Všechna elektronická zařízení obsahují odpory,jsou jejich hlavním prvkem. Tím se mění proud v elektrickém obvodu. Článek popisuje vlastnosti rezistorů a způsoby výpočtu jejich výkonu.
Účel odporu
K nastavení proudu v elektrických obvodech se používají odpory. Tato vlastnost je definována Ohmovým zákonem:
I = U / R (1)
Z vzorce (1) je jasně vidět, že čím menšíodpor, čím silnější proud roste, a naopak, čím menší je hodnota R, tím větší je proud. V elektrotechnice se používá tato vlastnost elektrického odporu. Na základě tohoto vzorce jsou obvody děliče proudu široce používány v elektrických zařízeních.
V tomto schématu je proud ze zdroje rozdělen na dva nepřímo úměrné odporům rezistorů.
Kromě nastavení proudu se v děličích napětí používají odpory. V tomto případě se znovu používá Ohmův zákon, ale v poněkud odlišné formě:
U = I ∙ R (2)
Z vzorce (2) vyplývá, že se zvyšujícím se odporem se napětí zvyšuje. Tato vlastnost se používá k vytváření obvodů děliče napětí.
Z obvodu a vzorce (2) je zřejmé, že napětí na odporech jsou rozdělena úměrně odporům.
Obrázek rezistorů v diagramech
Standardně jsou zobrazeny odporyobdélník o rozměrech 10 x 4 mm a je označen písmenem R. Často je na obrázku znázorněna síla rezistorů. Obrázek tohoto indikátoru se provádí šikmými nebo přímými čarami. Pokud je výkon vyšší než 2 watty, je označení provedeno římskými číslicemi. Obvykle se to provádí u drátových odporů. Některé státy, například Spojené státy, používají jiné úmluvy. Pro usnadnění opravy a analýzy obvodu je často dána síla rezistorů, jejichž označení se provádí podle GOST 2.728-74.
Specifikace zařízení
Hlavní charakteristikou rezistoru je jmenovitý odpor RPane, což je uvedeno na obrázku v blízkosti rezistoru ana jeho těle. Jednotkou odporu je ohm, kiloohm a megaohm. Odpory jsou vyráběny s odporem od zlomku ohmu do stovek megaohmů. Existuje mnoho technologií pro výrobu rezistorů, z nichž všechny mají výhody a nevýhody. V zásadě neexistuje technologie, která by umožňovala přesnou výrobu rezistoru s danou hodnotou odporu.
Druhou důležitou charakteristikou je odchylkaodpor. Měří se v% jmenovité hodnoty R. Existuje standardní řada odchylek odporu: ± 20, ± 10, ± 5, ± 2, ± 1%, a poté až do hodnoty ± 0,001%.
Další důležitou vlastností jevýkonové rezistory. Během provozu jsou zahřívány proudem, který jimi prochází. Pokud rozptýlený výkon přesáhne přípustnou hodnotu, zařízení selže.
Rezistory při zahřívání mění svoji teplotu.odpor, proto u zařízení pracujících v širokém teplotním rozsahu se zavádí další charakteristika - teplotní koeficient odporu. Měří se v ppm / ° C, tj. 10-6 PPane/ ° C (ppm RPane při 1 ° C).
Série rezistory
Rezistory lze připojit třemi různými způsoby: sériovým, paralelním a smíšeným. Při sériovém zapojení proud střídavě prochází všemi odpory.
S tímto připojením je proud v kterémkoli bodě obvodu stejný, lze jej určit podle Ohmova zákona. Celkový odpor obvodu je v tomto případě roven součtu odporů:
R = 200 + 100 + 51 + 39 = 390 Ohmů;
I = U / R = 100/390 = 0,256 A.
Nyní můžete určit sílu sériového zapojení rezistorů, počítá se podle vzorce:
P = i2R = 0,25620 390 = 25,55 wattů.
Podobně je stanovena síla zbývajících rezistorů:
П1= A2∙ R1= 0,2562∙ 200 = 13,11 W;
П2= A2∙ R2= 0,2562∙ 100 = 6,55 W;
П3= A2∙ R3= 0,256251 = 3,34 W;
П4= A2∙ R4= 0,2562∙ 39 = 2,55 wattů.
Pokud přidáte sílu rezistorů, získáte plnou P:
P = 13,11 + 6,55 + 3,34 + 2,55 = 25,55 wattů.
Paralelní zapojení rezistorů
S paralelním připojením celý začátek odporůpřipojit se k jednomu uzlu obvodu a konce k jinému. S tímto připojením se aktuální větve a proudí přes každé zařízení. Aktuální hodnota je podle Ohmova zákona nepřímo úměrná odporům a napětí napříč všemi odpory je stejné.
Než zjistíte proud, musíte vypočítat celkovou vodivost všech rezistorů podle známého vzorce:
1 / R = 1 / R1+ 1 / R2+ 1 / R3+ 1 / R4= 1/200 + 1/100 + 1/51 + 1/39 = 0,005 + 0,01 + 0,0119 + 0,0256 = 0,06024 1 / Ohm.
Odpor je vzájemná vodivost:
R = 1 / 0,06024 = 16,6 ohmů.
Podle Ohmova zákona najdou proud skrze zdroj:
I = U / R = 100 ∙ 0,06024 = 6,024 A.
Znáte-li proud ze zdroje, vyhledejte sílu paralelně zapojených rezistorů podle vzorce:
P = i2∙ R = 6,0242∙ 16,6 = 602,3 wattů.
Podle Ohmova zákona se proud přes odpory počítá:
A1= U / R1= 100/200 = 0,5 A;
A2= U / R2= 100/100 = 1 A;
A3= U / R1= 100/51 = 1,96 A;
A1= U / R1= 100/39 = 2,56 A.
Pomocí trochu jiného vzorce můžete vypočítat výkon rezistorů v paralelním zapojení:
П1= Y2/ P1= 1002/ 200 = 50 W;
П2= Y2/ P2= 1002/ 100 = 100 W;
П3= Y2/ P3= 1002/ 51 = 195,9 W;
П4= Y2/ P4= 1002/ 39 = 256,4 wattů.
Pokud se toto všechno sčítá, pak se ukáže výkon všech rezistorů:
P = p1+ P2+ P3+ P4= 50 + 100 + 195,9 + 256,4 = 602,3 wattů.
Smíšená směs
Smíšené odporové obvodyobsahují sériové a paralelní připojení. Tento obvod lze snadno převést nahrazením paralelního zapojení rezistorů řadou. Nejprve vyměňte odpor R2 a R6 na jejich celkové R2,6pomocí následujícího vzorce:
P2,6= P2∙ R6/ P2+ P6.
Stejným způsobem jsou nahrazeny dva paralelní odpory R.4, R5 jeden R4,5:
P4,5= P4∙ R5/ P4+ P5.
Výsledkem je nové, jednodušší schéma. Obě schémata jsou uvedena níže.
Výkon rezistorů v obvodu se smíšeným připojením je určen vzorcem:
P = U ∙ I.
Chcete-li vypočítat podle tohoto vzorce, nejprve najdětenapětí při každém odporu a množství proudu jím procházejícího. K určení síly rezistorů můžete použít jinou metodu. K tomu se používá vzorec:
P = U ∙ I = (I ∙ R) ∙ I = I2∙ R.
Pokud je známo pouze napětí přes odpory, použije se jiný vzorec:
P = U ∙ I = U ∙ (U / R) = U2/ R.
V praxi se často používají všechny tři vzorce.
Výpočet parametrů obvodu
Je třeba najít výpočet parametrů obvoduneznámé proudy a napětí všech větví v částech elektrického obvodu. S těmito údaji můžete vypočítat výkon každého odporu obsaženého v obvodu. Jednoduché výpočetní metody byly ukázány výše, ale v praxi je situace komplikovanější.
V reálných obvodech se často najde spojeníodpory s hvězdou a trojúhelníkem, což způsobuje značné obtíže při výpočtu. Pro zjednodušení těchto schémat byly vyvinuty metody pro přeměnu hvězdy na trojúhelník a naopak. Tato metoda je znázorněna na následujícím obrázku:
První schéma zahrnuje hvězdu,připojeno k uzlům 0-1-3. Rezistor R1 je připojen k uzlu 1, R3 k uzlu 3 a R5 k uzlu 0. Ve druhém diagramu jsou trojúhelníkové rezistory připojeny k uzlům 1-3-0. Rezistory R1-0 a R1-3 jsou připojeny k uzlu 1, R1-3 a R3-0 k uzlu 3 a R3-0 a R1-0 k uzlu 0. Tato dvě schémata jsou zcela rovnocenná.
K přechodu z prvního obvodu do druhého se vypočítají odpory trojúhelníkových odporů:
R1-0 = R1 + R5 + R1 + R5 / R3;
R1-3 = R1 + R3 + R1 + R3 / R5;
R3-0 = R3 + R5 + R3 + R5 / R1.
Další transformace jsou redukovány na výpočetní technikuparalelní a sériově zapojené odpory. Když je zjištěna impedance obvodu, podle Ohmova zákona je nalezen proud skrz zdroj. Pomocí tohoto zákona je snadné najít proudy ve všech oborech.
Jak zjistit sílu rezistorů po nalezení všech proudů? Chcete-li to provést, použijte známý vzorec: P = I2∙ R, při použití každého odporu najdeme jejich sílu.
Experimentální stanovení charakteristik obvodových prvků
Pro experimentální stanovení potřebnýchcharakteristik prvků, je nutné sestavit daný obvod ze skutečných komponent. Poté pomocí elektrických měřicích přístrojů proveďte všechna potřebná měření. Tato metoda je časově náročná a nákladná. Vývojáři elektrických a elektronických zařízení používají pro tento účel simulační programy. S jejich pomocí jsou prováděny všechny potřebné výpočty a je modelováno chování prvků obvodu v různých situacích. Teprve poté se sestaví prototyp technického zařízení. Jedním takovým společným programem je výkonný modelovací systém Multisim 14.0 od National Instruments.
Jak zjistit sílu rezistorů pomocí tohotoprogramy? To lze provést dvěma způsoby. První metoda je měření proudu a napětí pomocí ampérmetru a voltmetru. Vynásobením výsledků měření získáme požadovaný výkon.
Z tohoto obvodu určujeme odporový výkon R3:
П3= U ∙ I = 1,032 ∙ 0,02 = 0,02064 W = 20,6 mW.
Druhou metodou je přímé měření výkonu pomocí wattmetru.
Z tohoto diagramu je patrné, že síla odporu R3 je rovna P3= 20,8 mW. Rozdíl v důsledku chyby v první metodě je větší. Stejným způsobem se určují síly zbývajících prvků.
