Resistance es ist eines der Grundbegriffe in der Elektronik und Elektrotechnik. Es bestimmt die Komplexität des Durchgangs von elektrischem Strom durch ein Material. Lineare Widerstände wiederum sind die gebräuchlichsten Elemente elektrischer Schaltungen und haben einen konstanten Widerstand.
Der Widerstand von linearen Widerständen hängt von mehreren Faktoren ab. Der erste und wichtigste Faktor ist die Länge des Widerstands. Je länger der Widerstand ist, desto mehr Energie wird benötigt, um Strom durch ihn zu fließen. Dieser Faktor kann durch eine Formel ausgedrückt werden, die zeigt, dass der Widerstand direkt proportional zur Länge des Widerstands ist.
Widerstand = (Widerstand × Länge) / Querschnittsfläche
Die Querschnittsfläche des Widerstands ist ebenfalls betroffen. Es mag zunächst seltsam erscheinen, dass eine große Querschnittsfläche den Widerstand erhöhen kann. In der Praxis liegt dies jedoch daran, dass eine Erhöhung der Querschnittsfläche zu einer Erhöhung der Anzahl von Elektronen führt, die sich frei durch den Widerstand bewegen können, und somit zu einer Abnahme der Komplexität des Stroms. Somit ist der Widerstand des linearen Widerstands umgekehrt proportional zur Querschnittsfläche.
Temperatur es ist auch ein wichtiger Faktor, der den Widerstand von linearen Widerständen beeinflusst. Bei vielen Widerständen ist der Temperaturabhängigkeitskoeffizient des Widerstands positiv, was bedeutet, dass der Widerstand mit steigender Temperatur zunimmt. Es gibt jedoch auch Widerstände mit einem negativen Koeffizienten, bei denen der Widerstand mit steigender Temperatur abnimmt
Einfluss des Materials auf den Widerstand von Widerständen
Die Materialien, die zur Herstellung von Widerständen verwendet werden, haben unterschiedliche elektrische Leitfähigkeitsniveaus. Insbesondere haben Metalle im Vergleich zu Halbleitermaterialien einen geringeren Widerstand.
Zum Beispiel haben Widerstände aus Metallen wie Nickel oder Kupfer einen relativ niedrigen Widerstand, der es ihnen ermöglicht, den Stromfluss effektiv zu steuern. Dies macht solche Widerstände ideal für den Einsatz in den meisten herkömmlichen Stromkreisen.
Auf der anderen Seite haben Halbleiter wie Kohlenstoff oder Tetragen einen höheren Widerstand. Dies ermöglicht es ihnen, Wärme zu erzeugen, wenn elektrischer Strom fließt und in spezifischen Anwendungen wie Sicherungen oder Sensoren verwendet wird.
| Widerstandsmaterial | Resistance |
|---|---|
| Nickel | Niedriges |
| Kupfer | Niedriges |
| Kohlenstoff | Hoch |
| Tetrageni | Hoch |
Daher muss die Auswahl des Materials für den Widerstand auf den Anforderungen eines bestimmten elektrischen Stromkreises basieren. Ein niedriger Widerstand von Metallwiderständen wird häufig in allgemeinen Fällen bevorzugt, aber in einigen Situationen können Halbleiterwiderstände eine geeignetere Lösung sein.
Metalle und deren Legierungen
Einer der Hauptfaktoren, die den Widerstand eines Metalls beeinflussen, ist seine elektrische Leitfähigkeit. Metalle wie Kupfer und Aluminium haben eine hohe elektrische Leitfähigkeit, was bedeutet, dass sie den Durchgang von elektrischem Strom leicht ermöglichen. Deshalb werden diese Materialien häufig verwendet, um Leiter und Widerstände herzustellen.
Darüber hinaus haben Metalle und ihre Legierungen ein hohes Maß an Stabilität und Haltbarkeit. Sie sind selten anfällig für Oxidation oder Korrosion, was sie zu zuverlässigen und langlebigen Materialien für die Herstellung von linearen Widerständen macht.
Eine weitere wichtige Eigenschaft von Metallen und ihren Legierungen ist ihre Wärmeleitfähigkeit. Dies bedeutet, dass sie Wärme gut verteilen, was dazu beiträgt, eine Überhitzung des Widerstands zu verhindern und seinen Widerstand zu erhöhen.
Bei der Herstellung von linearen Widerständen werden häufig Legierungen wie Nickel-Chrom und Nickel-Chrom-Eisen verwendet. Diese Legierungen haben einen hohen Widerstand und eine hohe Stabilität, wodurch Widerstände mit unterschiedlichen Nennwerten erzeugt werden können.
Darüber hinaus können Metalle und ihre Legierungen leicht in verschiedene Formen und Größen geformt werden, wodurch Widerstände mit unterschiedlichen Konstruktionsmerkmalen erzeugt werden können. Sie haben auch eine gute Lötbarkeit und Schweißbarkeit, was die Montage und den Anschluss an einen elektrischen Stromkreis erleichtert.
| Metall/Legierung | elektrische Leitfähigkeit | Wärmeleitfähigkeit | Stabilität |
|---|---|---|---|
| Kupfer | Hoehe | Hoehe | Hoehe |
| Aluminium | Hoehe | Hoehe | Hoehe |
| Nickel-Chrom | Normale | Hoehe | Hoehe |
| Nickel-Chrom-Eisen | Normale | Hoehe | Hoehe |
Zusammenfassend können wir sagen, dass Metalle und ihre Legierungen eine Reihe von Eigenschaften haben, die sie zu idealen Materialien für die Herstellung von linearen Widerständen machen. Ihre hohe elektrische Leitfähigkeit, Stabilität, Haltbarkeit und Wärmeleitfähigkeit ermöglichen zuverlässige und effiziente Widerstände mit unterschiedlichen Eigenschaften.
Halbleiter
Der bekannteste Halbleiter ist Silizium (Si), das bei der Herstellung elektronischer Geräte weit verbreitet ist. Eines der wichtigsten Merkmale von Halbleitern ist die Fähigkeit, ihre Leitfähigkeit durch die Einführung von Verunreinigungen zu kontrollieren. Dies ermöglicht die Erstellung verschiedener Arten von Halbleitern wie dem N-Typ und dem P-Typ.
Der N-Typ von Halbleitern wird von Elektronen dominiert und die Leitfähigkeit wird durch ihre Bewegung gewährleistet. Der P-Typ von Halbleitern wird von Löchern dominiert und die Leitfähigkeit wird durch die Bewegung der Löcher gewährleistet.
Halbleiter finden sich in vielen elektronischen Geräten, von Radios und Fernsehgeräten bis hin zu Computern und Mobiltelefonen. Eine wichtige Eigenschaft von Halbleitern ist ihre Fähigkeit, in einen Zustand voller Leitfähigkeit oder vollständiger Isolierung überzugehen, was sie zu einem integralen Bestandteil der modernen Elektronik macht.
Temperaturabhängigkeit des Widerstands von Widerständen
Die Temperaturabhängigkeit des Widerstands von Widerständen wird durch die Eigenschaften des Materials bestimmt, aus dem sie hergestellt sind. In einfachen Metallwiderständen steigt der Widerstand normalerweise mit zunehmender Temperatur an. Dies liegt daran, dass die Atome im Material bei steigender Temperatur intensiver zu schwanken beginnen, was zu einem Anstieg des elektrischen Widerstands führt.
Es gibt jedoch auch spezielle Widerstände, bei denen der Widerstand mit steigender Temperatur abnimmt. Zum Beispiel werden Thermistoren zur Temperaturmessung verwendet und haben eine umgekehrte Temperaturabhängigkeit - der Widerstand nimmt mit zunehmender Temperatur ab. Diese Eigenschaft basiert auf einer Änderung der Eigenschaften des Halbleitermaterials, wenn sich die Temperatur ändert.
Daher ist bei der Auswahl und Verwendung von Widerständen ihre Temperaturabhängigkeit zu berücksichtigen, insbesondere bei hohen Temperaturen. Es ist notwendig, Widerstände auszuwählen, bei denen die Temperaturabhängigkeit des Widerstands minimal ist oder Anpassungen in den Berechnungen zu berücksichtigen, die mit der Änderung des Widerstands in Abhängigkeit von der Temperatur verbunden sind.
PTC
Lineare Widerstände können unterschiedliche Werte für den Temperaturkoeffizienten haben, der charakterisiert, wie sich ihr Widerstand ändert, wenn sich die Temperatur ändert. Ein positiver Temperaturkoeffizient bedeutet, dass der Widerstand des Widerstands mit einem signifikanten Temperaturanstieg ebenfalls zunimmt. Dies liegt an der Veränderung der physikalischen Eigenschaften des Materials, aus dem der Widerstand besteht.
Ein positiver Temperaturkoeffizient kann in einigen Anwendungen nützlich sein, z. B. in Kompensationsschaltungen oder Temperaturüberwachungsgeräten. In solchen Fällen erhöht der Widerstand bei steigender Temperatur seinen Widerstand und gleicht Veränderungen in den elektrischen Schaltungen aus, was dazu beiträgt, die Stabilität des Systems aufrechtzuerhalten.
| Das Material | Temperaturkoeffizient, α (ungefähr) |
|---|---|
| Nickellegierung | 0.006 - 0.008 |
| Kupfer | 0.0039 |
| Tantal-Legierungen | 0.001 - 0.006 |
Die genauen Werte des Temperaturkoeffizienten hängen vom jeweiligen Material und seiner Zusammensetzung ab. In der Regel gibt die Dokumentation des Widerstands seinen Temperaturkoeffizienten an, der es ermöglicht, ihn in Berechnungen und Anwendungen zu berücksichtigen.
Negativer Temperaturkoeffizient
Einer der Hauptfaktoren, die den Widerstand von linearen Widerständen beeinflussen, ist ihr Temperaturkoeffizient. Der Temperaturkoeffizient bestimmt, wie sich der Widerstand des Widerstands mit der Temperaturänderung ändert.
Die meisten Materialien, die zur Herstellung von Widerständen verwendet werden, haben einen positiven Temperaturkoeffizienten. Dies bedeutet, dass der Widerstand des Widerstands mit zunehmender Temperatur zunimmt. Einige Materialien, wie Nickel-Legierungen, haben jedoch einen negativen Temperaturkoeffizienten.
Ein negativer Temperaturkoeffizient bedeutet, dass der Widerstand des Widerstands mit zunehmender Temperatur abnimmt. Dies kann für einige Anwendungen eine nützliche Eigenschaft sein, da Sie die Änderung des Widerstands in der Schaltung bei Temperaturänderungen kompensieren können.
Die Verwendung von Widerständen mit einem negativen Temperaturkoeffizienten kann besonders in Schaltungen nützlich sein, bei denen die Stabilität des Widerstands bei unterschiedlichen Temperaturen gewährleistet werden muss. Zum Beispiel bei Thermometern oder Geräten, bei denen die Messgenauigkeit von der Widerstandsstabilität abhängt.
In den meisten Fällen werden jedoch bei herkömmlichen Anwendungen Widerstände mit einem positiven Temperaturkoeffizienten verwendet. Ingenieure berücksichtigen bei der Gestaltung von elektrischen Schaltungen die Änderung des Widerstands bei unterschiedlichen Temperaturen und installieren geeignete Kompensationselemente, um die Auswirkungen von Temperaturänderungen zu minimieren.
