Загрузить PDF
Загрузить PDF
Если вам необходимо найти напряжение на сопротивлении (резисторе), первым делом необходимо определить тип электрической цепи. Для лучшего понимания основных терминов, используемых в физике и электротехнике, начните с первого раздела. Если же вы знакомы с терминологией, пропустите его и перейдите к описанию типа электрической цепи.
-
1
Рассмотрим понятие электрического тока. Воспользуемся аналогией: представьте, что вы поместили несколько зерен кукурузы в воду, текущую по трубе. Поток эквивалентен электрическому току, а зерна служат аналогией электронов.[1]
Говоря о потоке, мы описываем его количеством зерен, пересекших поперечное сечение трубы за одну секунду. При рассмотрении электрического тока мы измеряем его в амперах, соответствующих определенному (очень большому) количеству электронов, пересекающих сечение провода за одну секунду. -
2
Рассмотрим понятие электрического заряда. Каждый электрон имеет “отрицательный” электрический заряд. Это означает, что электроны притягиваются, или движутся по направлению к положительному заряду и отталкиваются, или движутся от отрицательного заряда. Каждый электрон обладает отрицательным зарядом, поэтому они отталкиваются друг от друга, стремясь разойтись в стороны.
-
3
Ознакомьтесь с понятием напряжения. Напряжение между двумя точками соответствует разности электрических зарядов, размещенных в этих точках. Чем больше эта разница, тем сильнее данные точки притягиваются друг к другу. Рассмотрим понятие напряжения на примере обычной электрической батарейки:
- Внутри батарейки происходят химические реакции, в результате которых образуются свободные электроны. Эти электроны движутся к отрицательному полюсу батарейки, удаляясь от ее положительного полюса (эти полюса соответствуют отрицательной и положительной клеммам батарейки). Чем дольше длится данный процесс, тем большее напряжение возникает между полюсами.
- Если вы соедините проволокой отрицательный и положительный полюса, у скопившихся электронов появится возможность покинуть отрицательный полюс. Они начнут перетекать к положительному полюсу, создавая электрический ток. Чем выше напряжение, тем больше электронов переместится к положительному полюсу за единицу времени.
-
4
Рассмотрим понятие электрического сопротивления. Его название точно отображает смысл. Чем выше сопротивление какого-либо объекта, тем тяжелее электронам пройти через него. В результате уменьшается ток, поскольку за единицу времени через проводник проходит меньшее число электронов.
- Сопротивлением, или резистором называется что-либо, увеличивающее сопротивление электрической цепи. “Резистор” можно приобрести в магазине электротоваров, но в цепи его роль может выполнять и любой другой объект, обладающий сопротивлением, например, лампа накаливания.
-
5
Запомните закон Ома. Он представляет собой простое соотношение между током, напряжением и сопротивлением. Запишите или запомните это соотношение — оно пригодится вам при расчете электрических цепей:
- Ток равен напряжению, поделенному на сопротивление
- Это записывается следующим образом: I = V / R
- Подумайте о том, что происходит, если вы увеличиваете V (напряжение) или R (сопротивление). Соответствует ли это приведенным выше объяснениям?
Реклама
-
1
Ознакомьтесь с понятием последовательного соединения. Такое соединение легко определить — оно представляет собой набор расположенных в ряд сопротивлений. Ток течет по этим сопротивлениям, последовательно проходя через каждое из них.
- Величина тока одинакова в любой точке цепи.[2]
- При расчете напряжения неважно, где именно в цепи расположен тот или иной резистор. Можно поменять их местами, напряжение на каждом из них останется неизменным.
- В качестве примера рассмотрим цепь, состоящую из трех последовательно соединенных сопротивлений: R1, R2 и R3. Пусть цепь питается от 12-вольтовой батарейки. Найдем напряжение на каждом сопротивлении.
- Величина тока одинакова в любой точке цепи.[2]
-
2
Сначала рассчитаем общее сопротивление. Сложим все сопротивления, включенные в цепь. В результате получим общее сопротивление резисторов, соединенных последовательно.
- Пусть три резистора R1, R2 и R3 имеют сопротивления 2 Ома, 3 Ома и 5 Ом соответственно. Тогда общее сопротивление составит 2 + 3 + 5 = 10 Ом.
-
3
Найдем ток. Используем закон Ома для всей цепи. Как мы помним, при последовательном соединении ток одинаков в любой точке цепи. Поэтому достаточно один раз определить ток и использовать найденную величину во всех последующих расчетах.
- Согласно закону Ома, I = V / R. Напряжение в цепи составляет 12 вольт, а общее сопротивление – 10 Ом. Отсюда находим I = 12 / 10 = 1,2 ампера.
-
4
Применим закон Ома, чтобы найти напряжение на резисторах. При помощи простых преобразований можно выразить напряжение через ток и сопротивление, переписав закон Ома следующим образом:
- I = V / R
- IR = VR / R
- IR = V
- V = IR
-
5
Рассчитаем напряжение на каждом резисторе. Нам известны их сопротивления, протекающий через них ток, и в нашем распоряжении есть равенство, связывающее ток и сопротивление с напряжением. Подставляя в это равенство численные значения, находим ответ. Для нашего примера это выглядит следующим образом:
- Напряжение на резисторе R1 = V1 = (1,2A)(2Ома) = 2,4 вольта.
- Напряжение на резисторе R2 = V2 = (1,2A)(3Ома) = 3,6 вольта.
- Напряжение на резисторе R3 = V3 = (1,2A)(5Ом) = 6,0 вольт.
-
6
Проверим полученный ответ. При последовательном соединении сумма напряжений на каждом сопротивлении должна равняться общему напряжению в цепи.[3]
Сложите найденные напряжения, проверив, равна ли их сумма полному напряжению. Если нет, проверьте решение и найдите ошибку.- В нашем примере 2,4 + 3,6 + 6,0 = 12 вольт, что соответствует общему напряжению в цепи.
- Если ответ немного не совпадает с точным значением (например, 11,97 вместо 12), это, вероятно, вызвано тем, что вы на каком-то этапе округлили полученные величины. В этом случае ответ верен.
- Помните о том, что напряжение соответствует разности зарядов или количества электронов. Представьте себе, что вы подсчитываете число электронов, продвигаясь вдоль цепи. Если вы правильно сосчитаете их, то в результате получите разность зарядов между начальной и конечной точками цепи.
Реклама
-
1
Ознакомьтесь с понятием параллельного соединения. Представьте себе, что вы подсоединили провод к одному полюсу батарейки и расщепили его вдоль на две половины. Эти две части провода идут параллельно друг другу и затем вновь соединяются в один провод перед вторым полюсом батарейки. Если разместить на обеих ветках провода по резистору, они будут соединены «параллельно».[4]
- Параллельно можно соединить любое количество сопротивлений. Данное описание годится и для цепи, состоящей из сотни параллельных проводов.
-
2
Рассмотрим, как течет ток. При параллельном соединении он проходит через все ветки цепи. Ток будет течь через левый провод, пересекая расположенный на нем резистор; одновременно ток будет проходить и через правый провод с резистором. Пройдя через обе ветки, ток достигнет положительного полюса; ни на каком участке цепи ток не будет течь в обратном направлении.
-
3
Зная общее напряжение, найдем напряжение на каждом резисторе. Сделать это очень просто, если известно общее напряжение в цепи. При параллельном соединении напряжение на каждой ветке будет равно общему напряжению в цепи.[5]
Предположим, что наша цепь состоит из двух параллельно соединенных сопротивлений и питается 6-вольтовой батарейкой. В этом случае напряжение и на левом, и на правом сопротивлении составит 6 вольт. При этом каждая ветка может содержать любое число резисторов. Чтобы понять это, вернемся к последовательному соединению, рассмотренному выше:- Как мы помним, при последовательном соединении общее напряжение представляет собой сумму напряжений на каждом сопротивлении.
- Будем считать, что каждая ветка цепи представляет собой набор резисторов, соединенных последовательно. Таким образом, вычислив сумму напряжений на всех сопротивлениях одной из веток, мы найдем общее напряжение.
- Поскольку в нашем случае ток, текущий по каждой ветке, проходит через один резистор, напряжение на этом резисторе и будет общим напряжением в цепи.
-
4
Найдем общий ток в цепи. Если в условии задачи не указано общее напряжение, понадобятся некоторые дополнительные вычисления. Начнем с нахождения общего тока, протекающего по цепи. При параллельном соединении общий ток равен сумме токов, проходящих через каждую ветку цепи.[6]
- В математической записи это означает: Iобщий = I1 + I2 + I3…
- Для лучшего понимания представьте себе водопроводную трубу, разделенную на два рукава. Общее количество воды равно сумме воды, протекающей по каждому рукаву.
-
5
Найдем общее сопротивление цепи. При параллельном соединении резисторы не так сильно снижают ток через цепь, поскольку каждый из них вносит вклад в сопротивление лишь своей ветки цепи. Фактически чем больше ответвлений цепи, тем легче току пройти через нее. Чтобы найти общее сопротивление, необходимо решить относительно Rобщее следующее уравнение:
- 1 / Rобщее = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3 …
- Предположим, что цепь состоит из двух резисторов сопротивлением 2 Ома и 4 Ома, соединенных параллельно. Тогда 1 / Rобщее = 1/2 + 1/4 = 3/4 → 1 = (3/4)Rобщее → Rобщее = 1/(3/4) = 4/3 = ~1,33 Ома.
-
6
Вычислим напряжение. Как мы помним, общее напряжение в цепи равно напряжению на одной из ее веток. Воспользуемся законом Ома. Рассмотрим конкретный случай:
- Через цепь течет ток силой 5 ампер. Общее сопротивление цепи равно 1,33 Ома.
- Согласно закону Ома, I = V / R, откуда V = IR
- V = (5A)(1,33Ом) = 6,65 вольт.
Реклама
Советы
- Если вы имеете дело со сложной цепью, состоящей из последовательно и параллельно соединенных сопротивлений, рассмотрите сначала два соседних резистора. Найдите их общее сопротивление, пользуясь правилами для последовательного или параллельного соединения, в соответствии с тем, как соединены данные резисторы. После этого можно рассматривать два данных резистора как одно сопротивление. Продолжайте таким образом объединять резисторы до тех пор, пока у вас не получится простая цепь, состоящая из параллельно либо последовательно соединенных сопротивлений.[7]
- Напряжение на сопротивлении часто называют «падением напряжения».
- Усвойте терминологию:
- Цепь — набор элементов (например, резисторов, конденсаторов и катушек), соединенных проводами так, что через них может проходить электрический ток.
- Резисторы — элементы, оказывающие сопротивление протекающему через них току и понижающие его силу
- Ток — поток электрического заряда через проволоку и элементы цепи, измеряется в амперах (А)
- Напряжение — работа, затрачиваемая на перемещение единичного заряда, измеряется в вольтах (В)
- Сопротивление — мера сопротивления прохождению электрического тока, измеряется в омах (Ом)
Реклама
Об этой статье
Эту страницу просматривали 167 213 раз.
Была ли эта статья полезной?
Download Article
Download Article
Before you can calculate the voltage across a resistor, you’ll first have to determine what kind of circuit you are using. If you need a review of the basic terms or a little help understanding circuits, start with the first section. Otherwise, jump ahead to the type of circuit you have to solve.
-
1
Learn about current. Let’s think about current by using an analogy: imagine you pour a bag of corn kernels into a bowl. Each corn kernel is an electron, and the stream of kernels flowing into the bowl is the current.[1]
When talking about the flow, you describe it by saying how many kernels are flowing each second. When talking about a current, you measure it in amperes (amps), or a certain (very large) number of electrons flowing per second. -
2
Think about electrical charge. Electrons have a “negative” electrical charge. This means they attract (or flow toward) objects with a positive charge, and repel (or flow away from) objects with a negative charge. Since they’re all negative, electrons are always trying to push away from other electrons, spreading out wherever they can.
Advertisement
-
3
Understand voltage. Voltage measures the difference in electrical charge between two points. The greater the difference, the more energetically the two sides attract each other. Here’s an example with an everyday battery:
- Inside a battery, chemical reactions happen that produces a buildup of electrons. The electrons go to the negative end, while the positive end stays mostly empty. (These are called the negative and positive terminals.) The longer this goes on, the larger the voltage between the two ends.
- When you connect a wire between the negative and positive ends, the electrons at the negative end suddenly have somewhere to go. They shoot toward the positive end, creating a current. The larger the voltage, the more electrons move to the positive end each second.
-
4
Figure out resistance. Resistance is exactly what it sounds like. The more resistance something has, the harder it is for the electrons to push through. This slows the current, since fewer electrons can push through each second.
- A resistor is anything in the circuit that adds resistance. You can buy an actual “resistor” at an electronics store, but in a circuits problem it might represent a light bulb or anything else with resistance.
-
5
Memorize Ohm’s Law. There’s a very simple relationship between current, voltage, and resistance.[2]
Write this down or memorize it; you’ll use it often when solving circuit problems:- Current = voltage divided by resistance
- This is usually written: I = V / R
- Think about what happens when you increase V (voltage) or R (resistance). Does this match what you learned in the explanations above?
Advertisement
-
1
Understand a series circuit. A series circuit is easy to identify. It’s just one loop of wire, with everything arranged in a row. The current flows around the entire loop, going through each resistor or element in order.
- The current is always the same at any point along the circuit.[3]
- When calculating voltage, it doesn’t matter where the resistor is on the circuit. You can pick up the resistors and move them around, and you’ll still have the same voltage across each one.
- We’ll use an example circuit with three resistors in series: R1, R2, and R3. This is powered by a 12 volt battery. We’ll find the voltage across each one.
- The current is always the same at any point along the circuit.[3]
-
2
Calculate the total resistance. Add together all resistance values on the circuit. The answer is the total resistance of the series circuit.
- For example, the three resistors R1, R2, and R3 have resistances of 2 Ω (ohms), 3 Ω, and 5 Ω respectively. The total resistance is 2 + 3 + 5 = 10 ohms.
-
3
Find the current. Use Ohm’s Law to find the current of the entire circuit. Remember, the current is the same anywhere on a series circuit. Once we calculate the current this way, we can use it for all our calculations.
- Ohm’s Law says that the current I = V / R. The voltage across the whole circuit is 12 volts, and the total resistance is 10 ohms. The answer is I = 12 / 10 = 1.2 amperes.
-
4
Adjust Ohm’s Law to solve for voltage. With basic algebra, we can change Ohm’s Law to solve for voltage instead of current:[4]
- I = V / R
- IR = VR / R
- IR = V
- V = IR
-
5
Calculate the voltage across each resistor. We know the resistance, we know the current, and we have our equation. Plug in the numbers and solve. Here’s our example problem solved for all three resistors:
- Voltage across R1 = V1 = (1.2A)(2Ω) = 2.4 volts.
- Voltage across R2 = V2 = (1.2A)(3Ω) = 3.6 volts.
- Voltage across R3 = V3 = (1.2A)(5Ω) = 6.0 volts.
-
6
Check your answer. In a series circuit, the sum of all your answers must equal the total voltage.[5]
Add up every voltage you calculated and see if you get the voltage of the entire circuit. If you didn’t, go back and check for mistakes.- In our example, 2.4 + 3.6 + 6.0 = 12 volts, the voltage across the whole circuit.
- If your answer is slightly off (for instance, 11.97 instead of 12), you probably rounded a number at some point. Your answer is still correct.
- Remember, voltage measures the differences in charge, or numbers of electrons. Imagine counting the number of new electrons you see as you travel along the circuit. If you count them correctly, you’re going to end up with the total change in electrons from the beginning to the end.
Advertisement
-
1
Understand parallel circuits. Imagine a wire leaving one end of a battery, then splitting into two separate wires. These two wires run parallel to each other, then join up again before they reach the other end of the battery. If there’s a resistor on the left wire and a resistor on the right wire, those two resistors are connected “in parallel.”[6]
- You can have any number of wires in a parallel circuit. These instructions will still work for a circuit that splits into one hundred wires and comes back together.
-
2
Think about how the current flows. In a parallel circuit, the current flows across each path available to it. Current will flow through the wire on the left, cross the left resistor, and reach the other end. At the same time, current will flow through the wire on the right, cross the right resistor, and reach the end. No part of the current doubles back or flows through two parallel resistors.
-
3
Use the total voltage to find the voltage across each resistor. If you know the voltage across the whole circuit, the answer is surprisingly easy. Each parallel wire has the same voltage as the entire circuit.[7]
Let’s say a circuit with two parallel resistors is powered by a 6 volt battery. The voltage across the left resistor is 6 volts, and the voltage across the right resistor is 6 volts. It doesn’t even matter how much resistance there is. To understand why, think back to the series circuits described above:- Remember that adding voltage drops in a series circuit always results in the total voltage across the circuit.
- Think of each path the current takes as a series circuit. The same holds true for this: if you count up all the voltage drops, you’ll end up with the total voltage.
- Since the current through each of the two wires only passes through one resistor, the voltage across that resistor must equal the total voltage.
-
4
Calculate the total current of the circuit. If the problem doesn’t tell you what the total voltage of the circuit is, you’ll need to complete a few more steps. Start by finding the total current passing through the circuit. In a parallel circuit, the total current is equal to the sum of the current running through each parallel path.[9]
- In mathematical terms: Itotal = I1 + I2 + I3…
- If you’re having trouble understanding this, imagine a water pipe split into two paths. The total amount of water flow is just the amount of water flow in each pipe, added together.
-
5
Compute the total resistance of the circuit. Resistors are not as effective in a parallel circuit, because they only block the current going along one wire. In fact, the more wires there are, the easier it is for the current to find a way through. To find the total resistance, solve for Rtotal in this equation:[9]
- 1 / Rtotal = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3 …
- For example, a circuit has a 2 ohm and a 4 ohm resistor in parallel. 1 / Rtotal = 1/2 + 1/4 = 3/4 → 1 = (3/4)Rtotal → Rtotal = 1/(3/4) = 4/3 = ~1.33 ohms.
-
6
Find the voltage from your answers. Remember, once we find the total voltage of the circuit, we have found the voltage across any one of the parallel wires. Solve for the whole circuit using Ohm’s law.[10]
Here’s an example:- A circuit has 5 amperes of current running through it. The total resistance is 1.33 ohms.
- According to Ohm’s Law, I = V / R, therefore V = IR
- V = (5A)(1.33Ω) = 6.65 volts.
Advertisement
Add New Question
-
Question
What is the percentage of applied voltage that will be dropped across r3=70 if r1=80 and r2=50?
It would be 35%. The higher the resistance, the higher the voltage drop. The ratio of resistances here is 80:50:70. Solving for 70 ohms, we get 35%.
-
Question
What is the voltage of a 60 ohm resistor if the circuit voltage is 150 volts with two parallel 30 ohm resistors and one 60 ohm resister in the series?
Assuming you intend to ask what is the voltage drop across the 60 ohm resistor, the answer is 120v. The two parallel 30 ohm resistors have an equivalent resistance of 15 ohms. 1/(1/30 + 1/30) = 15. The total resistance appears as 75 ohms to the 150v source. Find the circuit current by I = E/R or I = 150/75 = 2 amps. Find the voltage drop for the 60 ohm resistor with E = I x R or E = 2 x 60 = 120V drop across the 60 Ohm resistor.
-
Question
What becomes the Voltage if we use 2 resistors of 4W in parallel?
As any other data is not provided, the voltage across two resistors of 4w in parallel is the same.
See more answers
Ask a Question
200 characters left
Include your email address to get a message when this question is answered.
Submit
Advertisement
Video
-
If you have a complicated circuit that involves resistors in series and resistors in parallel, pick two nearby resistors. Find the total resistance across them using the rules for resistors in parallel or in series, as appropriate. Now you can treat them as a single resistor. Keep doing this until you have a simple circuit with resistors either in parallel or in series.[11]
-
The voltage across a resistor is often called a “voltage drop.”
-
Understand the terminology:
- Circuit – composed of elements (e.g. resistors, capacitors, and inductors) connected by wires and wherein current can pass through
- Resistors – elements that can reduce or resist current
- Current – flow of charge into wires; unit: Ampere, A
- Voltage – work done per unit charge; unit: Voltage, V
- Resistance – measurement of the opposition of an element to electric current; unit: Ohm, Ω
Advertisement
References
About This Article
Article SummaryX
To calculate voltage across a resistor in a series circuit, start by adding together all of the resistance values in the circuit. Then, divide the voltage across the circuit by the total resistance to find the current. Once you have the current, calculate voltage for the individual resistors by multiplying the current by the resistance. For example, in a series circuit with 3 resistors of 2, 3 and 5 Ohms, and a voltage of 12 volts, the current would be 12 divided by 10, or 1.2 amperes. For the 2 Ohm resistor, the voltage would be 1.2 times 2, or 2.4 volts. If you want to learn how to calculate voltage in a parallel circuit, keep reading the article!
Did this summary help you?
Thanks to all authors for creating a page that has been read 914,365 times.
Reader Success Stories
-
Mohd Rodzi Mohamad
Aug 26, 2016
“This article is very neatly and clearly explained with illustrations of pictures for better comprehension. Very…” more
Did this article help you?
Сопротивление резистора — формула для рассчета
Движение электронов по проводнику встречает определённое препятствие. Оно зависит от удельного сопротивления материала (ρ), из которого изготовлен проводник, его длины (L) и площади поперечного сечения (S). Эта физическая характеристика была использована для создания резистора. С его помощью выполняются регулирование и распределение тока на различных участках электрических и электронных схем. Среди других пассивных элементов этот выделяется тем, что на нём происходят падение напряжения и преобразование энергии электричества в энергию тепла, которое рассеивается.
Виды резисторов
Резистор – инертный (пассивный) элемент цепи, у которого сопротивление может быть как постоянным, так и переменным. Это зависит от его конструкции. Он применяется для регулирования силы тока и напряжения в цепях, рассеивания мощности и иных ограничений. Дословный перевод с английского слова «резистор» – сопротивляюсь.
Классификацию резисторов можно провести по следующим критериям:
- назначение элемента;
- тип изменения сопротивления;
- материал изготовления;
- вид проводника в элементе;
- ВАХ – вольт-амперная характеристика;
- способ монтажа.
Устройства делятся на элементы общего и специального назначения. У специальных деталей повышенные характеристики сопротивления, частоты, рабочего напряжения или особые требования к точности.
Тип изменения сопротивления делит их на постоянные и переменные. Переменные резисторы конструктивно отличаются не только от элементов, имеющих постоянное сопротивление, но и между собой. Они различны по конструкции: бывают регулировочные и подстроечные.
Регулировочные элементы переменного типа предназначены для частого изменения сопротивления. Это входит в процесс работы схемы устройства.
Подстроечный тип предназначен для того, чтобы выполнить подстройку и регулировку схемы при первичном запуске. После этого изменение положения регулятора не выполняют.
При изготовлении резистивных тел (рабочей поверхности) используются такие материалы, как:
- графитовые смеси;
- металлопленочные (окисные) ленты;
- проволока;
- композиционные компоненты.
Особое место занимают в этом ряду интегральные элементы. Это резисторы, выполненные в виде p-n перехода, который представляет собой зигзагообразный канал, интегрируемый в кристалл микросхемы.
Внимание! Интегральные элементы всегда отличаются повышенной нелинейностью своей ВАХ. Поэтому они применяются там, где использование других типов не представляется возможным.
Вид вольт-амперной характеристики делит рассматриваемые элементы на линейные и нелинейные. Особенность нелинейности заключается в том, что компонент меняет своё сопротивление в зависимости от следующих характеристик:
- напряжения (варисторы);
- температуры (терморезисторы);
- уровня магнитного поля (магниторезисторы);
- величины освещённости (фоторезисторы);
- коэффициента деформации (тензорезисторы).
Нелинейность вольт-амперной характеристики расширило возможности их применения.
Способ монтажа может быть:
При печатном монтаже выводы детали вставляются в отверстие на плате, после чего припаиваются к контактной дорожке панели. Такой способ установки автоматизирован, и пайка происходит путём погружения контактных площадок в ванну с припоем.
Навесной монтаж, в большинстве своём, ручной. Выводы соединяемых деталей сначала скручиваются между собой, потом спаиваются для улучшения контакта. Сама пайка не предназначена для выдерживания механических нагрузок.
Интегрированный монтаж проводится в процессе изготовления кристаллов микросхем.
Параметры резисторного элемента
При нанесении на схемы графического обозначения элемента сопротивления на нём указывается некоторые из его параметров.
К главным параметрам и элементарным характеристикам относятся:
- номинальное значение сопротивления;
- температурный коэффициент;
- максимальная рассеиваемая мощность;
- допустимое рабочее напряжение;
- коэффициент шума;
- относительное отклонение от номинала;
- устойчивость элемента к высокой температуре и влажности.
На чертежах и схемах резистор обозначается буквой R, с нанесением его порядкового номера.
Расчет резисторов
Для подбора и установки элементов в схему необходимо предварительно рассчитать номинал и мощность компонентов.
Формула для расчета сопротивления и мощности
Используют Закон Ома для участка цепи, чтобы вычислить сопротивление резистора, формула имеет вид:
- U – напряжение на выводах элемента, В;
- I – сила тока на участке цепи, А.
Эта формула применима для токов постоянного направления. В случае расчётов для переменного тока берут в расчёт импеданс цепи Rz.
Важно! Строение схем не ограничивается установкой только одного резистора. Обычно их множество, соединены они между собой параллельно и последовательно. Для нахождения общего показателя применяют отдельные методы и формулы.
Последовательное соединение
При таком соединении «выход» одного элемента соединяется с «входом» другого, они идут последовательно друг за другом. Как рассчитать резистор в этом случае? Можно использовать электронный онлайн-калькулятор, можно применить формулу.
Общее значение будет составлять сумму сопротивлений компонентов, входящих в последовательное соединение:
На каждом из них произойдёт одинаковое падение напряжения: U1, U2, U3.
Параллельное соединение
При выполнении данного вида соединения одноимённые выводы соединяются попарно, формула имеет вид:
Обычно полученное значение R бывает меньше меньшего из всех значений соединённых элементов.
Информация. На практике параллельное или последовательное присоединение применяют, когда нет детали необходимого номинала. Элементы для таких случаев подбирают одинаковой мощности и одного типа, чтобы не получить слабого звена.
Смешанное соединение
Рассчитывать общее сопротивление смешанных соединений возможно, применяя правило объединения. Сначала выбирают все параллельные и последовательные присоединения и составляют эквивалентные схемы замещения. Их начинают рассчитывать, используя формулы для каждого случая. Из полученной более простой схемы вновь выделяют параллельные и последовательные звенья и опять производят расчёты. Делают это до тех пор, пока не получат самое элементарное соединение или один эквивалентный элемент. Вычисленный результат будет являться искомым.
Мощность
Одного поиска значения сопротивления недостаточно для того, чтобы применить деталь. Необходимо узнать, на какую мощность должен быть рассчитан элемент. В противном случае он будет перегреваться и выйдет из строя. Мощные детали при поверхностном монтаже лучше устанавливать на радиатор.
Расчет мощности резистора выполняется по формуле:
- Р – мощность, Вт;
- I – ток, А;
- U – напряжение, В;
- R – сопротивление, Ом.
После определения мощности резисторов по формуле подбирают комплектующие, исходя из графического обозначения на схемах.
Делитель напряжения
Наиболее применяемые готовые блоки питания рассчитаны на выходные напряжения: 9, 12 или 24 вольта. В то же время большинство электронных схем и устройств использует напряжение питания в интервале от 3 до 5 В. В этом случае возникает потребность снизить величину Uпит до необходимого значения. Сделать это можно, используя делитель напряжения, который имеет много вариантов исполнения. Самый простой – делитель на резисторах.
Подобные делители напряжения применяются исключительно в маломощных контурах. Это обусловлено их низким КПД. Часть мощности блока питания рассеивается на делителе, превращаясь в тепло. Эти потери тем больше, чем больше нужно уменьшить исходное напряжение. Подключение нагрузки параллельно одному плечу требует того, чтобы Rн было намного больше резистора, установленного в этом плече. Иначе делитель будет выдавать нестабильное питание.
При такой схеме напряжение по плечам делителя распределяется согласно полученным соотношениям между R1 и R2. Величина сопротивлений при этом роли не играет. Но следует помнить, что при низких значениях R1 и R2 увеличивается и мощность на нагрузке, и величина потерь на нагревание элементов.
Внимание! Перед тем, как вычислять точные параметры, нужно помнить, как подобрать резисторы. При их равном значении напряжение на выходе делится пополам. Если равенство не соблюдается, снимать поделенное напряжение нужно с элемента, имеющего больший номинал.
Зависимость сопротивления от температуры
Использование резисторов, как термометров, обусловлено почти линейной зависимостью их сопротивления от температуры. Это касается тех резисторов, у которых в качестве резистивного материала используется проволока или металл. Формула зависимости:
- α – температурный коэффициент, К-1;
- R0 – сопротивление проводника при 00К;
- t0 – температура проводника при 00К.
Речь идёт о значении температуры в Кельвинах. При температурах, приближающихся к нулю по Кельвину (-273°С), у множества металлов при охлаждении R скачком падает до нулевой отметки. В этом случае можно говорить о сверхпроводимости.
Интересно. Металлы, имеющие хорошую проводимость при нормальной температуре, могут не быть сверхпроводниками при критической отметки этой физической величины. Сверхпроводники в нормальном состоянии имеют сопротивление большее, чем традиционные тоководы: медные, серебряные или золотые.
При нагревании проводников изменение сопротивления происходит в основном за счёт изменения его удельного значения и имеет линейную зависимость.
Величина напряжения, обеспеченная резисторным элементом
Идеальный элемент, который превращает электричество в другой вид энергии, называют резистивным. Электроэнергия может преобразовываться в световую, тепловую или механическую виды. Величина напряжения на таком элементе зависит от разности потенциалов на концах резистора. Это значит, чем больше значение его сопротивления, тем больше значение напряжения на нём.
Изменение такой характеристики резистора, как сопротивление, позволяет реализовывать схематические решения в разных отраслях радиотехники и электроники. При выборе элементов следует учитывать удельное значение этой величины и изменение вольт-амперной характеристики при разных режимах работы.
Видео
Источник
Резисторы, ток и напряжение
В этой статье мы рассмотрим резистор и его взаимодействие с напряжением и током, проходящим через него. Вы узнаете, как рассчитать резистор с помощью специальных формул. В статье также показано, как специальные резисторы могут быть использованы в качестве датчика света и температуры.
Представление об электричестве
Новичок должен быть в состоянии представить себе электрический ток. Даже если вы поняли, что электричество состоит из электронов, движущихся по проводнику, это все еще очень трудно четко представить себе. Вот почему я предлагаю эту простую аналогию с водной системой, которую любой желающий может легко представить себе и понять, не вникая в законы.
Обратите внимание, как электрический ток похож на поток воды из полного резервуара (высокого напряжения) в пустой(низкое напряжение). В этой простой аналогии воды с электрическим током, клапан аналогичен токоограничительному резистору.
Из этой аналогии можно вывести некоторые правила, которые вы должны запомнить навсегда:
— Сколько тока втекает в узел, столько из него и вытекает
— Для того чтобы протекал ток, на концах проводника должны быть разные потенциалы.
— Количество воды в двух сосудах можно сравнить с зарядом батареи. Когда уровень воды в разных сосудах станет одинаковым, она перестанет течь, и при разряде аккумулятора, разницы между электродами не будет и ток перестанет течь.
— Электрический ток будет увеличиваться при уменьшении сопротивления, как и скорость потока воды будет увеличиваться с уменьшением сопротивления клапана.
Я мог бы написать гораздо больше умозаключений на основе этой простой аналогии, но они описаны в законе Ома ниже.
Резисторы могут быть использованы для контроля и ограничения тока, следовательно, основным параметром резистора является его сопротивление, которое измеряется в Омах. Не следует забывать о мощности резистора, которая измеряется в ваттах (Вт), и показывает, какое количество энергии резистор может рассеять без перегрева и выгорания. Важно также отметить, что резисторы используются не только для ограничения тока, они также могут быть использованы в качестве делителя напряжения для получения низкого напряжения из большего. Некоторые датчики основаны на том, что сопротивление варьируется в зависимости от освещённости, температуры или механического воздействия, об этом подробно написано в конце статьи.
Понятно, что эти 3 формулы выведены из основной формулы закона Ома, но их надо выучить для понимания более сложных формул и схем. Вы должны быть в состоянии понять и представить себе смысл любой из этих формул. Например, во второй формуле показано, что увеличение напряжения без изменения сопротивления приведет к росту тока. Тем не менее, увеличение тока не увеличит напряжение (хотя это математически верно), потому что напряжение — это разность потенциалов, которая будет создавать электрический ток, а не наоборот (см. аналогию с 2 емкостями для воды). Формула 3 может использоваться для вычисления сопротивления токоограничивающего резистора при известном напряжении и токе. Это лишь примеры, показывающие важность этого правила. Вы сами узнаете, как использовать их после прочтения статьи.
Последовательное и параллельное соединение резисторов
Понимание последствий параллельного или последовательного подключения резисторов очень важно и поможет вам понять и упростить схемы с помощью этих простых формул для последовательного и параллельного сопротивления:
В этом примере схемы, R1 и R2 соединены параллельно, и могут быть заменены одним резистором R3 в соответствии с формулой:
В случае с 2-мя параллельно соединёнными резисторами, формулу можно записать так:
Кроме того, что эту формулу можно использовать для упрощения схем, она может быть использована для создания номиналов резисторов, которых у вас нет.
Отметим также, что значение R3 будет всегда меньше, чем у 2 других эквивалентных резисторов, так как добавление параллельных резисторов обеспечивает дополнительные пути
электрическому току, снижая общее сопротивление цепи.
Последовательно соединённые резисторы могут быть заменены одним резистором, значение которого будет равно сумме этих двух, в связи с тем, что это соединение обеспечивает дополнительное сопротивление тока. Таким образом, эквивалентное сопротивление R3 очень просто вычисляется: R3=R1+R2
В интернете есть удобные он-лайн калькуляторы для расчета последовательного и параллельного соединения резисторов.
Токоограничивающий резистор
Самая основная роль токоограничивающих резисторов — это контроль тока, который будет протекать через устройство или проводник. Для понимания их работы, давайте сначала разберём простую схему, где лампа непосредственно подключена к 9В батареи. Лампа, как и любое другое устройство, которое потребляет электроэнергию для выполнения определенной задачи (например, светоизлучение) имеет внутреннее сопротивление, которое определяет его текущее потребление. Таким образом, отныне, любое устройство может быть заменено на эквивалентное сопротивление.
Теперь, когда лампа будет рассматриваться как резистор, мы можем использовать закон Ома для расчета тока, проходящего через него. Закон Ома гласит, что ток, проходящий через резистор равен разности напряжений на нем, поделенное на сопротивление резистора: I=V/R или точнее так:
I=(V1-V2)/R
где (V1-V2) является разностью напряжений до и после резистора.
Теперь обратите внимание на рисунок выше, где добавлен токоограничительный резистор. Он будет ограничивать ток идущий к лампе, как это следует из названия. Вы можете контролировать, количество тока протекающего через лампу, просто выбрав правильное значение R1. Большой резистор будет сильно снижать ток, а небольшой резистор менее сильно (так же, как в нашей аналогии с водой).
Математически это запишется так:
Из формулы следует, что ток уменьшится, если значение R1 увеличится. Таким образом, дополнительное сопротивление может быть использовано для ограничения тока. Однако важно отметить, что это приводит к нагреву резистора, и вы должны правильно рассчитать его мощность, о чем будет написано дальше.
Вы можете воспользоваться он-лайн калькулятором для расчета токоограничительного резистора светодиода.
Резисторы как делитель напряжения
Как следует из названия, резисторы могут быть использованы в качестве делителя напряжения, другими словами, они могут быть использованы для уменьшения напряжения путем деления его. Формула:
Если оба резистора имеют одинаковое значение (R1=R2=R), то формулу можно записать так:
Другой распространенный тип делителя, когда один резистор подключен к земле (0В), как показано на рисунке 6B.
Заменив Vb на 0 в формуле 6А, получаем:
Узловой анализ
Теперь, когда вы начинаете работать с электронными схемами, важно уметь их анализировать и рассчитывать все необходимые напряжения, токи и сопротивления. Есть много способов для изучения электронных схем, и одним из наиболее распространенных методов является узловой, где вы просто применяете набор правил, и рассчитываете шаг за шагом все необходимые переменные.
Упрощенные правила узлового анализа
Определение узла
Узел – это любая точка соединения в цепи. Точки, которые связаны друг с другом, без других компонентов между ними рассматриваются как единый узел. Таким образом, бесконечное число проводников в одну точку считаются одним узлом. Все точки, которые сгруппированы в один узел, имеют одинаковые напряжения.
Определение ветви
Ветвь представляет собой набор из 1 и более компонентов, соединенных последовательно, и все компоненты, которые подсоединены последовательно к этой цепи, рассматриваются как одна ветвь.
Все напряжения обычно измеряются относительно земли 
напряжение на которой всегда равно 0 вольт.
Ток всегда течет от узла с более высоким напряжением на узел с более низким.
Напряжение на узле может быть высчитано из напряжения около узла, с помощью формулы:
V1-V2=I1*(R1)
Перенесем:
V2=V1-(I1*R1)
Где V2 является искомым напряжением, V1 является опорным напряжением, которое известно, I1 ток, протекающий от узла 1 к узлу 2 и R1 представляет собой сопротивление между 2 узлами.
Точно так же, как и в законе Ома, ток ответвления можно определить, если напряжение 2х соседних узлах и сопротивление известно:
I 1=(V1-V2)/R1
Текущий входящий ток узла равен текущему выходящему току, таким образом, это можно записать так: I 1+ I3=I2
Важно, чтобы вы были в состоянии понимать смысл этих простых формул. Например, на рисунке выше, ток протекает от V1 до V2, и, следовательно, напряжение V2 должно быть меньше, чем V1.
Используя соответствующие правила в нужный момент, вы сможете быстро и легко проанализировать схему и понять её. Это умение достигается практикой и опытом.
Расчет необходимой мощности резистора
При покупке резистора вам могут задать вопрос: «Резисторы какой мощности вы хотите?» или могут просто дать 0.25Вт резисторы, поскольку они являются наиболее популярными.
Пока вы работаете с сопротивлением больше 220 Ом, и ваш блок питания обеспечивает 9В или меньше, можно работать с 0.125Вт или 0.25Вт резисторами. Но если напряжение более 10В или значение сопротивления менее 220 Ом, вы должны рассчитать мощность резистора, или он может сгореть и испортить прибор. Чтобы вычислить необходимую мощность резистора, вы должны знать напряжение через резистор (V) и ток, протекающий через него (I):
P=I*V
где ток измеряется в амперах (А), напряжение в вольтах (В) и Р — рассеиваемая мощность в ваттах (Вт)
На фото предоставлены резисторы различной мощности, в основном они отличаются размером.
Разновидности резисторов
Резисторы могут быть разными, начиная от простых переменных резисторов (потенциометров) до реагирующих на температуру, свет и давление. Некоторые из них будут обсуждаться в этом разделе.
Переменный резистор (потенциометр)
На рисунке выше показано схематическое изображение переменного резистора. Он часто упоминается как потенциометр, потому что он может быть использован в качестве делителя напряжения.
Они различаются по размеру и форме, но все работают одинаково. Выводы справа и слева эквивалентны фиксированной точке (например, Va и Vb на рисунке выше слева), а средний вывод является подвижной частью потенциометра, а также используется для изменения соотношения сопротивления на левом и правом выводах. Следовательно, потенциометр относится к делителям напряжения, которым можно выставить любое напряжение от Va к Vb.
Кроме того, переменный резистор может быть использован как тока ограничивающий путем соединения выводов Vout и Vb, как на рисунке выше (справа). Представьте себе, как ток будет течь через сопротивление от левого вывода к правому, пока не достигнет подвижной части, и пойдет по ней, при этом, на вторую часть пойдет очень мало тока. Таким образом, вы можете использовать потенциометр для регулировки тока любых электронных компонентов, например лампы.
LDR (светочувствительные резисторы) и термисторы
Есть много датчиков основанных на резисторах, которые реагируют на свет, температуру или давление. Большинство из них включаются как часть делителя напряжения, которое изменяется в зависимости от сопротивления резисторов, изменяющегося под воздействием внешних факторов.
Терморезисторы
Фоторезистор (LDR)
Как вы можете видеть на рисунке 11A, фоторезисторы различаются по размеру, но все они являются резисторами, сопротивление которых уменьшается под воздействием света и увеличивается в темноте. К сожалению, фоторезисторы достаточно медленно реагируют на изменение уровня освещённости, имеют достаточно низкую точность, но очень просты в использовании и популярны. Как правило, сопротивление фоторезисторов может варьироваться от 50 Ом при солнце, до более чем 10МОм в абсолютной темноте.
Как мы уже говорили, изменение сопротивления изменяет напряжение с делителя. Выходное напряжение можно рассчитать по формуле:
Если предположить, что сопротивление LDR изменяется от 10 МОм до 50 Ом, то Vout будет соответственно от 0.005В до 4.975В.
Термистор похож на фоторезистор, тем не менее, термисторы имею гораздо больше типов, чем фоторезисторы, например, термистор может быть либо с отрицательным температурным коэффициентом (NTC), сопротивление которого уменьшается с повышением температуры, или положительным температурным коэффициентом (PTC), сопротивление которого будет увеличиваться с повышением температуры. Сейчас термисторы реагируют на изменение параметров среды очень быстро и точно.
Схемотехническое обозначение резисторов
Про определение номинала резистора используя цветовую маркировку можно почитать здесь.
Источник
«Не знаешь Ома – сиди дома» — пословица старых электриков. Действительно, этот закон очень важен для понимания того, как связаны напряжение, ток и сопротивление, или проще говоря — от чего зависит ток и мощность нагрузки и как их рассчитать.
Для понимания этих базовых вещей нужно знать закон Ома для участка цепи и закон Ома для полной цепи. Главное различие между ними, что первый распространяется на отдельный участок или элемент и учитывает только его сопротивление и приложенное к нему напряжение, а второй учитывает и внутреннее сопротивление источника питания. Давайте разберёмся подробнее.
Закон Ома для участка цепи
Самый простой и всем известный со школы вариант — закон Ома для участка цепи. Его определение звучит следующим образом:
В виде формулы это выглядит так:
I=U/R,
где I — ток, U — напряжение, R— сопротивление.
То есть чтобы определить силу тока нужно знать напряжение на участке цепи (на элементе) и его сопротивление.
Напряжение на элементе равно произведению тока на сопротивление, то есть чтобы найти напряжение нужно знать ток в участке цепи и его сопротивление:
U=IR
Чтобы найти сопротивление по закону Ома, нужно знать напряжение и ток:
R=U/I
К сведению: правильнее говорить «падение напряжения», но для упрощения в разговорной речи говорят просто «напряжение на элементе» или «… на участке цепи».
Электрическое сопротивление измеряется в Омах, величина 1 Ом выражает такое сопротивление проводника, при котором по нему будет протекать ток в 1 ампер, если к нему приложить напряжение в 1 вольт.
Как запомнить эти формулы?
В виде формулы это выглядит так:
I=U/R,
где I — ток, U — напряжение, R— сопротивление.
То есть чтобы определить силу тока нужно знать напряжение на участке цепи (на элементе) и его сопротивление.
Напряжение на элементе равно произведению тока на сопротивление, то есть чтобы найти напряжение нужно знать ток в участке цепи и его сопротивление:
U=IR
Чтобы найти сопротивление по закону Ома, нужно знать напряжение и ток:
R=U/I
К сведению: правильнее говорить «падение напряжения», но для упрощения в разговорной речи говорят просто «напряжение на элементе» или «… на участке цепи».
Электрическое сопротивление измеряется в Омах, величина 1 Ом выражает такое сопротивление проводника, при котором по нему будет протекать ток в 1 ампер, если к нему приложить напряжение в 1 вольт.
Как запомнить эти формулы?
Для запоминания формул закона Ома есть удобная мнемоническая подсказка так называемый «треугольник Ома». В нём сверху размещена буква U, а снизу I и R. Как несложно догадаться, они обозначают напряжение, ток и сопротивление соответственно.
Для запоминания формул закона Ома есть удобная мнемоническая подсказка так называемый «треугольник Ома». В нём сверху размещена буква U, а снизу I и R. Как несложно догадаться, они обозначают напряжение, ток и сопротивление соответственно.
Как пользоваться треугольником? Всё просто — закройте пальцем величину, которую нужно найти, а оставшиеся не закрытыми буквы нужно умножить или разделить друг на друга, что подробно проиллюстрировано ниже.
Есть еще одна шпаргалка в виде круга разделенного на сегменты, где перечислены все необходимые формулы, кроме перечисленных выше, добавлены и формулы для вычисления мощности.
Примеры
Итак, чтобы научиться рассчитывать напряжение на участке цепи, решим простенькую задачу. У нас есть цепь, состоящая из 3 резисторов и идеального источника с напряжением 12В постоянного тока. Пусть участком цепи у нас будет резистор R2, найдём напряжение на нём.
Дано:
U= 12 В;
R1= 1 кОм;
R2= 2 кОм;
R3= 3 кОм;
Найти:
I — ?;
U(R2) — ?;
По закону Ома чтобы найти напряжение нужно знать ток через участок цепи и его сопротивление.
U=IR
Последнее у нас известно, поэтому нужно найти ток в цепи, элементы соединены последовательно, поэтому ток через каждый из них одинаков, и чтобы найти его силу — нужно сначала найти общее сопротивление всех элементов, но сначала переведём его в Омы:
R1 = 1 кОм = 1000 Ом; R2 = 2 кОм = 2000 Ом; R3 = 3 кОм = 3000 Ом.
Теперь найдём общее сопротивление:
Rобщ=R1+R2+R3=1000+2000+3000= 6000 Ом
Тогда ток в цепи равен:
I= U/R = 12/6000 = 0,002 А
И наконец падение напряжения на резисторе R2:
U(R2) = I*U(R2) = 0,002*2000=4В
Итого, на выводах резистора R2 будет 4 вольта.
Закон Ома для полной цепи
Определение закона Ома для полной цепи вы видите ниже, жирным выделено основное отличие от закона для участка цепи.
В формуле добавляется внутреннее сопротивление источника питания, а напряжение заменяется на ЭДС:
I=E/(R+r),
где I – ток, E – ЭДС, R – сопротивление, r- внутреннее сопротивление источника.
Внутреннее сопротивление источника обуславливается его устройством, например, сечением вторичной обмотки трансформатора, химическим составом, степенью заряда и состоянием электродов аккумуляторов и батареек и так далее. На схеме условно рисуется в виде резистора внутри источника, но на самом деле никакого «внутреннего» или «скрытого» сопротивления там нет, как было отмечено выше.
Почему важно учитывать внутреннее сопротивление источника? Всё очень просто — вы замечали, как погасают лампочки в автомобиле, когда стартер запускает двигатель? Это происходит из-за просадок на проводах и в аккумуляторе от высоких пусковых токов. В принципе, подобное мы наблюдаем, когда лампы накаливания «просаживаются» по яркости во время пуска мощной нагрузки, например, электродвигателей.
Примеры
Давайте проанализируем, как влияет внутреннее сопротивление источника на напряжение нагрузки. Допустим, что у нас есть какой-то источник с внутренним сопротивлением (r) в 1 Ом и ЭДС (E) в 12 Вольт. И есть 3 разных нагрузки, с сопротивлением (R) каждой из них: 10, 5 и 1 Ом соответственно. Нагрузку будем подключать по очереди, по одной для каждого расчета.
Рассчитаем ток первой нагрузки:
I1=E/(R1+r)=12/(10+1)=1.09 А
Рассчитаем напряжение на нагрузке:
U1=I1*R1=1.09*10=10.9 В
Сразу видим, что на нагрузке уже не 12, а 10 вольт, посчитаем другие варианты:
Рассчитаем ток второй нагрузки:
I2=E/(R2+r)=12/(5+1)=2 А
Рассчитаем напряжение на нагрузке:
U2=I2*R2=2*5=10 В
Рассчитаем ток третей нагрузки:
I3=E/(R3+r)=12/(1+1)=6 А
Рассчитаем напряжение:
U3=I3*R3=6*1=6 В
Как вы можете видеть на внутреннем сопротивлении падает какое-то напряжение, и падение напряжение прямо пропорционально току нагрузки. При этом до нагрузки доходит всё меньше и меньше напряжения.
Сделаем то же самое, но для источника с внутренним сопротивлением 0.1 Ома. Рассчитаем ток первой нагрузки:
I1=E/(R1+r)=12/(10+0,1)=1.18 А
Рассчитаем напряжение:
U1=I1*R1=1.18*10=11.8 В
Ток второй нагрузки:
I2=E/(R2+r)=12/(5+0,1)=2,35 А
Рассчитаем напряжение на нагрузке:
U2=I2*R2=2,35*5=11.75 В
Рассчитаем ток третей нагрузки:
I3=E/(R3+r)=12/(1+0,1)=10,9 А
Рассчитаем напряжение:
U3=I3*R3=10,9*1=10,9 В
Для удобства соберем все результаты расчётов в одну таблицу.
Из таблицы мы видим, что чем меньше внутреннее сопротивление источника — тем меньше просаживается напряжение под нагрузкой.
Заключение
Георг Симон Ом жил в 1786-1854 годах, в 1826 году вывел теоретически и подтвердил с помощью опытов закон выражающий связь напряжения, тока и сопротивления. Этот закон назвали в честь открывателя — законом Ома, а также единицу измерения электрического сопротивления.
Закон Ома — один из важнейших и основополагающих в электротехнике, он широко используется при расчетах электрических схем.
Пишите в комментариях, понравился ли вам такой формат теоретической статьи и какие статьи хотите увидеть в будущем?
На чтение 9 мин. Просмотров 42.2k. Опубликовано 17.05.2020
Резистор — элемент в электрической цепи, служащий для снижения напряжения на выходе. Его название происходит от лат. «resisto» — «сопротивляюсь». Из этой статьи вы узнаете, как с помощью резисторов понижается напряжение, об их характеристиках, а также о том, как произвести расчёт резистора, гасящего ток для понижения напряжения.
Что такое падение напряжения на резисторе
Электрический ток, проходя по цепи, испытывает сопротивление, которое может изменяться под воздействием разнообразных условий внешней среды (экстремально низкие температуры или нагрев) и может зависеть от характеристик конкретного проводника. Например, чем тоньше проводник или длиннее – тем оно выше.
На значение его величины влияют следующие факторы:
- сила тока;
- длина проводящих частей;
- напряжение;
- материал проводниковых элементов;
- нагрев (температура);
- площадь поперечного сечения.
Резисторы можно разделить на постоянные, переменные и подстроечные. Главное их отличие друг от друга — возможность изменения показателя сопротивления. Чаще всего встречаются постоянные резисторы – данный показатель в них нельзя изменить, поэтому они и получили такое название. Переменные отличаются тем, что величину сопротивления в них можно настраивать. В подстроечном резисторе её также можно изменять, но отличие данной разновидности в том, что он не рассчитан на частое изменение параметра. Подстроечные резисторы выполняются в более компактном корпусе по сравнению с переменными.
Чтобы вычислить падение напряжения на резисторе, нужно помнить, что снижение нагрузки, приложенной ко всей цепи (то есть, напряжения, подключённого к контуру) может быть получено как для всего контура, так и для любого элемента цепи. Напряжение понижается за счёт сопротивления, которым обладают проводники.
Падение напряжения на резисторе зависит от силы проходящего тока и характеристик проводников. Температура и показатели тока также имеют значение. Например, напряжение, измеренное вольтметром на лампочке, подключённой к сети 220 В, будет немного ниже за счёт сопротивления, которым обладает лампочка.
Источники питания имеют разную величину напряжения. Это значение может превышать то, которое бывает необходимо на выходе. Чтобы нагрузка, которую требуется запитать, не сгорела, часто возникает необходимость в понижении вольтажа, в том числе с помощью резисторов.
Сравнительная таблица напряжений
| Источник питания | Напряжение |
| NiCd аккумулятор | 1,2 В |
| Литий-железо-фосфатный аккумулятор | 3,3 В |
| Батарея типа «Крона» | 9 В |
| Автомобильный аккумулятор | 12 В |
| Аккумулятор для грузовых автомобилей | 24 В |
В этом случае резистор должен уменьшить протекающий по цепи ток. При этом ток не превращается в тепло, происходит именно его ограничение. То есть при включении резистора в цепь ток упадёт – в этом и состоит работа резистора, при совершении которой элемент нагревается.
В общем случае падения напряжения можно рассчитать, используя простую формулу, связывающее показатели между собой.
Но в ряде случаев, например, при параллельном подключении сопротивлений, посчитать необходимую величину уже сложнее. В этом случае по специальной формуле потребуется привести сопротивление параллельных веток к одному числу:
R = R1*R2 / (R1+R2)
При необходимости также учитываются другие сопротивления, суммирующиеся с этим значением (например, сопротивление провода и источника питания).
Закон Ома для электрической цепи
В основе расчёта входного и выходного напряжения цепи лежит закон Ома, знакомый ещё со школы по курсу физики. Базовая формула расчёта напряжения на участке цепи выглядит так:
Определить напряжение в цепи переменного тока можно по следующей формуле:
U=I/ Z, где
в этой формуле Z означает сопротивление (Ом), которое было получено на протяжении всей цепи.
В ряде случаев показатели не могут быть рассчитаны по этим фармулам напрямую.
- В случаях нахождения проводников или диэлектриков под воздействием высокого напряжения.
- В случаях быстро изменяющихся электромагнитных полей при прохождении токов высокой частоты. В этом случае требуется учитывать также инерцию переносящих заряд частиц.
- В условиях возникновении свойств сверхпроводимости, если цепи работают при экстремально низких температурах.
- При нагреве проводника протекающим по нему током.
- Для светодиодов. Зависимость между током и падением напряжения в этом случае нелинейная.
- Для процессов в устройствах на основе полупроводников.
В зависимости от того, как элементы включены в цепь — последовательно или параллельно — общее сопротивление рассчитывают по-разному.
Расчёт при последовательном подключении
При последовательном соединении элементы идут друг за другом, и выход предыдущего соединяется с входом последующего. Общее сопротивление в этом случае можно посчитать по формуле:
R = R1 + R2 + … +Rn, где
R1…Rn – сопротивления n-элементов (Ом).
Расчёт при параллельном подключении
При параллельном соединении оба элемента цепи включаются параллельно друг другу. Сопротивление в этом случае получают через дробь, формула для его расчёта выглядит так:
1/R = 1/R1 + 1/R2 + … + 1/Rn, где
R1 … Rn – сопротивления n-элементов (Ом).
Внимание! При разработке схем устройств обычно используются комбинированные соединения. Для расчёта сопротивления схема упрощается, и общее сопротивление сперва определяется для участков с параллельным соединением, а потом суммируется как для цепи с последовательными соединениями элементов.
Для упрощения и ускорения расчётов можно это сделать онлайн.
Единица измерения сопротивления резистора
В Международной системе единиц (СИ) сопротивление измеряется в омах – единице измерения, названной так в честь физика Георга Ома, который также открыл знаменитый закон для электрической цепи. Международное обозначение выглядит так: Ω. Физический смысл этой единицы заключается в следующем:
Сопротивление проводника равно 1 Ом при силе тока, равной 1 А, и напряжении на концах проводников, равном 1 В.
Оно может быть измерено с помощью прибора, называющегося омметр.
Для справки. В системе СГС сопротивление не имеет определённого названия, но в её расширениях используются статом (1 statΩ; рассчитываетсся как ток 1 статампер разделить на напряжение 1 статвольт) и абом (1 abΩ = 1*10-9 Ом, наноом; его расчёт — ток 1 абампер разделить на напряжение величиной 1 абвольт). Размерность этой величины в СГСЭ и гауссовой системе равна TL−1, в СГСМ — LT−1. Обратная величина — электропроводность, её единица измерения — сименс (См), статсименс или абсименс для разных систем соотвественно.
Существует большое разнообразие резисторов с широкой линейкой стандартных величин сопротивления. Рассмотрим соотношение этих номиналов и различные приставки, использующиеся для их обозначения.
Приставка кило- (килоом):
1 КОм равен 1000 Ом
Приставка мега- (мегаом):
1 МОм соответствует 1000 КОм или 1 000 000 Ом
Часто показатели резисторов наносятся непосредственно на их корпус. Это очень удобно. Рассмотрим обозначение их номиналов более подробно.
Номинал резистора — это то же самое, что его сопротивление. Раньше резисторы были достаточно крупными, поэтому все значения прописывались целиком на их корпусах с использованием обычных букв. Помимо сопротивления на резисторе могли указать ещё и класс точности или мощность рассеивания.
Сопротивление – основная характеристика резистора. О том, что оно из себя представляет и как рассчитывается, было рассказано выше, поэтому сейчас подробнее остановимся на особенностях их обозначений.
Для простановки значения, не привышающего 1КОм после цифры, обозначающей величину сопротивления, ставится R (или величина указывается совсем без буквы). На резисторах, выпускавшихся давно, можно встретить слово Ом. Позже принятая маркировка изменилась, теперь она используется в формате:
целая величина — R — дробный остаток
Примеры обозначений:
300 = 300 Ом
200 R = 200 Ом
Современные обозначения выглядят так:
4R02 = 4,02 Ом
2R2 = 2,2 Ом
Если значение меньше 1 ома, то ноль в начале обозначения опускают:
0R5 = R5 = 0,5 Ом
Если сопротивление больше тысячи ом, то применяются специальные приставки (мега-, кило-) для упрощения написания. Очень большие значения этой величины почти не встречаются, поэтому необходимость в префиксах Тера- и Гига- возникает крайне редко. Примеры обозначений:
K200 = 200 Ом
2К0 = 2 КОм = 2000 Ом
M200 = 0,2 МОм = 200 KОм = 100 000 Ом
3М0 = 3 МОм = 3 000 КОм = 3 000 000 Ом
Дополнительно можно рассмотреть следующую характеристику — удельное сопротивление.
Бывает, что возникает необходимость также рассчитать удельное сопротивление. Оно измеряется величиной Ом*м.
Для однородного проводника вычисляемое удельное сопротивление находится так:
R = (ρ*l) / S, где
l — длина отрезка проводника (м),
S — площадь сечения проводникового элемента (м2)
Подробнее о буквенной маркировке резисторов читайте здесь.
Характеристика мощности резистора
Мощность электрического тока на участке цепи можно узнать через произведение силы тока для него и напряжения на данном участке. Формула имеет следующий вид:
P= I * U (произведение силы тока и напряжения), где
P — значение мощности (Вт).
Резистор совершает работу по снижению силы тока, при этом он выделяет тепло в окружающее пространство. Но если работа по ограничению тока очень велика и тепло вырабатывается слишком быстро, то он перегреется и может сгореть, так как не будет успевать его рассеивать. Следует учитывать этот момент, подбирая мощность резистора
Важно! Мощность резистора — это очень важный параметр, который обязательно нужно учитывать при разработке электрических схем устройств Мощность резистора характеризуется максимальной величиной силы тока, которую он может выдерживать без перегрева и не выходя из строя.
Расчет мощности резистора
Определим мощность резистора на примере схемы с включённой нагрузкой. Например, мы имеем ток, равный 0,4А, а падение напряжения на резисторе составляет 5В. Значит, расчёт будет выглядеть следующим образом:
P = I * V;
0,4А * 5В = 2Вт.
Следовательно, здесь потребуется резистор, мощность которого не ниже двух ватт. Лучше, если эта характеристика будет чуть выше, чтобы резистор не перегревался и не вышел из строя.
Как понизить напряжение с помощью резистора
Чтобы нагрузка, которую требуется запитать, не сгорела, часто возникает необходимость снизить входное напряжение. Проще всего этого можно добиться, используя схему с двумя резисторами, более известную как делитель напряжения. Классическая схема выглядит так:
В этом случае напряжение подаётся на два резистора с использованием параллельного подключени, а на выходе его получают с одного. Подбор номиналов резисторов осуществляют по формуле так, чтобы напряжение, снимаемое на выходе, составляло какую-то часть от подаваемого. Расчет резистора для понижения напряжения можно воспользовавшись формулой, основанной на законе Ома:
Uвых= (Uвх*R2)/(R1+R2), где
Uвх – напряжение на входе, В;
Uвых – напряжение на выходе, В
R1 – показатель сопр. 1-ого резистора (Ом)
R2 – показатель сопр. 2-ого элемента, (Ом)
Подбор резистора для понижения напряжения
Для подбора нужного сопротивления резистора можно воспользоваться готовыми онлайн-калькуляторами или программами для моделирования работы электронных схем. Симуляторы электрических цепей способны не только рассчитать напряжение на выходе в зависимости от сопротивления элементов и способа их подключения, но и обладают функционалом, позволяющим визуализировать то, как падает ток и напряжение на резисторе. Например, приложение EveryCircuit позволяет изменять в схеме параметры элементов, выбирать скорость симуляции, получать данные в различных точках. При этом можно наблюдать за динамикой изменения значений, используя для ввода входных параметров вращающийся лимб в нижнем правом углу.
Существует ещё ряд бесплатных программ для эмуляции, позволяющие выполнить, в том числе, расчёт резистора при понижении напряжения, например:
- EasyEDA;
- Circuit Sims;
- DcAcLab;
и другие.
В статье мы ознакомились с понятием сопротивления, узнали о его единицах измерения, о маркировке резисторов, о программах эмулирующих работу цепи и облегчающих подбор нужного сопротивления, а также рассмотрели примеры расчёта падения напряжения на резисторе.
