Tutti i dispositivi elettronici contengono resistenze,che sono il loro elemento principale. Con il suo aiuto, la quantità di corrente nel circuito elettrico viene modificata. L'articolo presenta le proprietà dei resistori e i metodi per calcolare la loro potenza.
Assegnazione dei resistori
I resistori vengono utilizzati per regolare la corrente nei circuiti elettrici. Questa proprietà è determinata dalla legge di Ohm:
I = U / R (1)
Dalla formula (1) si vede chiaramente che il più piccoloresistenza, più la corrente aumenta e viceversa, minore è il valore di R, maggiore è la corrente. È questa proprietà della resistenza elettrica che viene utilizzata nell'ingegneria elettrica. Sulla base di questa formula, vengono creati circuiti divisori di corrente, ampiamente utilizzati nei dispositivi elettrici.
In questo circuito, la corrente dalla sorgente è divisa per due, inversamente proporzionale alle resistenze dei resistori.
Oltre alla regolazione della corrente, i resistori vengono utilizzati nei partitori di tensione. In questo caso, la legge di Ohm viene utilizzata di nuovo, ma in una forma leggermente diversa:
U = I ∙ R (2)
Dalla formula (2) segue che con l'aumentare della resistenza, la tensione aumenta. Questa proprietà viene utilizzata per costruire circuiti divisori di tensione.
È chiaro dal diagramma e dalla formula (2) che le tensioni ai capi dei resistori sono distribuite in proporzione alle resistenze.
L'immagine delle resistenze nei diagrammi
Secondo lo standard, vengono mostrati i resistoriun rettangolo con dimensioni di 10 x 4 mm e sono indicati con la lettera R. Spesso la potenza delle resistenze è indicata nel diagramma. L'immagine di questo indicatore viene eseguita da linee oblique o rette. Se la potenza è superiore a 2 watt, la designazione è in numeri romani. Questo di solito viene fatto per resistori a filo avvolto. Alcuni paesi, come gli Stati Uniti, utilizzano convenzioni diverse. Per facilitare la riparazione e l'analisi del circuito, viene spesso fornita la potenza dei resistori, la cui designazione viene eseguita in conformità con GOST 2.728-74.
Specifiche del dispositivo
La caratteristica principale del resistore è la resistenza nominale Rn, che è indicato nel diagramma vicino al resistore esul suo corpo. Le unità di resistenza sono ohm, kilo-ohm e mega-ohm. I resistori sono realizzati con resistenza da frazioni di un ohm e fino a centinaia di megaohm. Esistono molte tecnologie per la produzione di resistenze, tutte presentano vantaggi e svantaggi. In linea di principio, non esiste una tecnologia che consenta la produzione assolutamente precisa di un resistore con un dato valore di resistenza.
La seconda caratteristica importante è la deviazioneresistenza. Viene misurata in% della R. nominale Esiste un intervallo standard di deviazione della resistenza: ± 20, ± 10, ± 5, ± 2, ± 1% e ulteriormente fino a ± 0,001%.
Un'altra caratteristica importante èpotenza delle resistenze. Durante il funzionamento, si riscaldano dalla corrente che li attraversa. Se la dissipazione di potenza supera il valore consentito, il dispositivo verrà danneggiato.
Quando vengono riscaldati, i resistori cambiano la lororesistenza, quindi, per i dispositivi che funzionano in un ampio intervallo di temperature, viene introdotta un'altra caratteristica: il coefficiente di resistenza della temperatura. Si misura in ppm / ° C, ovvero 10-6 Rn/ ° C (ppm di Rn 1 ° C).
Collegamento in serie di resistenze
I resistori possono essere collegati in tre modi diversi: serie, parallelo e misto. Con un collegamento in serie, la corrente attraversa a sua volta tutte le resistenze.
Con una tale connessione, la corrente in qualsiasi punto del circuito è la stessa, può essere determinata dalla legge di Ohm. La resistenza totale del circuito in questo caso è uguale alla somma delle resistenze:
R = 200 + 100 + 51 + 39 = 390 Ohm;
Io = U / R = 100/390 = 0,256 A.
Ora puoi determinare la potenza quando i resistori sono collegati in serie, viene calcolata dalla formula:
P = I2∙ R = 0,2562∙ 390 = 25,55 W.
La potenza dei restanti resistori è determinata in modo simile:
P1= I2∙ R1= 0,2562∙ 200 = 13,11 W;
P2= I2∙ R2= 0,2562∙ 100 = 6,55 W;
P3= I2∙ R3= 0,2562∙ 51 = 3,34 W;
P4= I2∙ R4= 0,2562∙ 39 = 2,55 W.
Se si somma la potenza dei resistori, si ottiene il totale P:
P = 13,11 + 6,55 + 3,34 + 2,55 = 25,55 W.
Collegamento in parallelo di resistenze
Quando è collegato in parallelo, tutto l'inizio delle resistenzesono collegati a un nodo del circuito e le estremità a un altro. Con questa connessione, la corrente si biforca e scorre attraverso ogni dispositivo. L'entità della corrente, secondo la legge di Ohm, è inversamente proporzionale alle resistenze e la tensione su tutti i resistori è la stessa.
Prima di trovare la corrente, è necessario calcolare l'ammettenza di tutti i resistori utilizzando la formula ben nota:
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.
La resistenza è il reciproco della conducibilità:
R = 1 / 0,06024 = 16,6 Ohm.
Usando la legge di Ohm, trovano la corrente attraverso la sorgente:
I = U / R = 100 ∙ 0,06024 = 6,024 A.
Conoscendo la corrente attraverso la sorgente, trova la potenza dei resistori collegati in parallelo con la formula:
P = I2∙ R = 6,0242∙ 16,6 = 602,3 W.
La legge di Ohm calcola la corrente attraverso i resistori:
e1= U / R1= 100/200 = 0,5 A;
e2= U / R2= 100/100 = 1 A;
e3= U / R1= 100/51 = 1,96 A;
e1= U / R1= 100/39 = 2,56 A.
Usando una formula leggermente diversa, puoi calcolare la potenza dei resistori quando collegati in parallelo:
P1= U2/ R1= 1002/ 200 = 50 W;
P2= U2/ R2= 1002/ 100 = 100 W;
P3= U2/ R3= 1002/ 51 = 195,9 W;
P4= U2/ R4= 1002/ 39 = 256,4 W.
Se aggiungi tutto questo, ottieni la potenza di tutti i resistori:
P = P1+ P2+ P3+ P4= 50 + 100 + 195,9 + 256,4 = 602,3 W.
Composto misto
Circuiti resistori misticontengono connessione seriale e simultaneamente parallela. Questo circuito è facilmente convertibile sostituendo il collegamento in parallelo dei resistori in serie. Per fare ciò, sostituire prima le resistenze R2 e R6 sulla loro comune R2,6utilizzando la formula seguente:
R2,6= R2∙ R6/ R2+ R6.
Allo stesso modo, sostituire due resistori paralleli R4, R5 uno R4.5:
R4,5= R4∙ R5/ R4+ R5.
Il risultato è un nuovo circuito più semplice. Entrambi gli schemi sono mostrati di seguito.
La potenza dei resistori in un circuito a connessione mista è determinata dalla formula:
P = U ∙ I.
Per calcolare utilizzando questa formula, prima trovatensione attraverso ciascuna resistenza e la quantità di corrente che la attraversa. Un altro metodo può essere utilizzato per determinare la potenza dei resistori. Per questo, viene utilizzata la formula:
P = U ∙ I = (I ∙ R) ∙ I = I2∙ R.
Se è nota solo la tensione ai capi dei resistori, viene utilizzata una formula diversa:
P = U ∙ I = U ∙ (U / R) = U2/ R.
Tutte e tre le formule vengono spesso utilizzate nella pratica.
Calcolo dei parametri del circuito
Il calcolo dei parametri del circuito è da trovarecorrenti e tensioni sconosciute di tutti i rami nelle sezioni del circuito elettrico. Con questi dati è possibile calcolare la potenza di ogni resistenza inclusa nel circuito. I metodi di calcolo semplici sono stati mostrati sopra, in pratica la situazione è più complicata.
Nei circuiti reali, la connessione si trova spessoresistori con una stella e un triangolo, che crea notevoli difficoltà nei calcoli. Per semplificare tali schemi, sono stati sviluppati metodi per convertire una stella in un triangolo e viceversa. Questo metodo è illustrato nel diagramma seguente:
Il primo schema contiene una stella,connesso ai nodi 0-1-3. Il resistore R1 è collegato al nodo 1, R3 è collegato al nodo 3 e R5 è collegato al nodo 0. Nel secondo diagramma, i resistori delta sono collegati ai nodi 1-3-0. I resistori R1-0 e R1-3 sono collegati al nodo 1, i resistori R1-3 e R3-0 sono collegati al nodo 3 e R3-0 e R1-0 sono collegati al nodo 0. Questi due circuiti sono completamente equivalenti.
Per passare dal primo circuito al secondo si calcolano le resistenze dei resistori triangolari:
R1-0 = R1 + R5 + R1 ∙ R5 / R3;
R1-3 = R1 + R3 + R1 ∙ R3 / R5;
R3-0 = R3 + R5 + R3 ∙ R5 / R1.
Ulteriori trasformazioni sono ridotte al calcoloresistenze collegate in parallelo e in serie. Quando viene trovata la resistenza totale del circuito, trova la corrente attraverso la sorgente secondo la legge di Ohm. Usando questa legge, è facile trovare correnti in tutti i rami.
Come determinare la potenza dei resistori dopo aver trovato tutte le correnti? Per fare ciò, usa la formula ben nota: P = I2∙ R, applicandolo per ogni resistenza, troviamo i loro poteri.
Determinazione sperimentale delle caratteristiche degli elementi del circuito
Per determinare sperimentalmente il richiestocaratteristiche degli elementi necessari per assemblare un dato circuito da componenti reali. Successivamente, tutte le misurazioni necessarie vengono eseguite utilizzando strumenti di misura elettrici. Questo metodo richiede tempo e denaro. I progettisti di dispositivi elettrici ed elettronici utilizzano programmi di simulazione per questo scopo. Con l'aiuto di essi, vengono effettuati tutti i calcoli necessari e viene simulato il comportamento degli elementi del circuito in varie situazioni. Solo dopo viene assemblato un prototipo di un dispositivo tecnico. Uno di questi programmi popolari è il potente sistema di simulazione Multisim 14.0 di National Instruments.
Come determinare la potenza dei resistori usando questoprogrammi? Questo può essere fatto in due modi. Il primo metodo consiste nel misurare la corrente e la tensione con un amperometro e un voltmetro. Moltiplicando i risultati della misura si ottiene la potenza richiesta.
Da questo circuito, determiniamo la potenza della resistenza R3:
P3= U ∙ I = 1,032 ∙ 0,02 = 0,02064 W = 20,6 mW.
Il secondo metodo consiste nel misurare direttamente la potenza utilizzando un wattmetro.
Si può vedere da questo diagramma che la potenza della resistenza R3 è uguale a P3= 20,8 mW. La discrepanza dovuta all'errore nel primo metodo è maggiore. Le cardinalità degli elementi rimanenti vengono determinate allo stesso modo.
