Resistors, en het uitrekenen van weerstand

Een tijdje terug heb ik een algemene post gemaakt over elektronica (en computers). In deze post zijn resistors weinig aan bod gekomen terwijl we deze in elektronische circuits wel vaak gebruiken. Een resistor is een “weerstandje” welke elektrische stroom belemmerd en dus afzwakt. Dit omdat niet ieder component in een circuit functioneert op dezelfde hoeveelheid stroom. In deze post probeer ik beter uit te leggen wat een resistor is en hoe we de benodigde weerstand uit kunnen rekenen.

Het sleutelwoord in deze post is “resistentie” ofwel “weerstand”. Want dat is namelijk exact wat een resistor doet. Een resistor is een passief element binnen elektronisch circuit welke de stroomsterkte vermindert, signaalniveau aanpast en spanning verdeeld. De transistor doet dit zodat het vervolgcomponent niet “verbrand”.

Er zijn verschillende transistors zoals hoogvermogens weerstanden die veel watt aan elektrisch vermogen kunnen afgeven als warmte, variabele weerstanden die afhankelijk van het circuitelement bestuurd wordt zoals b.v. een dimmer en vaste weerstanden die altijd dezelfde hoeveelheid energie afzwakken en qua functioneren niet veel veranderen als de temperatuur, tijd of spanning veranderen.

In kleine elektronische circuits zoals bij de Arduino gebruiken we vaak die laatste, de vaste weerstand.

Kiezen juiste Resistor

Voor het kiezen van de juiste resistor moeten we eerst een 3-tal zaken weten, namelijk:

• Supply Voltage (hoeveel volt loopt er over het circuit)
• Device Voltage (wordt vaak ook “Foreward Voltage” genoemd en is het aantal volts welke het apparaat nodig heeft om te functioneren)
• Device Current (wordt vaak ook “foreward Current” genoemd en is het aantal ampère (miliampère ofwel “mA”) dat een apparaat nodig heeft om te functioneren.)

Als de Device Current in een range vermeld wordt (b.v. 20-30 mA) kies dan een waarde die in het midden ligt. Dus in dit geval 25 mA.

Hierboven lezen we over “Foreward Voltage” en “Foreward Current”. Hiermee bedoelen we de spanningsval over de diode als de spanning aan de anode (+) positiever is dan de spanning aan de kathode (-). Met andere woorden, “Foreward Voltage / Current” is de spanning die door het component verbruikt wordt en dus benodigd is om “door” component te gaan.

Als je “Foreward” Voltage en Current hebt dan hebt je ook “Reverse” Voltage en Current. Dit is de spanningsval over de diode als de spanning aan de kathode (-) positiever is dan de spanning aan de anode (+). Met andere woorden, wanneer een positief geladen energie aangesloten wordt aan de kathode (-). Hoeveel spanning kan het component doorlaten naar de kant van de anode alvorens het component doorbrand. Meestal zijn de “Reverse” waardes veel hoger dan de “Foreward” waardes.

Even resumé uit de vorige post:

Ampère / Stroom
Weergavesymbool: A
Ampère is de eenheid van stroom. We gebruiken Ampère om aan te geven hoeveel lading er per seconde getransporteerd wordt over de geleider (Coulomb per seconde). Dus, de snelheid van de stroom.

Spanning – Volt
Weergavesymbool: U
De krachtbron doet dus aan ladingscheiding. Maar de krachtbron doet meer. De krachtbron geeft de elektrodes namelijk ook een bepaalde hoeveelheid energie mee. De hoeveelheid energie een elektrode met zich meebrengt noemen we de “spanning”. Spanning wordt aangegeven het het symbool U en de eenheid “Volt”.

Vermogen – Watt
Weergavesymbool: P
Met het vermogen geven we aan hoeveel spanning of ampère een apparaat nodig heeft om te functioneren. Als een apparaat (b.v. een lamp) te weinig spanning krijgt dan zal de stroomtoevoer (ampère) omhoog gaan. Zo niet dan brand de lamp minder fel of helemaal niet.

Weerstand / Resistantie
Weergavesymbool: R
Eenheidssymbool: Ω (Ohm)
De weerstand of resistantie is de mogelijkheid om elektrische stroom te belemmeren (af te zwakken). Om stroom te laten geleiden is energie nodig. Des te meer weerstand er geboden wordt, des te meer energie het kost en dus te zwakker de stroom wordt (zwakker het aantal ampère). In formules wordt weerstand aangetoond met de letter R (van het Latijnse “resistre”) en heeft als eenheidssymbool de hoofdletter omega (Ω). Normaliter duiden we weerstand aan als “ohm”.

Als we kijken naar weerstanden dan zien we dat er een kleurencombinatie aanwezig is op de weerstanden. Deze kleuren geven de kracht ofwel de weerstand van de resistor aan.

Deze combinatie bestaat uit 4, 5 of 6 kleurbanden. Bij een 4-band resistor zijn dit 2 digits, een multiplier en een tolerance. Bij een 5-band resistor is er een 3e digit en bij een 6-band resistor een 3e digit en een temperature coëfficiënt. Deze kleurencombinatie laat zien wat de resistentie is van de resistor alsmede de tolerance (en bij een 6-band resistor de maximale temperatuur).

Deze kleuren hebben altijd dezelfde volgorde (van laag naar hoog), namelijk:

Black (zwart)
Brown (bruin)
Red (rood)
Orange (oranje)
Yellow (geel)
Green (groen)
Blue (blauw)
Violet (paars)
Grey (grijs)
White (wit)

Ofwel: BBROYGBVGW (Boys Boys Race Our YOung Girls But Violet Generally Wins).
In het Nederlands: ZBROGGBPGW (Zij Brengt Rozen Op Gerrits Graf Bij Vies Grijs Weer).

De kleuren representeren de volgende waardes:

Black x1 (waarde 0)
Brown x10 (waarde 1)
Red x100 (waarde 2)
Orange x1000 (waarde 3)
Yellow x10000 (waarde 4)
Green x100000 (waarde 5)
Blue x1000000 (waarde 6)
Violet x10000000 (waarde 7)
Grey x100000000 (waarde 8)
White x1000000000 (waarde 9)

Bovenstaande zijn de waardes voor de digits. Let op dat de 1e digit 9 banden heeft en begint bij “Brown”en dus geen “black” heeft. De 5e (tolerantie) band heeft 2 extra kleuren, namelijk goud en zilver met andere waardes en de 6e (temperature coëfficiënt) band heeft ook 10 kleuren maar uiteraard ook met andere waardes dan hierboven vermeld.

Een 220 Ohm resistor heeft dus de kleuren rood, rood, bruin. 2-2 (tweeëntwintig) x 10.

Resistentie Berekenen / Weerstand berekenen

Nu we weten hoe resistors eruit zien en wat ze doen willen we graag de juiste resistentie kunnen berekenen.

Uiteraard zou je een online calculator kunnen gebruiken om de juiste resistor uit te rekenen. Bijvoorbeeld:

• Weerstand uitrekenen voor 1 component (LED)
• Weerstand uitrekenen voor componenten (LED’s) in serie geschakeld
• Bereken verschillende stroomeenheden

Maar wij gaan het handmatig uitrekenen. De formule hiervoor is:
R = V / I

Ofwel:
Resistance = Volt (Source Volts – Device Foreward Volt) / Current (MiliAmpere mA / 1000)

Dus als een 5V apparaat een led aanstuurt van 1.5 volt, 50mA dan wordt de formule:

(5 – 1.5) / (50/1000 = 0,05) = Resistence
3.5 / 0.05 = 70 Ohm

De ideale resistor zou dus 70 Ohm zijn. Echter zijn die wat lastig te kopen. Pak daarom de resistor die het dichtste in de buurt zit (naar boven toe). In dit geval zou een 100 ohm resitor prima volstaan.

En dat lieve mensen… is hoe we weerstand uitrekenen en beperken met een resistor!