Какие есть формулы для вычисления сопротивления резистора
Содержание
- 1 Что такое резистор
- 2 Сопротивление резистора
- 3 Последовательная цепь источника и сопротивлений
- 4 Параллельная схема элементов
- 5 Расчет смешанного соединения элементов схемы
- 6 Мощность рассеивания
- 7 Параметры резисторов
- 8 Определение параметров по маркировке и схеме
- 9 Видео по теме
Сопротивление направленному движению электронов (электрическому току) в проводах электроснабжения чаще всего провоцирует потери. Они зависят от площади сечения (S), длины (L), удельного сопротивления вещества провода (ρ). Однако, сопротивление послужило созданию самого распространенного элемента в электронике — резистора.
Что такое резистор
Деталь электрической или электронной схемы, сопротивляющаяся прохождению электрического тока, называется резистор (от латинского resisto — сопротивляюсь). Падение или изменение напряжения на этом элементе используется в схемотехнике для получения нужных процессов управления автоматикой или преобразования электричества в свет, тепло, звук или движение.
Наиболее удобно классифицировать резисторы по следующим признакам:
- назначение. Для различных сфер используют элементы с
общими свойствами или специфическими по частоте тока, точности изготовления или ограничения по напряжению;
- способ управления сопротивлением. Постоянные резисторы в определенном диапазоне напряжения и тока не меняют сопротивление. У переменных можно менять вручную данный параметр с целью управления процессами. Подстроечные используются для корректировки режимов при наладке и после ремонта;
- материал рабочей части резистора. Металлы, их окислы и сплавы, графитовые или композитные смеси;
- вид резистивных тел. Проволока, фольга или ленты из метала, напыление пленки на керамику, интегрированные каналы в микросхеме;
- способ размещения. Резисторы могут быть впаяны в электронную плату, устанавливаться отдельно на панели управления или закладываться при создании микросхемы внутри изделия;
- характер изменения падения напряжения на элементе от внешних условий (ВАХ). Вольт-амперная характеристика в рабочем диапазоне резистора может быть линейной или нелинейной.
Нелинейная ВАХ отражает изменение сопротивления компонента от внешних условий. Такие резисторы служат датчиками напряжения (варисторы), магнитного поля (магниторезисторы), уровня освещенности (фоторезисторы), перепада температуры (терморезисторы), изменения деформации (тензорезисторы).
Сопротивление резистора
У тех, кто только начинает изучать азы электротехники, часто возникает вопрос, а чем отличается резистор от сопротивления. Разница в том, что резистор является пассивным элементом электроцепи, а сопротивление — это характеристика данного элемента, которую можно рассчитать, определить по маркировке или измерить. Но зачастую сопротивление используется в качестве синонима слова «резистор».
Рассчитать внутреннее сопротивление резистора в сети постоянного тока помогает формула закона Ома для элемента цепи:
Эту формулу применяют также для расчета активного сопротивления в сети переменного тока, но используют действующий ток через элемент. Он равен постоянному току, при котором выделяется на резисторе столько же теплоты, сколько за одинаковое время при прохождении импульсного или синусоидального тока различной частоты.
Суммарное электрическое сопротивление в сетях переменного тока вычисляется при учете активной и реактивной составляющей участка цепи. Любой вид сопротивления измеряется в омах.
Одинокий резистор в схеме часто используется как ограничитель тока. На электронных платах этих элементов много. Друг с другом они соединяются в различных комбинациях: последовательно, параллельно или по смешанной системе.
Последовательная цепь источника и сопротивлений
В замкнутом контуре из последовательно соединенных резисторов и батареи ток в разных точках цепи имеет одинаковое значение. Показание вольтметра на отдельном резисторе будет отражать произведение его внутреннего сопротивления на ток в контуре. Суммарные показания вольтметров будут равны напряжению источника, а для определения общего сопротивления резисторов надо сложить сопротивления всех элементов.
Последовательную цепочку сопротивлений часто используют как делитель напряжения в маломощных измерительных или задающих ступенчатое управление параметрами устройствах. Сопротивление нагрузки Rн, подключенной параллельно R1 вместо вольтметра, должно быть немного больше, чтобы делитель работал стабильно.
Параллельная схема элементов
При параллельном соединении на каждом элементе присутствует напряжение источника, общий ток равен сумме токов резисторов. Расчет сопротивления участка цепи осуществляется по формуле R = (R1 • R2) / (R1 + R2).
Отличие параллельного соединения от последовательного заключается в том, что каждый резистор получает напряжение, которое равно напряжению источника, а общее сопротивление участка меньше меньшего из его составляющих.
Расчет смешанного соединения элементов схемы
Перед тем как рассчитать общее сопротивление схемы, состоящей из параллельных и последовательных участков, используют методы упрощения. На каждом шаге упрощенные эквивалентные схемы можно посчитать по уже известным формулам. Полученный в результате резистор будет обладать общим сопротивлением исходной схемы.
Мощность рассеивания
Для надежной работы электрической схемы нужно знать и сопротивление резистора, и мощность рассеивания, формула для вычисления последней имеет вид:
Правильно подобранный элемент схемы должен рассеять мощность Р (Вт) не разрушаясь и не нагревая другие детали.
Параметры резисторов
Выбор резисторов происходит чаще всего по следующим основным параметрам:
- номинальному сопротивлению. Подбирается или подгоняется ближайшее к расчетному;
- допуску — характеристика, отражающая точность при изготовлении номинального сопротивления. Она составляет 5–20%;
- номинальной мощности рассеивания. Наибольшая величина рассеянного тепла без изменения характеристик меньше номинала элемента;
- предельному рабочему напряжению. Приложенное к выводам резистора наибольшее напряжение, которое не разрушает его;
- температурный коэффициент. Показывает, как изменится сопротивление резистора при колебании на один градус температуры среды.
Для переменных резисторов учитывают ряд дополнительных характеристик:
- износоустойчивость — число циклов;
- функцию изменения сопротивления (линейная, логарифмическая, обратнологарифмическая);
- уровень шума при движении ползунка.
Определение параметров по маркировке и схеме
Некоторые из параметров наносятся непосредственно на резисторы, например, сопротивление и допуск. Раньше для информации о них использовали буквы и цифры. Номинальное сопротивление резисторов имеет диапазон от 0.01 Ом до 1 ГОм. Цифры в маркировке обозначают номинал, а буквы — множитель. Конкретная величина получается умножением или делением цифр.
Буквенно-цифровая маркировка предполагает использование букв Е и R для сопротивлений до 99 Ом, выше — К, а уровень мегаомов обозначается буквой М. В зависимости от того, какую позицию занимает буква в цифровом коде, определяются целые числа или дробные. Узнать, какому множителю соответствует определенная буква, поможет специальная таблица, которую можно найти в любом справочном пособии.
Элементы с цифро-буквенной маркировкой сейчас можно найти преимущественно в старой аппаратуре. В ходе ее ремонта часто приходится менять резисторы, поэтому необходимо уметь расшифровывать такое обозначение.
Сейчас в угоду минимизации отказались от буквенно-цифровых обозначений. На поверхность резисторов наносится маркировка кольцами или точками разных цветов. Чтобы определить по полоскам сопротивление резистора, следует начинать со смещенной к одному из выводов или самой широкой цветной полоски.
Набор цветов первых трех колец при 5 и 6-полосной раскраске означает шифр сопротивления резистора, цвет четвертого кольца обозначает определенное значение множителя для него. Цвет пятого кольца показывает точность изготовления резистора. При шестиполосной окраске цвет последнего кольца обозначает изменение сопротивления (процент) при перепаде температуры окружающей среды на 1 градус. Четырех и пятиполосная раскраска его не имеет.
При четырехполосной маркировке сопротивление резисторов определяется по цветам первых двух. Цвет третьей полосы — это множитель для точного определения сопротивления. Последняя полоса своей расцветкой говорит о допуске в процентах от номинала.
На электрической схеме резистор изображается в виде прямоугольника с размерами 4×10 мм. Рядом с изображением указывается буква R и цифра, обозначающая порядковый номер элемента на схеме, например, R1. Указывается также номинальное сопротивление. Как определить его по буквенно-цифровой маркировке, было рассказано выше.
Мощность рассеивания указывается на графическом изображении специальными метками, если этот параметр меньше 1 ватта. Как узнать мощность по ним подскажет таблица, приведенная ниже.
Если мощность рассеивания выше одного ватта, то внутри прямоугольника ставят римскую цифру. Например, V используется для мощности величиной 5 Вт, Х — 10 Вт и т. п.
Бывают случаи, когда нет возможности воспользоваться маркировкой, например, если она повреждена или стерта. В таком случае нужно знать, как измерить сопротивление специальным прибором. Это может быть омметр или мультиметр. Они мало чем отличаются, но последний является многофункциональным прибором. Принцип измерений основывается на законе Ома. Перед тем как проверить резистор, следует выставить рабочий режим и диапазон измеряемого сопротивления.
Алгоритм по измерению сопротивления используется такой:
Резистор является довольно простым элементом и по своему устройству, и по принципу работы. Поэтому его сопротивление определяется также довольно просто. Еще больше облегчают задачу онлайн-калькуляторы. Ими можно воспользоваться, если возникает необходимость рассчитывать сопротивление многих элементов, для соединения которых применяются разные способы, а также для расшифровки маркировки в виде цветных полос.
Видео по теме
Что такое сопротивление?
Сопротивление (электрическое сопротивление) — это свойство какого-либо проводника оказывать сопротивление электрическому току, проходящему через него. Вот так все просто!
Давайте проведем аналогию с гидравликой. В нашем случае получается, что проводник электрического тока — это шланг или труба. Теперь давайте подумаем, какой из предметов будет оказывать бОльшее сопротивление потоку воды: садовый шланг или нефтяная труба?
Понятное дело, что садовый шланг, так как его диаметр в разы меньше, чем диаметр нефтяной трубы.
Тогда другой вопрос. Какой шланг будет обладать бОльшим сопротивлением потоку воды с учетом того, что их длины и диаметры равны?
Разумеется, гофрированный. Вода будет «цепляться» за его стенки, что приведет к тому, что они будут мешать потоку воды.
Тогда еще вот такая задачка. Есть два абсолютно одинаковых шланга, но один длиннее, а другой короче. Какой из шлангов будет оказывать бОльшее сопротивление потоку воды?
Думаю тот, который длиннее. Ответ очевиден.
Сопротивление проводника
Так почему бы все эти свойства не применить также к проводнику? Чем тоньше и длиннее проводник, тем больше его сопротивление электрическому току. Большую роль играет также материал, из которого он изготовлен.
Поэтому, окончательная формула будет принимать вид
В технике до сих пор применяется устаревшая единица измерения удельного сопротивления Ом × мм2 /м. Чтобы перевести в Ом × м, достаточно умножить на 10-6, так как 1 мм2=10-6 м2.
Как вы видите из таблицы выше, самым маленьким удельным сопротивлением обладает серебро, поэтому провод из серебра будет наилучшим проводником. Ну а самым распространенными и дешевыми проводниками являются медь и алюминий. Именно эти два металла в основном используются во всей электронной и электротехнической промышленности.
Вещества, которые оказывают наименьшее сопротивление электрическому току и обладают очень малым сопротивлением называются проводниками, а вещества, которые обладают ну очень большим сопротивлением электрическому току и почти его не пропускают через себя, называются диэлектриками. Между ними стоит класс полупроводников.
Что такое сопротивление 1 Ом?
Проводник обладает сопротивлением 1 Ом, если на его концах напряжение составляет 1 Вольт при силе тока, проходящей через него в 1 Ампер.
Это самое простое объяснение, что такое 1 Ом. В электротехнике и электронике сопротивление обозначается буквой R .
Как найти сопротивление в цепи?
Его можно узнать из закона Ома, который связывает силу тока, напряжение и сопротивление. В этом случае, оно рассчитывается по формуле
где
R — сопротивление, Ом
U — напряжение на концах проводника, Вольты
I — сила тока, текущая через проводник, Амперы
То есть нам достаточно замерить напряжение на концах какого-либо проводника и измерить силу тока, проходящую через него. После применить формулу и рассчитать сопротивление проводника. Давайте для закрепления решим простую задачу.
Задача
Рассчитать сопротивление проводника, если известно, что на него подают напряжение 5 Вольт и сила тока, проходящая через него 0,1 Ампер.
Решение
Используем формулу
В электронике и электротехнике используют специальные радиоэлементы, которые обладают сопротивлением электрическому току — резисторы. Более подробно про них можно прочитать в этой статье.
Также вот вам видео, где очень умный преподаватель объясняет, что такое сопротивление
Близкие темы к этой статье
Электрический проводник
Напряжение
Сила тока
Резисторы
Закон Ома
Входное и выходное сопротивление
Человек, который сталкивается с электрическими схемами и приборами, работающими от электричества, порой имеет дело с огромным количеством элементов и предметов, которыми фактически нашпигованы платы монтажного типа. На данный момент в электронике широко используется такая деталь, как резистор. Этот элемент единовременно может выполнять большое количество функций. Некоторые схемы не предполагают монтаж без его использования. Иными словами, резистор практически нечем заменить.
На снимке различные виды резисторов
Что это такое и для чего он нужен?
Если обратиться к формообразованию слова, то непременно ниточка приведет к английскому слову «resist». В переводе на русский он будет обозначать действие – противостоять, сопротивляться и препятствовать. Все сводится к тому, что в цепи в цепи протекает ток, испытывающий противодействие внутреннего типа. Определить величину этого самого сопротивления можно свойствами различных внешних факторов и свойств проводника.
Данный тип токовой характеристики можно измерить в Омах. При этом будет проглядываться непосредственная зависимость от напряжения и силы электрического тока. К примеру, при сопротивлении проводного элемента в 1 Ом и токе в 1 Ампер, на каждом из концов проводника будет создаваться напряжение в 1 Вольт. Из этого следует, что при введении и изменении величины сопротивления можно будет контролировать и регулировать все остальные параметры. Причем стоит отметить, что их можно будет рассчитать самостоятельно.
На данный момент резисторы применяют во многих областях науки. Ко всему прочему их принято считать самой распространенной деталью для создания плат и электрических схем.
Главная функция резистора – это контроль и ограничение действия тока. Ко всему прочему, эту деталь порой применяют для того чтобы поделить напряжение в сети.
Если говорить о принципе работы, то все сводится к математическому представлению. В этом случае любая деталь в цепи, через которую проходит сила тока будет зависеть от сформировавшегося в ней напряжения. Эта зависимости может быть описана с помощью закона Ома, а деталь рассматривают в качестве резистора.
В стандартной ситуации на резисторе будет рассеиваться тепло. Специалисты утверждают, что в электрических схемах необходимо будет использовать этот элемент для того чтобы рассеять нужную мощность. Помимо прочего необходимо будет предусмотреть, чтобы повышение температуры резистора не мешало работе деталей, расположенных от него по соседству. Основываясь на математической теории можно выполнить расчет напряжения, его сопротивление и показатель электрического тока.
На всех электрических схемах резистор обозначают так, как показано на рисунке
Следует также отметить, что мощность резисторов, носящую номинальный характер обычно указывают в таблице комплектующих. Но в большинстве своем используют стандартную мощность в 0, 25 или 0,125 Ватт. Если для создания схемы необходимо использовать резистор большей мощности, то его указывают в предварительном списке.
Интересный факт. В большинстве своем все резисторы имеют в своем составе серебро. А вот определенные варианты собирают при использовании золота, платины, палладия, тантала и рутения.
Как определить мощность?
Для определения мощностного показателя предварительно необходимо научиться расшифровывать резистор. Специально для облегчения работы была придумана специальная маркировка. Все они имеют различное цветовое обозначение.
Так, на маркировке указывают четыре основных цвета:
- первая полоса – значение первой цифры;
- вторая полоса – значение второй цифры;
- треть полоса – нулевое число;
- четвертая полоса – это точное значение резисторного сопротивления. Его еще называют допуском.
Ряды резисторов указаны в таблице
Номинальное обозначение резистора по полоскам можно определить по табличным данным и справочным материалам.
Расчет
Чтобы выполнить расчет делителя напряжения на резисторе следует использовать математическую формулу №1.
Формула №1
Фактически формула основана на законе Ома, где:
Uin и Uout – напряжение на входе и выходе;
R1 R2 –это сопротивление, проходящее через резистор.
Для расчета падения напряжения на резисторе используют следующую математическую формулу:
U1= I * R
Где U1– это падение напряжения на резисторе;
I – сила электрического тока, которая проходит через него;
R – cопротивление детали.
Как рассчитать сопротивление?
В таблице указано сопротивление резисторов
Сопротивления резисторов обозначается как R. При этом необходимо отметить, что сопротивление участка цепи с включенными в него тремя резисторами будет складываться из совокупности сопротивлений этих деталей.
Как проверить резистор?
Для того чтобы проверить деталь на работоспособность, необходимо ее попросту прозвонить. Для выполнения этой диагностической процедуры следует использовать мультиметр. Выбирают положение омметр. Данные полученные в конечном итоге можно будет сравнить с номинальным показателем сопротивления, которое предварительно указывают на корпусе элемента, а также на принципиальной схеме.
Соединение
На данный момент резисторы могут врезаться в сеть несколькими способами:
- последовательное соединение резисторов – это врезание элемента последовательно от других деталей, включенных в сеть.
- смешанное соединение резисторов – в данном случае при использовании нескольких деталей подключение к сети может производится любым способом. Причем совершенно не обязательно, что он будет единым. Это может быть и параллельное и последовательное подключение.
Параллельное соединение
При параллельном соединении резисторов их сопротивление будет величиной обратной номинальному.
Формула №2
Что же касается мощностного показателя, то его считывают на корпусе устройства.
Формула расчета параллельного соединения резисторов
Видео
Смотрите на видео что такое резистор и как он работает:
В том случае, если выполнить тот или иной расчет собственными силами невозможно, следует обратиться за помощью к справочным материалам и иным научным источникам.
Окт 9, 2015
Один из способов определения силы тока в резисторе – это ее прямое измерение мультиметром. Измерения следует проводить в разрыве цепи после резистора следующим образом:
– выставить на тестере максимально допустимый диапазон,
– присоединить щупы прибора к месту разрыва цепи.
Применив закон Ома, искомую величину можно также определить расчетным путем:
где I – сила тока, U – напряжение, R – сопротивление (единицы измерения ампер (А), вольт (В), ом (Ом) соответственно).
В приборостроении и электротехнике применяются различные типы соединения и подключения резисторов, что обеспечивает разнообразие электротехнических свойств электрических схем.
Типы соединений резисторов
Соединение элементов в одну цепь осуществляется следующими способами:
-
последовательно;
-
параллельно;
-
смешанно.
Общие схемы типов соединений представлены на рисунке 1.
Рисунок 1. Типы соединений резисторов
Параллельным соединением принято считать соединение, при котором элементы цепи соединены так, что их начала могут соединиться в одной точке, а концы – в другой (см.рис.2)
Рисунок 2. Параллельное соединение резисторов
Потоку заряженных частиц при прохождении участка АВ предоставлено несколько вариантов пути, поэтому на каждом участке с резистором будет протекать ток, величиной, обратно пропорциональной сопротивлению резистора.
При увеличении нагрузки параллельного соединения, в случае подключения большого числа резисторов способом параллельного соединения в электрическую цепь, общее сопротивление цепи значительно уменьшится, за счет увеличения числа путей, предоставленных потоку заряженных частиц. Увеличение количества возможных вариантов движения влечет за собой уменьшение противодействия движению тока.
Как найти сопротивление параллельно соединенных резисторов?
Общее сопротивление резисторов в случае параллельного соединения определено по закону Ома в следующем соотношении:
и рассчитывается по формуле:
Для примера произведем расчет общего сопротивления для цепи из двух резисторов, обладающих сопротивлением R1= R2=7Ом (см. рис.3а)
R12= 7*7/ (7+7) = 3,5Ом
Сопротивление на участке АВ
(1– 2) в 2 раза меньше R каждого из резисторов.
При параллельном подсоединении к рассматриваемой цепи еще одного резистора, также обладающего аналогичным сопротивлением R3=7Ом (см. рис.3б) общее сопротивление цепи рассчитывается с учетом предыдущих вычислений, где R12= 3,5Ом
Rобщ= 3,5*7/ (3,5+7) = 2,33 Ом
R123< R3
Рисунок 3. Увеличение цепи параллельного соединения резисторов
Из расчетов следует, что общее сопротивление (см. рис.3в) всегда будет меньше сопротивления любого параллельно включенного резистора. Такое условие обеспечивается равенством токов на входе и выходе узлов или групп параллельных резисторов и постоянством напряжения в сети.
Что такое последовательное соединение резисторов?
При последовательном соединении резисторы подсоединяются друг за другом, при этом конец предыдущего резистора соединен с началом последующего резистора (рисунок 4).
Рисунок 3. Последовательное соединение резисторов.
Потоку заряженных частиц при прохождении участка АВ предоставлен один путь, поэтому, чем больше резисторов подсоединено, тем большее сопротивление движущимся заряженным частицам они оказывают, то есть общее сопротивление участка цепи Rобщ возрастает.
Формула для расчета общего сопротивления при последовательном соединении имеет вид:
Как рассчитать напряжения на последовательно соединенных резисторах?
Последовательное соединение резисторов увеличивает общее сопротивление. Ток во всех частях схемы будет одинаковым, при этом будет определяться падение напряжения на каждом резисторе.
Общее напряжение питания на резисторах, соединенных последовательно, равно сумме разностей потенциалов на каждом резисторе:
URобщ =UR1+ UR2 + UR3+ UR4
Применив закон Ома, можно вычислить напряжение на каждом резисторе:
UR1=I*R1, UR2=I*R2, UR3=I*R3, UR4=I*R4
Напряжение на участке АВ рассчитывается по формуле:
UАВ=I* (R1
+ R2+R3+R4)
А ток в цепи:
Резисторы, соединенные последовательно, применяются в электротехнике в качестве делителя напряжения.
Рисунок 5. Схема простейшего делителя напряжения
Регулируя сопротивление обоих резисторов можно выделить требуемую часть входящего напряжения. При необходимости деления напряжения на несколько частей к источнику напряжения подключается несколько последовательно соединенных резисторов.
Смешанное соединение резисторов
В электротехнике наиболее распространено использование различных комбинаций параллельного и последовательного подключения. Силу тока при смешанном соединении резисторов определяют путем разделения цепи на последовательно соединенные части. Однако для определения общего сопротивления в случае параллельного сопротивления различных частей следует применять соответствующую формулу.
Алгоритм расчета смешанного подключения аналогичен правилу расчета базовой схемы последовательного и параллельного подключения резисторов. В этом нет ничего нового: нужно правильно разложить предложенное решение на пригодные для расчета части. Участки с элементами подключаются поочередно или параллельно. Гибридное резистивное соединение представляет собой комбинацию последовательного и параллельного. Эту комбинацию иногда называют последовательно-параллельным соединением.
На рисунке 6 представлена схема смешанного соединения резисторов.
Рисунок 6. Смешанное соединение резисторов.
На рисунке показано, что резисторы R2 и R3
соединены параллельно, а R1, R23
и R4 последовательно.
Чтобы рассчитать сопротивление этого соединения, вся схема делится на простейшие части, начиная с параллельного или последовательного сопротивления. Тогда следующий алгоритм выглядит следующим образом:
1. Определите эквивалентное сопротивление части резистора, подключенной параллельно.
2. Если эти части содержат резисторы, включенные последовательно, сначала рассчитайте их сопротивление.
3. Вычислив эквивалентное сопротивление резистора, перерисовываем схему. Обычно схема получается из последовательного эквивалентного сопротивления.
4. Рассчитайте сопротивление цепи.
Другие способы подключения хорошо видны на примере, показанном на рисунке. Без специальных расчетов очевидно, что параллельное соединение резисторов создает несколько путей для тока. Следовательно, в одиночном контуре его сила будет меньше по сравнению с контрольными точками на входе и выходе. При этом напряжение на отметке остается неизменным.
Пример участка цепи для расчета сопротивления смешанного соединения показан на рисунке 5.
Рисунок 7. Общее сопротивление участка цепи со смешанным соединением резисторов.
Друзья, всем привет! В прошлой статье мы разбирались с понятием электрического тока и напряжения. В ней буквально на пальцах я постарался объяснить что представляет собой электричество. В помощь применял некие «сантехнические аналогии».
Сегодня я постараюсь как можно подробнее осветить тему резисторов. Резисторы хоть и являются, наверно самыми простыми радиокомпонентами, но у начинающих могут вызвать массу вопросов. А отсутствие ответов на них может привести к полному бардаку в голове и привести к отсутствию мотивации и желанию развиваться.
Что такое сопротивление?
Резистор — это пассивный элемент электрической цепи, обладающий фиксированным или переменным значением электрического сопротивления.
Резисторы обладают сопротивление, а что такое сопротивление? Постараемся с этим разобраться.
Чтобы ответить на этот вопрос, давайте вернемся снова к нашей сантехнической аналогии. Под действием силы тяжести или под действием давления насоса, вода устремляется от точки большего давления в точку с меньшим давлением. Так и электрический ток под действием напряжения течет из точки большего потенциала в точку с меньшим потенциалом.
Что может помешать движению воды по трубам? Движению воды может помешать состояние труб, по которым она бежит. Трубы могут быть широкими и чистыми, а могут быть загажены и вообще представлять собой печальное зрелище. В каком случае скорость водного потока будет больше? Естественно, что вода будет течь быстрее если ее движению не будет оказываться никакого сопротивления.
В случае с чистым трубопроводом так и будет, воде будет оказываться наименьшее сопротивление и ее скорость будет практически неизменной. В загаженной трубе сопротивление на водный поток будет значительным, и соответственно скорость движения воды будет не очень.
Хорошо, теперь переносимся из нашей водопроводной модели в реальный мир электричества. Теперь становится понятно, что скорость воды в наших реалиях представляет собой силу тока измеряемую в амперах. Сопротивление которое оказывали трубы на воду, в реальной токоведущей системе будет сопротивление проводов измеряемое в Омах.
Как и трубы, провода могут оказывать сопротивление на ток. Сопротивление напрямую зависит от материала из которого сделаны провода. Поэтому совсем не случайно провода часто изготавливают из меди, так как медь имеет небольшое сопротивление.
Другие металлы могут оказывать очень большое сопротивление электрическому току. Так для примера, удельное сопротивление (Ом*мм²) нихрома составляет 1.1Ом*мм². Величину сопротивления нетрудно оценить сравнив с медью у которой удельное сопротивление 0,0175Ом*мм². Неплохо да?
При пропускании тока через материал с высоким сопротивлением, мы можем убедиться, что ток в цепи будет меньше, достаточно провести несложные замеры.
Как выглядит резистор?
В природе встречаются абсолютно различные резисторы. Есть резисторы с постоянным сопротивление, есть резисторы с переменным сопротивлением. И каждый вид резисторов находит свое применение. Так давайте остановимся и постараемся уделить вниманием некоторые из них.
Постоянные резисторы.
Само название говорит о том, что они обладают постоянным фиксированным сопротивлением. Каждый такой резистор изготавливается с определенным сопротивлением, определенной рассеиваемой мощностью.
Рассеиваемая мощность — это еще одна характеристика резисторов, так же как и сопротивление. Мощность рассеивания говорит о том, какую мощность может рассеять резистор в виде тепла (вы наверное замечали, что резистор во время работы может значительно нагреваться).
Естественно, что на заводе не могут изготавливать резисторы абсолютно любые. Поэтому постоянные резисторы имеют определенную точность указываемую в процентах. Эта величина показывает в каких пределах будет гулять результирующее сопротивление.И естественно, чем точнее резистор, тем дороже он будет. Так зачем переплачивать?
Также сама величина сопротивления не может быть любой. Обычно сопротивление постоянных резисторов соответствует определенному номинальному ряду сопротивлений. Эти сопротивления обычно выбираются из рядов типо Е3, Е6, Е12,Е24
Как видите резисторы из ряда Е24 имеют более богатый набор сопротивлений. Но это еще не предел так как существуют номинальные ряды E48, E96, E192.
На электрических схемах постоянные резисторы обозначаются эдаким прямоугольником с выводами. На самом условном графическом обозначении может надписываться мощность рассеяния.
Переменные резисторы.
Вы когда-нибудь обращали внимание на различные «крутилки» в старой аналоговой технике. Например, задумывались ли о том что вы крутите, прибавляя громкость в старом, возможно даже ламповом телевизоре?
Многие регуляторы и различные «крутилки» представляют собой переменные резисторы. Так же как и постоянные резисторы, переменные также имеют различную рассеивающую мощность. Однако их сопротивление может меняться в широких пределах.
Переменные резисторы служат для регулирования напряжения или тока в уже готовом изделии. Этим резистором может регулироваться сопротивление в схеме формирования звука. Тогда громкость звука будет меняться пропорционально углу поворота ручки резистора. Так сам корпус находится внутри устройства, а та самая крутилка остается на поверхности.
Более того, бывают еще и сдвоенные , строенные , счетверенные и так далее переменные резисторы. Обычно их применяют, когда нужно параллельное изменение сопротивления сразу в нескольких участках схемы.
Подстроечные резисторы.
Переменный резистор это очень хорошо, но что если нам нужно изменение или подстройка сопротивления лишь на этапе сборки изделия?
Переменный резистор нам в этом не очень подходит. Переменный резистор обладает меньшей точностью нежели постоянный. Это плата за возможность регулировки, в результате которой сопротивление может гулять в некоторых пределах.
Конечно на этапе налаживания изделия может применяться так называемый подборочный резистор. Это обычный постоянный резистор, только при монтаже он подбирается из кучки резисторов с близкими номиналами.
Подбор резисторов имеет место быть когда требуется регулировка параметров изделия и при этом требуется высокая точность работы (чтобы требуемый параметр как можно меньше плавал). Таким образом нужно чтобы резистор был как можно большей точностью 1% или даже 0,5%.
Так для подстройки параметров схемы чаще всего применяют подстроечные резисторы. Эти резисторы специально придуманы для этих целей. Подстройка осуществляется посредством тоненькой часовой отвертки, причем после достижения требуемой величины сопротивления ползунок резистора часто фиксируют краской или клеем.
Формулы и свойства.
При выборе резистора, помимо его конструктивной особенности, следует обращать внимания на основные его характеристики. А основными его характеристиками, как я уже упоминал, являются сопротивление и мощность рассеяния.
Между этими двумя характеристиками есть взаимосвязь. Что это значит? Вот допустим в схеме у нас стоит резистор с определенной величиной сопротивления. Но по каким-либо причинам мы выясняем, что сопротивление резистора должно быть значительно меньше того, что есть сейчас.
И вот что получается, мы ставим резистор с значительно меньшим сопротивлением и в соответствии с законом Ома мы можем получить небольшое западло.
Так как сопротивление резистора было большим, а напряжение в цепи у нас фиксированное, то вот что получилось. При уменьшении номинала резистора общее сопротивление в цепи упало, следовательно ток в проводах возрос.
Но что если мы поставили резистор с прежней мощностью рассеяния? При возросшем токе , новый резистор может и не выдержать нагрузки и умереть, его душа улетит вместе с клубком дыма из бездыханного тельца резистора 🙂
Выходит, что при номинале резистора 10 Ом, в цепи будет течь ток равный 1 А. Мощность которая будет рассеиваться на резисторе будет равняться
Видите какие грабли могут подстерегать на пути. Поэтому при выборе резистора, обязательно нужно смотреть его допустимую мощность рассеяния.
Последовательное соединение резисторов.
А давайте теперь посмотрим как будут меняться свойства цепи при последовательном расположении резисторов. И так у нас есть источник питания и далее стоят последовательно три резистора с различным сопротивлением.
Попробуем определить какой ток протекает в цепи.
Здесь хочется упомянуть, для тех кто не в теме, что электрический ток в цепи только один. Есть правило Кирхгофа, которое гласит что сумма токов втекающих в узел равно сумме токов вытекающих из узла. А так как в данной схеме у нас последовательное расположение резисторов и никаких узлов и в помине нет , то ясно, что ток будет один.
Для определения тока, нам нужно определить полное сопротивление цепи. Находим сумму всех резисторов показанных на схеме.
Rсум=R1+R2+R3
Здесь я приведу формулу полного сопротивления при последовательном расположении резисторов.
Полное сопротивление получилось равным 1101 Ом. Теперь зная что полное напряжение (напряжение источника питания)равно 10 В, а полное сопротивление равно 1101 Ом, тогда ток в цепи равняется I=U/R=10В/1101 Ом=0,009 А =9 мА
Зная ток мы можем определить напряжение, высаживаемое на каждом резисторе. Для этого также воспользуемся законом Ома. И получается напряжение на резисторе R1 будет равно U1=I*R1=0.009А*1000Ом=9В. Ну и тогда для остальных резисторов U2=0.9В, U3=0.09В. Теперь можно и проверить сложив все эти напряжения, ну и получив в результате значение близкое напряжению питания.
Ах да вот вам и делитель напряжения. Если сделать отвод после каждого резистора то можно убедиться в наличии еще некоторого набора напряжений. Если при этом использовать равные сопротивления то эффект делителя напряжения будет еще более очевиден.
На изображении видно как меняется напряжение между разными точками потенциалами.
Так как резисторы сами по себе являются хорошими потребителями тока, то понятно, что при использовании делителя напряжения, стоит выбирать резисторы с минимальными сопротивлениями. Кстати мощность расходуемая на каждом резисторе будет одинаковой.
Для резистора R1 мощность будет равняться P=I*R1=3.33A*3.33В=11,0889Вт. Округляем и получаем 11Вт. И каждый резистор естественно должен быть на это рассчитан. Потребляемая мощность всей цепи будет P=I*U=3.33A*10В=33,3Вт.
Сейчас я вам покажу какая мощность будет для резисторов имеющих разное сопротивление.
Из этих наших расчетов становится понятной закономерность:
- Чем больше общее сопротивление цепочки резисторов, тем меньше будет ток в цепи
- Чем больше сопротивление конкретного резистора в цепи, тем большая мощность будет на нем выделяться и тем больше он будет греться.
Поэтому становится понятной необходимость подбирать номиналы резисторов в соответствии с их потребляемой мощностью.
Параллельное соединение резисторов.
С последовательным расположение резисторов думаю более менее понятно. Так давайте рассмотрим параллельное соединение резисторов.
Здесь на этом изображении схемы показано различное расположение резисторов. Хотя в заголовке я упомянул о параллельном соединении, думаю наличие последовательно соединенного резистора R1 позволит нам разобраться в некоторых тонкостях.
Итак суть заключается в том что последовательная схема соединения резисторов является делителем напряжения, а вот параллельное соединение представляет собой делитель тока.
Рассмотрим это подробнее.
Ток течет от точки с большим потенциалом к точке с меньшим потенциалом. Естественно, что ток из точки с потенциалом 10В стремится к точке нулевого потенциала — земле. Маршрут тока будет : Точка10В —>>точка А—>>точка В—>>Земля.
На участке пути Точка 10 —Точка А, ток будет максимальным, ну просто потому, что ток бежит по прямой и не разделяется на развилках.
Далее по правилу Кирхгофа, ток будет раздваиваться. Получается ток в цепи резисторов R2 и R4 будет одним, а в цепи с резистором R3 другим. Сумма токов этих двух участков будет равняться току на самом первом отрезке (от источника питания до точки А).
Давайте рассчитаем эту схему и узнаем значение тока на каждом участке.
Для начала узнаем сопротивление участка цепи резисторов R2, R4
Значение резистора R3 нам известен и равен 100Ом.
Теперь находим сопротивления участка АВ. Сопротивление цепи резисторов, соединенных параллельно будет вычислено по формуле:
Ага, подставили в формулу нашли значения для суммы резисторов R2 и R4 (Сумма равна 30 Ом и подставляется вместо формульной R1) и значение резистора R3 равное 100 Ом (Подставляется вместо формульной R2). Вычисленное значение сопротивления на участке АВ равняется 23 Ом.
Как видите выполнив несложные вычисления наша схема упростилась и свернулась и стала нам уже более знакомой.
Ну и полное сопротивление цепи будет равняться R=R1+R2=23Ом+1Ом=24Ом. Это мы нашли уже по формуле для последовательного соединения. Мы это рассматривали так что на этом останавливаться не будем.
Теперь ток на участке до разветвлений (участок Точка 10В —>>Точка А) мы сможем найти по формуле Ома.
I=U/R=10В/24Ом=0,42A . Получилось 0,42 ампера. Как мы уже обсуждали этот ток будет один на всем пути от точки максимального потенциала, до точки А. На участке А В, значение тока будет равно сумме токов с участков полученных после разделения.
Чтобы определить ток на каждом участке между точками А и В, нам нужно найти напряжение между точками А и В.
Оно как уже известно будет меньше напряжения питания 10В. Его мы найдем по формуле U=I*R=0.42A*23Ом=9,66В.
Как вы могли заметить полный ток в точе А (равный сумме токов параллельных участков) умножается на результирующее сопротивление запараллеленных (сопротивление резистора R1 мы не учитываем) участков цепи.
Теперь мы можем найти ток в цепи резисторов R2, R4. Для этого напряжение между точками А и В разделим на сумму этих двух резисторов. I=U/(R2+R4)=9.66В/ 30Ом=0,322А.
Ток в цепи резистора R3 тоже найти не сложно. I=U/R3=9.66В/100Ом=0,097А.
Как видите при параллельно соединении резисторов ток делится пропорционально значениям сопротивлений. Чем больше сопротивление резистора, тем меньше будет ток на этом участке цепи.
В тоже время напряжение между точками А и В, будет относиться к каждому из параллельных участков (напряжение U=9.66В мы использовали для расчетов и там и там ).
Здесь хочется сказать как напряжение и ток распределяются по схеме.
Как я уже говорил ток до разветвления равен сумме токов после развилки. Впрочем умный мужик Кирхгоф нам это уже рассказывал.
Получается следующее: Ток I на развилке разделится на три I1, I2, I3, а затем снова воссоединится в I как было и в самом начале, получаем I=I1+I2+I3.
Для напряжения или разности потенциалов, что есть одно и тоже будет следующее. Разность потенциалов между точками А и С (далее буду говорить напряжение AC), не равна напряжениям BE, CF,DG. В тоже время напряжения BE, CF,DG , будут равны между собой. Напряжение на участке FH вообще равно нулю, так как напряжению просто не на чем высаживаться (нет резисторов).
Думаю тему параллельного соединения резисторов я раскрыл, но если есть еще какие-то вопросы то пишите в комментариях, чем смогу помогу 🙂
