand zich in slecht geventileerde of hogetemperatuurgebieden bevindt, is een hoger vermogen vereist. Weerstanden met een hoger vermogen zijn over het algemeen groter en er moet rekening worden gehouden met de beschikbare ruimte voor de PCB.
Tolerantie
De tolerantie is het hoogst acceptabele verschil tussen de nominale waarde en de werkwaarde van een weerstand, normaal gesproken weergegeven als een percentagewaarde. Het kan een 5% hogere of 5% lagere werkelijke weerstand zijn als het voor 5% tolerantie is. In circuits met hoge nauwkeurigheid kan de tolerantie ±1% of hogere nauwkeurigheid zijn, en gemiddeld gebruik kan ±5% tolerantie of ±10% tolerantie hebben, afhankelijk van prijsoverwegingen.
Temperatuurcoëfficiënt
Temperatuurcoëfficiënt geeft aan hoe de weerstand verandert met de temperatuur. De selectie van een weerstand met een geschikte temperatuurcoëfficiënt zorgt ervoor dat de weerstandswaarde stabiel blijft over het werkelijke bedrijfstemperatuurbereik en heeft dus geen nadelige invloed op de werking van het circuit. Lage temperatuurcoëfficiënt geeft een kleine verandering in de weerstandswaarde aan met de temperatuur en is het meest geschikt voor zeer nauwkeurige circuits waarbij stabiliteit van het grootste belang is. Weerstanden met een lage temperatuurcoëfficiënt zijn echter kostbaar en kosten en prestaties moeten worden afgewogen.
Voltage Rating
De spanningsclassificatie is de maximale spanning die een weerstand kan verdragen, en het is een maat voor de hoeveelheid stroom die de weerstand kan voeren zonder schade te veroorzaken. Het moet groter zijn dan de maximale spanning over de weerstand met een veiligheidsmarge om overbelasting te voorkomen.
Grootte
Evalueer de beschikbare ruimte op het bord. Kleine weerstanden zijn handig voor compacte ontwerpen, maar hebben een lagere vermogensverwerkingscapaciteit. Grote weerstanden kunnen meer vermogen verwerken en tegelijkertijd warmte efficiënter afvoeren. Ten tweede, overweeg de PCB-assemblagemethode, met name voor handmatig solderen, wat gemakkelijker te hanteren is met grotere weerstanden.
Geluid
Weerstanden genereren ruis tijdens gebruik en ruis neemt toe met de toename van de frequentie. In gevoelige circuits moeten weerstanden met een lage ruis worden geselecteerd.
Belangrijkste toepassingen van printplaatweerstanden
PCB-weerstanden spelen een belangrijke rol in printplaten. Hieronder volgen hun belangrijkste toepassingen.
Huidige beperking
Wanneer een PCB-weerstand in serie wordt geschakeld met een LED, een geïntegreerd circuit (IC) of een ander elektronisch precisiecomponent, is de functie ervan het beperken van de stroom die door die componenten gaat. Zo wordt voorkomen dat ze beschadigd raken door een te hoge stroomsterkte.
Spanningsverdeling
Spanningsdelers zijn eenvoudige en praktische circuits waarvan het werkingsprincipe gebaseerd is op twee of meer weerstanden die in serie zijn geschakeld met een spanningsbron. Met deze opstelling kan een lagere gecontroleerde spanningsuitgang worden geproduceerd vanuit een hogere voedingsspanning. Dit circuit wordt veel gebruikt in het ontwerp van voedingen, bias-netwerken voor transistorversterkers, ADC-interfaces, enz.
Omhoog/omlaag trekken
Pull-up- en pull-down-weerstanden worden aangesloten tussen de logische uitgang van het geïntegreerde circuit en de positieve of negatieve voedingsrail (aarde). Hun belangrijkste functie is om ervoor te zorgen dat een bekend logisch spanningsniveau wordt gehandhaafd wanneer de IC-uitgang zich in een hoge impedantiestatus bevindt. Dit ontwerp biedt een duidelijke standaardstatus voor het circuit, waardoor het optreden van logische fouten en valse triggers effectief wordt voorkomen, en is een belangrijk onderdeel om de betrouwbare werking van verschillende digitale logische circuits te garanderen.
Biasing-netwerken
In transistorversterkers en analoge geïntegreerde schakelingen (op-amps) worden weerstanden gebruikt om de juiste gelijkstroom (DC) biasspanning of stroomniveaus te leveren, zodat ze goed werken in hun lineaire werkingsgebied.
Terugkoppelingscircuits
Weerstanden spelen een cruciale rol in de terugkoppellussen van operationele versterkers (op-amps), digitaal-naar-analoogomzetters (DAC's) , analoog-naar-digitaalomzetters (ADC's), enzovoort. Ze worden gebruikt om de versterking, stabiliteit, frequentierespons en uitgangsimpedantie aan te passen, zodat het circuit naar behoren functioneert.
Conclusie
Door de juiste PCB-weerstand voor een printplaat te kiezen, kunt u de prestaties, betrouwbaarheid en zelfs de kosten optimaliseren. Bij het kiezen is het belangrijk om rekening te houden met de zeven belangrijkste PCB-weerstandsparameters, die vervolgens kunnen worden afgestemd op de werkelijke behoeften van het circuit om een weloverwogen keuze te maken. Neem contact op met het deskundige team van UnityPCB voor professioneel advies en oplossingen als u twijfels hebt tijdens het selectieproces.
