Alle elektroniske enheder indeholder modstande,at være deres hovedelement. Med det ændres strømmen i det elektriske kredsløb. Artiklen beskriver egenskaber ved modstande og metoder til beregning af deres effekt.
Formålet med modstanden
For at justere strømmen i elektriske kredsløb bruges modstande. Denne ejendom er defineret af Ohms lov:
I = U / R (1)
Fra formel (1) ses det tydeligt, at den mindremodstand, jo stærkere strømmen øges, og vice versa, jo mindre værdien af R, desto større er strømmen. Det er denne egenskab ved elektrisk modstand, der bruges i elektroteknik. Baseret på denne formel bruges strømdelere kredsløb i vid udstrækning i elektriske enheder.
I dette skema er strømmen fra kilden delt i to, omvendt proportional med modstandernes modstand.
Ud over at justere strømmen bruges modstande i spændingsdelere. I dette tilfælde bruges Ohms lov igen, men i en lidt anden form:
U = I ∙ R (2)
Fra formel (2) følger det, at med stigende modstand øges spændingen. Denne egenskab bruges til at bygge spændingsdelere kredsløb.
Det fremgår af kredsløbet og formlen (2), at spændingerne over modstanderne er fordelt i forhold til modstanderne.
Billedet af modstande i diagrammerne
Som standard er modstande afbildetet rektangel med dimensioner på 10 x 4 mm og er angivet med bogstavet R. Ofte er effekten af modstande angivet på diagrammet. Billedet af denne indikator udføres med skrå eller lige linjer. Hvis effekten er mere end 2 watt, udpeges betegnelsen i romerske tal. Dette gøres normalt for wirewound-modstande. Nogle stater, såsom De Forenede Stater, bruger andre konventioner. For at lette reparation og analyse af kredsløbet gives ofte modstandsstyrken, hvis betegnelse udføres i henhold til GOST 2.728-74.
Enhedsspecifikationer
Modstandens vigtigste egenskab er den nominelle modstand Rn, som er angivet i diagrammet nær modstanden ogpå hans krop. Modstandsenheden er ohm, kiloohm og megaohm. Modstande fremstilles med modstand fra en brøkdel af en ohm til hundreder af megaohm. Der er mange teknologier til produktion af modstande, som alle har fordele og ulemper. I princippet er der ingen teknologi, der gør det muligt præcist at fremstille en modstand med en given modstandsværdi.
Den anden vigtige egenskab er afvigelsenmodstand. Det måles i% af det nominelle R. Der er en standardserie af modstandsafvigelser: ± 20, ± 10, ± 5, ± 2, ± 1%, og derefter op til værdien på ± 0,001%.
Den næste vigtige egenskab erstrømmodstande. Under drift opvarmes de med den strøm, der strømmer gennem dem. Hvis den spredte strøm overskrider den tilladte værdi, vil enheden mislykkes.
Modstande ændrer deres temperatur, når de opvarmes.modstand, derfor til enheder, der arbejder inden for et bredt temperaturområde, introduceres en anden egenskab - temperaturkoefficienten for modstand. Det måles i ppm / ° C, dvs. 10-6 Pn/ ° C (ppm Rn ved 1 ° C).
Seriemodstande
Modstande kan tilsluttes på tre forskellige måder: seriel, parallel og blandet. Når strømmen er tilsluttet i serie, går strømmen skiftevis gennem alle modstande.
Med denne forbindelse er strømmen på ethvert tidspunkt i kredsløbet den samme, det kan bestemmes i henhold til Ohms lov. Kredsløbets totale modstand i dette tilfælde er lig med summen af modstande:
R = 200 + 100 + 51 + 39 = 390 Ohms;
I = U / R = 100/390 = 0,256 A.
Nu kan du bestemme effekten i serieforbindelsen af modstande, det beregnes ved formlen:
P = i2∙ R = 0,2562∙ 390 = 25,55 watt.
Tilsvarende bestemmes kraften i de resterende modstande:
P1= Og2∙ R1= 0,2562∙ 200 = 13,11 W;
P2= Og2∙ R2= 0,2562∙ 100 = 6,55 W;
P3= Og2∙ R3= 0,2562∙ 51 = 3,34 W;
P4= Og2∙ R4= 0,2562∙ 39 = 2,55 watt.
Hvis du tilføjer modstandenes kraft, får du den fulde P:
P = 13,11 + 6,55 + 3,34 + 2,55 = 25,55 watt.
Parallel forbindelse af modstande
Med en parallel forbindelse, alle begyndelsen på modstanderneforbind til en knude på kredsløbet, og enderne til en anden. Med denne forbindelse forgrenes og strømmer strømmen gennem hver enhed. Den aktuelle værdi er ifølge Ohms lov omvendt proportional med modstanderne, og spændingen over alle modstande er den samme.
Inden du finder strømmen, skal du beregne den totale ledningsevne for alle modstande i henhold til den velkendte formel:
1 / R = 1 / R1+ 1 / R2+ 1 / R3+ 1 / R4= 1/200 + 1/100 + 1/51 + 1/39 = 0,005 + 0,01 + 0,0196 + 0,0256 = 0,06024 1 / Ohm.
Modstand er det gensidige ved ledningsevne:
R = 1 / 0,06024 = 16,6 ohm.
Ved hjælp af Ohms lov finder de strøm gennem kilden:
I = U / R = 100 ∙ 0,06024 = 6,024 A.
Når du kender strømmen gennem kilden, skal du finde styrken i de parallelt forbundne modstande i henhold til formlen:
P = i2∙ R = 6,0242∙ 16,6 = 602,3 watt.
I henhold til Ohms lov beregnes strømmen gennem modstanderne:
og1= U / R1= 100/200 = 0,5 A;
og2= U / R2= 100/100 = 1 A;
og3= U / R1= 100/51 = 1,96 A;
og1= U / R1= 100/39 = 2,56 A.
Ved hjælp af en lidt anden formel kan du beregne effekten af modstande i parallel forbindelse:
P1= Y2/ P1= 1002/ 200 = 50 W;
P2= Y2/ P2= 1002/ 100 = 100 W;
P3= Y2/ P3= 1002/ 51 = 195,9 W;
P4= Y2/ P4= 1002/ 39 = 256,4 watt.
Hvis alt dette er lagt sammen, vil styrken til alle modstande vise sig:
P = p1+ P2+ P3+ P4= 50 + 100 + 195,9 + 256,4 = 602,3 watt.
Blandet forbindelse
Blandede modstandskredsløbindeholder seriel og samtidig parallel forbindelse. Dette kredsløb er let at konvertere ved at udskifte den parallelle forbindelse af modstande med en serie. For at gøre dette skal du først udskifte modstanden R2 og R6 på deres samlede R2,6ved hjælp af formlen herunder:
P2,6= P2∙ R6/ P2+ P6.
På samme måde erstattes to parallelle modstande R.4, R5 en R4,5:
P4,5= P4∙ R5/ P4+ P5.
Resultatet er et nyt, enklere skema. Begge skemaer er vist nedenfor.
Effekten af modstande i et blandet forbindelseskredsløb bestemmes af formlen:
P = U ∙ I.
For at beregne ved hjælp af denne formel skal du først findespænding ved hver modstand og mængden af strøm gennem den. Du kan bruge en anden metode til at bestemme modstandernes styrke. Til dette bruges formlen:
P = U ∙ I = (I ∙ R) ∙ I = I2∙ R.
Hvis kun spændingen over modstande kendes, anvendes en anden formel:
P = U ∙ I = U ∙ (U / R) = U2/ R.
Alle tre formler bruges ofte i praksis.
Beregning af kredsløbsparametre
Beregning af kredsløbsparametrene er at findeukendte strømme og spændinger for alle grene i dele af det elektriske kredsløb. Når du har disse data, kan du beregne effekten af hver modstand inkluderet i kredsløbet. Enkle beregningsmetoder blev vist ovenfor, men i praksis er situationen mere kompliceret.
I reelle kredsløb findes der ofte en forbindelsemodstande med en stjerne og en trekant, hvilket skaber væsentlige vanskeligheder i beregningerne. For at forenkle sådanne skemaer er der udviklet metoder til konvertering af en stjerne til en trekant, og vice versa. Denne metode er illustreret i nedenstående diagram:
Den første ordning indeholder en stjerne,forbundet til knudepunkter 0-1-3. Modstand R1 er forbundet til knudepunkt 1, R3 til knudepunkt 3 og R5 til knudepunkt 0. I det andet diagram er trekantmodstander forbundet til knudepunkterne 1-3-0. Modstande R1-0 og R1-3 er forbundet til knudepunkt 1, R1-3 og R3-0 til knudepunkt 3 og R3-0 og R1-0 til knudepunkt 0. Disse to ordninger er helt ækvivalente.
For at gå fra det første kredsløb til det andet beregnes modstanderne for trekantmodstandene:
R1-0 = R1 + R5 + R1 ∙ R5 / R3;
R1-3 = R1 + R3 + R1 ∙ R3 / R5;
R3-0 = R3 + R5 + R3 ∙ R5 / R1.
Yderligere transformationer reduceres til computingparallelle og seriekoblede modstande. Når impedansen af kredsløbet findes, finder man ifølge Ohms lov strømmen gennem kilden. Ved hjælp af denne lov er det let at finde strømme i alle grene.
Hvordan bestemmes modstandernes styrke efter at have fundet alle strømme? For at gøre dette skal du bruge den velkendte formel: P = I2∙ R, når vi anvender det for hver modstand, finder vi deres magt.
Eksperimentel bestemmelse af karakteristika for kredsløbselementer
Til eksperimentel bestemmelse af det nødvendigekendetegn ved elementerne, er det påkrævet at samle et givet kredsløb fra reelle komponenter. Derefter skal du ved hjælp af elektriske måleinstrumenter udføre alle de nødvendige målinger. Denne metode er tidskrævende og dyr. Udviklerne af elektriske og elektroniske enheder bruger simuleringsprogrammer til dette formål. Ved hjælp af dem udføres alle de nødvendige beregninger, og opførslen af kredsløbselementerne i forskellige situationer modelleres. Først samles der en prototype af en teknisk enhed. Et sådant almindeligt program er National Instruments 'magtfulde Multisim 14.0 modelleringssystem.
Sådan bestemmes effekten af modstande ved hjælp af detteprogram? Dette kan gøres på to måder. Den første metode er at måle strøm og spænding med et ammeter og voltmeter. Ved at multiplicere måleresultaterne opnår vi den ønskede effekt.
Fra dette kredsløb bestemmer vi modstandskraften R3:
P3= U ∙ I = 1,032 ∙ 0,02 = 0,02064 W = 20,6 mW.
Den anden metode er direkte effektmåling ved hjælp af et wattmeter.
Fra dette diagram ses, at modstandskraften R3 er lig med P3= 20,8 mW. Uoverensstemmelsen på grund af fejlen i den første metode er større. På samme måde bestemmes de resterende elementers beføjelser.
