Toate dispozitivele electronice conțin rezistențe ca element principal. Este folosit pentru a modifica cantitatea de curent dintr-un circuit electric. Articolul prezintă proprietățile rezistențelor și metodele de calculare a puterii acestora.
Atribuire rezistență
Rezistoarele sunt folosite pentru a regla curentul în circuitele electrice. Această proprietate este definită de Legea lui Ohm:
I=U/R (1)
Din formula (1) se vede clar că cu cât rezistența este mai mică, cu atât curentul crește mai puternic și invers, cu cât valoarea lui R este mai mică, cu atât curentul este mai mare. Această proprietate a rezistenței electrice este utilizată în inginerie electrică. Pe baza acestei formule, sunt create circuite divizor de curent, care sunt utilizate pe scară largă în dispozitivele electrice.
În acest circuit, curentul de la sursă este împărțit în două, invers proporțional cu rezistențele rezistențelor.
Pe lângă reglarea curentă, rezistențele sunt utilizate în divizoarele de tensiune. În acest caz, legea lui Ohm este folosită din nou, dar într-o formă ușor diferită:
U=I∙R (2)
Din formula (2) rezultă că pe măsură ce rezistența crește, tensiunea crește. Această proprietatefolosit pentru a construi circuite divizor de tensiune.
Din diagramă și formula (2) este clar că tensiunile peste rezistențe sunt distribuite proporțional cu rezistențele.
Imagine cu rezistențe pe diagrame
Conform standardului, rezistențele sunt reprezentate ca un dreptunghi cu dimensiunile de 10 x 4 mm și sunt notate cu litera R. Puterea rezistențelor este adesea indicată pe diagramă. Imaginea acestui indicator este realizată prin linii oblice sau drepte. Dacă puterea este mai mare de 2 wați, atunci desemnarea se face cu cifre romane. Acest lucru se face de obicei pentru rezistențele bobinate. Unele state, cum ar fi Statele Unite, folosesc alte convenții. Pentru a facilita repararea și analiza circuitului, este adesea dată puterea rezistențelor, a cărei desemnare este efectuată în conformitate cu GOST 2.728-74.
Specificațiile dispozitivului
Caracteristica principală a rezistorului este rezistența nominală Rn, care este indicată pe diagrama de lângă rezistor și pe carcasa acestuia. Unitatea de rezistență este ohm, kiloohm și megaohm. Rezistoarele sunt fabricate cu rezistență de la fracțiuni de ohm la sute de megaohmi. Există multe tehnologii pentru producția de rezistențe, toate având atât avantaje, cât și dezavantaje. În principiu, nu există o tehnologie care să permită fabricarea absolut precisă a unui rezistor cu o anumită valoare a rezistenței.
A doua caracteristică importantă este abaterea rezistenței. Se măsoară în % din R nominal. Există un interval standard de abatere a rezistenței: ±20, ±10, ±5, ±2, ±1% și mai departe până lavalori ±0,001%.
Următoarea caracteristică importantă este puterea rezistențelor. În timpul funcționării, se încălzesc de la curentul care trece prin ele. Dacă puterea disipată depășește valoarea permisă, dispozitivul va eșua.
Rezistoarele își schimbă rezistența atunci când sunt încălzite, astfel încât pentru dispozitivele care funcționează într-un interval larg de temperatură se mai introduce o caracteristică - coeficientul de temperatură al rezistenței. Se măsoară în ppm/°C, adică 10-6 Rn/°C (milionime din Rn cu 1°C).
Conexiunea în serie a rezistențelor
Rezistoarele pot fi conectate în trei moduri diferite: în serie, paralel și mixt. Când este conectat în serie, curentul trece prin toate rezistențele pe rând.
Cu o astfel de conexiune, curentul în orice punct al circuitului este același, poate fi determinat prin legea lui Ohm. Rezistența totală a circuitului în acest caz este egală cu suma rezistențelor:
R=200+100+51+39=390 ohmi;
I=U/R=100/390=0, 256 A.
Acum puteți determina puterea atunci când rezistențele sunt conectate în serie, aceasta este calculată prin formula:
P=I2∙R=0, 2562∙390=25, 55 W.
Puterea rezistențelor rămase este determinată în același mod:
P1=I2∙R1=0, 256 2∙200=13, 11 marți;
P2=I2∙R2=0, 256 2∙100=6,55W;
P3=I2∙R3=0, 256 2∙51=3, 34W;
P4=I2∙R4=0, 256 2∙39=2, 55 marți.
Dacă adăugați puterea rezistențelor, obțineți P: complet
P=13, 11+6, 55+3, 34+2, 55=25, 55 marți.
Conexiunea paralelă a rezistențelor
Într-o conexiune în paralel, toate începuturile rezistențelor sunt conectate la un nod al circuitului, iar capetele la altul. Cu această conexiune, curentul se ramifică și curge prin fiecare dispozitiv. Mărimea curentului, conform legii lui Ohm, este invers proporțională cu rezistențele, iar tensiunea la toate rezistențele este aceeași.
Înainte de a găsi curentul, trebuie să calculați conductivitatea totală a tuturor rezistențelor folosind formula binecunoscută:
1/R=1/R1+1/R2+1/R3 +1/R4=1/200+1/100+1/51+1/39=0, 005+0, 01+0, 0196+0, 0256=0, 06024 1/Ohm.
Rezistența este reciproca conductibilității:
R=1/0, 06024=16,6 ohmi.
Folosind legea lui Ohm, găsiți curentul prin sursa:
I=U/R=100∙0, 06024=6, 024 A.
Cunoscând curentul prin sursă, găsiți puterea rezistențelor conectate în paralel prin formula:
P=I2∙R=6, 0242∙16, 6=602, 3 marți.
Conform legii lui Ohm, curentul prin rezistențe este calculat:
I1=U/R1=100/200=0,5A;
I2=U/R2=100/100=1 A;
I3=U/R1=100/51=1, 96A;
I1=U/R1=100/39=2, 56 A.
O formulă ușor diferită poate fi utilizată pentru a calcula puterea rezistențelor în conexiune paralelă:
P1=U2/R1=100 2/200=50W;
P2=U2/R2=100 2/100=100W;
P3=U2/R3=100 2/51=195,9W;
P4=U2/R4=100 2/39=256, 4 marți.
Dacă adunați totul, obțineți puterea tuturor rezistențelor:
P=P1+ P2+ P3+ P 4=50+100+195, 9+256, 4=602, 3 marți.
Conexiune mixtă
Schemele cu conexiune mixtă de rezistențe conțin conexiuni seriale și paralele în același timp. Acest circuit este ușor de convertit prin înlocuirea conexiunii paralele a rezistențelor cu unele în serie. Pentru a face acest lucru, înlocuiți mai întâi rezistențele R2 și R6 cu R2, 6, folosind formula de mai jos:
R2, 6=R2∙R6/R 2+R6.
În același mod, două rezistențe paralele R4, R5 sunt înlocuite cu un R4, 5:
R4, 5=R4∙R5/R 4+R5.
Rezultatul este un circuit nou, mai simplu. Ambele scheme sunt afișate mai jos.
Puterea rezistențelor într-un circuit de conectare mixt este determinată de formula:
P=U∙I.
Pentru a calcula această formulă, mai întâi găsiți tensiunea pe fiecare rezistență și cantitatea de curent prin aceasta. Puteți utiliza o altă metodă pentru a determina puterea rezistențelor. Pentru astase folosește formula:
P=U∙I=(I∙R)∙I=I2∙R.
Dacă se cunoaște numai tensiunea pe rezistoare, atunci se folosește o altă formulă:
P=U∙I=U∙(U/R)=U2/R.
Toate cele trei formule sunt adesea folosite în practică.
Calculul parametrilor circuitului
Calculul parametrilor circuitului este de a găsi curenți și tensiuni necunoscute ale tuturor ramurilor din secțiunile circuitului electric. Cu aceste date, puteți calcula puterea fiecărui rezistor inclus în circuit. Mai sus au fost prezentate metode simple de calcul, dar în practică situația este mai complicată.
În circuitele reale se găsește adesea legătura rezistențelor cu o stea și o deltă, ceea ce creează dificultăți semnificative în calcule. Pentru a simplifica astfel de scheme, au fost dezvoltate metode pentru transformarea unei stele într-un triunghi și invers. Această metodă este ilustrată în diagrama de mai jos:
Primul circuit are o stea conectată la nodurile 0-1-3. Rezistorul R1 este conectat la nodul 1, R3 la nodul 3 și R5 la nodul 0. În a doua diagramă, rezistențele triunghiulare sunt conectate la nodurile 1-3-0. Rezistoarele R1-0 și R1-3 sunt conectate la nodul 1, R1-3 și R3-0 sunt conectate la nodul 3, iar R3-0 și R1-0 sunt conectate la nodul 0. Aceste două scheme sunt complet echivalente.
Pentru a trece de la primul circuit la al doilea, se calculează rezistențele rezistențelor triunghiulare:
R1-0=R1+R5+R1∙R5/R3;
R1-3=R1+R3+R1∙R3/R5;
R3-0=R3+R5+R3∙R5/R1.
Transformările ulterioare se reduc la calculul rezistențelor conectate în paralel și în serie. Când este găsită impedanța circuitului, curentul prin sursă este găsit conform legii lui Ohm. Folosind această lege, nu este dificil să găsiți curenții în toate ramurile.
Cum se determină puterea rezistențelor după găsirea tuturor curenților? Pentru a face acest lucru, folosiți formula binecunoscută: P=I2∙R, aplicând-o pentru fiecare rezistență, vom găsi puterea acestora.
Determinarea experimentală a caracteristicilor elementelor circuitului
Pentru a determina experimental caracteristicile dorite ale elementelor, este necesar să se asambleze un anumit circuit din componente reale. După aceea, cu ajutorul instrumentelor electrice de măsură, se efectuează toate măsurătorile necesare. Această metodă necesită forță de muncă și este costisitoare. Proiectanții de dispozitive electrice și electronice folosesc programe de simulare în acest scop. Cu ajutorul acestora se fac toate calculele necesare si se modeleaza comportarea elementelor circuitului in diverse situatii. Abia după aceea este asamblat un prototip al unui dispozitiv tehnic. Un astfel de program comun este sistemul puternic de simulare Multisim 14.0 al National Instruments.
Cum se determină puterea rezistențelor folosind acest program? Acest lucru se poate face în două moduri. Prima metodă este de a măsura curentul și tensiunea cu un ampermetru și un voltmetru. Înmulțind rezultatele măsurătorii, se obține puterea necesară.
Din acest circuit determinăm puterea de rezistență R3:
P3=U∙I=1, 032∙0, 02=0, 02064 W=20,6 mW.
A doua metodă este măsurarea directă a puterii lafolosind un wattmetru.
Din această diagramă se poate observa că puterea rezistenței R3 este P3=20,8 mW. Discrepanța datorată erorii din prima metodă este mai mare. Puterile altor elemente sunt determinate în același mod.
