Hobby-lab: weerstand decaden print

(gepubliceerd op 11-03-2021)

Onmisbaar in ieder elektronica-lab bij het experimenteren! De mogelijkheid om een weerstand in een schakeling snel van waarde te veranderen. Met dit printje van slechts € 2,50 kan dat op een ideale manier. Maar hoe nauwkeurig is de ingestelde weerstand?

Kennismaking met de 'Seven Decade Resistor Board'


Het principe van een weerstand decaden box
In zijn eenvoudigste uitvoering bestaat een weerstand decade uit negen even grote in serie geschakelde weerstanden R1 tot en met R9 van bijvoorbeeld 1 kΩ en een tienstanden schakelaar S1. Met deze schakelaar kunt tien aftakkingen maken op de serieschakeling van de weerstanden. Op deze manier kunt u, door aan de schakelaar te draaien, een weerstand selecteren van 0 kΩ, 1 kΩ, 2 kΩ, enzovoort tot en met 9 kΩ. 

Weerstand-decaden-print-01 (© 2021 Jos Verstraten)
Het schema van een weerstand decade. (© 2021 Jos Verstraten)

Als u vervolgens een aantal van deze schakelingen weer in serie zet, met ieder een andere decade van weerstanden, dan kunt u iedere gewenste weerstandswaarde tussen bijvoorbeeld 9,999999 MΩ en 1 Ω zeer nauwkeurig instellen. In de onderstaande foto is zo'n weerstand decaden box voorgesteld.

Weerstand-decaden-print-02 (© Banggood)

Een voorbeeld van een weerstand decaden box. (© Banggood)


Een goedkoop alternatief
Zo'n mooi kastje kost toch minstens € 35,00. Als u genoegen neemt met minder gebruiksgemak bestaat een goedkoper alternatief. De dure draaischakelaars met knoppen worden vervangen door een aantal spotgoedkope tweepolige print-headers, waar u op de juiste plaats een jumper in plugt. Op deze manier kan de 'weerstand decaden box' gereduceerd worden tot een 'weerstand decaden print' met een aanzienlijke kostenreductie tot gevolg.


Waar te koop?

In China, uiteraard, waar anders? Een dergelijke print wordt via de bekende Chinese verkoopkanalen merkloos aangeboden onder de naam 'Seven Decade Programmable Resistor Board'. Dit printje bevat zeven van de beschreven weerstand decaden in de bereiken:
       - 1 Ω tot 9 Ω
       - 10 Ω tot 90 Ω
       - 100 Ω tot 900 Ω
       - 1 kΩ tot 9 kΩ
       - 10 kΩ tot 90 kΩ
       - 100 kΩ tot 900 kΩ
       - 1 MΩ tot 9 MΩ
U kunt de weerstand van het printje dus instellen tussen 0 Ω (alle jumpers in de bovenste stand) tot 9,999999 MΩ (alle jumpers in de onderste stand).

Wat is de prijs?
Wij vinden aanbieders die het printje aanbieden voor $ 2.65 (via AliExpress), maar ook een aanbieder die er 'in de aanbieding' € 13,99 voor vraagt. Wél moet u er op letten dat er twee versies in de handel zijn. Bij de goedkoopste versie moet u het printje op uw schakeling aansluiten via een tweepolige print-header. Bij de duurdere versie is het printje voorzien van twee groter uitgevallen schroefconnectoren op de rechter zijkant van de print. Van deze laatste uitvoering vinden wij de goedkoopte aanbieding van $ 5.00 via Alibaba.
Dit artikel gaat over de goedkope versie, maar technisch zijn er geen verschillen tussen beide printjes.

Weerstand-decaden-print-03 (© 2021 Jos Verstraten)
De twee uitvoeringen van deze weerstand decaden print. (© 2021 Jos Verstraten)

De specificaties
Volgens de leveranciers voldoet deze weerstand decaden print aan de onderstaande specificaties:
       - Soort weerstanden: metaalfilm SMD
       - Weerstandstolerantie: ±1 %
       - Weerstandsvermogen: 0,5 W
       - Maximale spanning tussen de aansluitingen: 200 Vdc
       - Weerstandsbereik: 0 Ω tot 9,999999 MΩ
       - Afmetingen print: 90 mm x 35 mm
       - Gewicht print: 20 g

Een kleine test van deze weerstand decaden print


Visuele inspectie
De print is van een uitstekende kwaliteit en op de manier waarop de onderdelen er op zijn gesoldeerd is niets aan te merken. In de onderstaande foto ziet u de onderzijde van het printje.

Weerstand-decaden-print-04 (© Banggood)

De onderzijde van de print. (© Banggood)


De manier waarop de printsporen zijn aangebracht is goed doordacht. Zoals uit de onderste microscoop-foto valt op de maken zijn de 'moedercontacten' van de print-headers via zeer brede track's op de componentenzijde met elkaar doorverboden. U ziet deze brede track onder de cijfer-opdruk. De knooppunten tussen de weerstanden gaan met veel dunnere track's op de achterzijde van de print naar de overige contacten van de print-headers. Deze track's staan zo goed als loodrecht op de brede track's, de onderlinge capaciteit is dus minimaal. U ziet ook hoe netjes de SMD-weerstanden op de print zijn aangebracht.

Weerstand-decaden-print-05 (© 2021 Jos Verstraten)
Detail opname van de weerstanden en de print-headers. (© 2021 Jos Verstraten)

Het maximale vermogen en spanning
De op het printje aanwezige weerstandjes zijn 3,2 mm bij 1,6 mm groot. Uit de data-tabellen blijkt dat dit zogenaamde SMD-1206 weerstanden moeten zijn. Volgens de specificaties hebben deze weerstandjes een vermogen van maximaal 0,25 W. Wat dit punt betreft kloppen de specificaties dus niet. De maximale spanning van 200 Vdc is echter wél correct.

De restweerstand van het printje
Als alle jumpers in de bovenste print-headers van de decaden zitten zijn alle weerstanden uitgeschakeld en moet de weerstand dus 0 Ω zijn. Deze restweerstand is uiteraard een belangrijk gegeven van een weerstand decade.
Wij hebben dit gemeten met onze Fluke 8842A referentiemeter volgens de vier-draad methode. De meter wordt via vergulde Kelvin-probes aangesloten op de print-header Rx van het printje. Uiteraard worden de Kelvin-probes eerst kortgesloten en de eigen weerstand wordt via de meet-optie 'REL' uitgeschakeld. Het door ons getest printje heeft een restweerstand van 0,188 Ω.

Share

De tolerantie op de weerstandswaarde

Volgens de specificatie zijn de decaden samengesteld uit weerstanden met een tolerantie van ±1 %. Het maakt voor de tolerantie op de totale weerstand van het printje niet uit hoeveel weerstanden u in serie schakelt. De tolerantie op de som van de weerstanden moet ook tussen de grenzen -1 % en +1 % liggen. In de onderstaande tabel ziet u het resultaat van deze test. Dat de procentuele afwijking bij de laagste decade onaanvaardbaar groot is, is uiteraard een gevolg van de restweerstand. Maar gelukkig zult u in de dagelijkse lab-praktijk vrijwel nooit weerstanden van 1 Ω tot 9 Ω nodig hebben. En hebt u ze wél nodig, dan zal een vermogen van 0,25 W zelden voldoende zijn.
Vanaf 50 Ω liggen de gemeten toleranties verbazingwekkend laag. Aan de specificatie van een nauwkeurigheid van ± 1 % wordt dus ruimschoots voldaan. De gemiddelde afwijking van de gemeten weerstanden tussen 50 Ω en 9,999999 MΩ bedraagt slechts 0,158 %!
Meer dan uitstekend!

Weerstand-decaden-print-06 (© 2021 Jos Verstraten)
Test van de tolerantie op de ingestelde weerstandswaarde. (© 2021 Jos Verstraten)

De invloed van de temperatuur
Dit hebben wij gemeten door het printje in te stellen op 1 kΩ en langzaam op te warmen tot 70 °C. De temperatuur bij de ingeschakelde weerstand werd gemeten met een thermokoppel meter. De resultaten ziet u in de onderstaande tabel en zijn uitstekend. Blijkbaar hebben de toegepaste SMD-weerstandjes een kleine negatieve temperatuurscoëfficiënt. Als u de drie laatste cijfers van de weerstandsmeting in een grafiek uitzet in functie van de temperatuur, dan ziet u dat de zes meetpunten keurig op een vrijwel rechte, licht dalende lijn liggen.
In de praktijk zult u van de invloed van de temperatuur vrijwel geen last hebben.

Weerstand-decaden-print-08 (© 2021 Jos Verstraten)
Invloed van de temperatuur op de weerstandswaarde.
(© 2021 Jos Verstraten)

De weerstand decaden print in de praktijk


U moet er steeds aan denken dat, als u een van de jumpers verplaatst bij het omschakelen, de weerstand van het printje even naar oneindig gaat! Dat betekent dat u het printje nooit alleen in de stroomkring van bijvoorbeeld een transistor mag opnemen. Bij het omschakelen zou dan immers de stroom door de halfgeleider even onderbroken worden. Dat kan niet de bedoeling zijn!
Hoe u de weerstand decaden print wél moet gebruiken is getekend in de onderstaande figuur. Stel dat de spanning op de collector van een transistor 5,0 V moet bedragen. U hebt berekend dat dit waarschijnlijk het geval is als u een emitterweerstand van 482 Ω toepast.

Weerstand-decaden-print-07 (© 2021 Jos Verstraten)
Gebruik van het printje in de praktijk. (© 2021 Jos Verstraten)

Bouw de schakeling op met een emitterweerstand van 510 Ω. De collectorspanning zal te hoog zijn. Zet nu het weerstand decaden printje, ingesteld op bijvoorbeeld 10 kΩ, over deze weerstand en verzet de jumpers tot u de juiste spanning op de collector meet. Lees nu de ingestelde waarde op het weerstand decaden printje af. Stel dat dit 5,792 kΩ is. U verwijdert het printje en soldeert een weerstand van 5,76 kΩ uit de E96 reeks parallel over de weerstand van 510 Ω. Instelling klaar!


(Banggood sponsor advertentie)
TDA2030A Audio Amplifier Module