Alla elektroniska enheter innehåller motstånd,som är deras huvudelement. Med hjälp ändras strömmen i den elektriska kretsen. Artikeln presenterar egenskaperna hos motstånd och metoder för att beräkna deras effekt.
Motståndstilldelning
Motstånd används för att reglera strömmen i elektriska kretsar. Den här egenskapen bestäms av Ohms lag:
I = U / R (1)
Det framgår tydligt av formel (1) att den mindreju mer strömmen ökar, och tvärtom, ju mindre värdet på R, desto större är strömmen. Det är denna egenskap hos elektriskt motstånd som används inom elektroteknik. Baserat på denna formel skapas strömavdelningskretsar som används i stor utsträckning i elektriska apparater.
I denna krets delas strömmen från källan med två, omvänt proportionellt motstånden hos motstånden.
Förutom strömreglering används motstånd i spänningsdelare. I det här fallet används Ohms lag igen, men i en något annan form:
U = I ∙ R (2)
Från formel (2) följer att med en ökning av motståndet ökar spänningen. Den här egenskapen används för att bygga spänningsdelarkretsar.
Det framgår tydligt av diagrammet och formeln (2) att spänningarna över motstånden är fördelade i proportion till motstånden.
Bilden av motstånd i diagrammen
Enligt standarden visas motstånden rektangel med måtten 10 x 4 mm och betecknas med bokstaven R. Ofta anges motståndens effekt i diagrammet. Bilden på denna indikator utförs med sneda eller raka linjer. Om effekten är mer än 2 watt, görs beteckningen i romerska siffror. Detta görs vanligtvis för trådlindade motstånd. Vissa länder, såsom USA, använder olika konventioner. För att underlätta reparation och analys av kretsen ges ofta motståndens effekt, vars beteckning utförs i enlighet med GOST 2.728-74.
Enhetsspecifikationer
Motståndets huvudegenskap är det nominella motståndet Rn, vilket anges på diagrammet nära motståndet ochpå hans kropp. Måttenheten för motstånd är ohm, kilo-ohm och mega-ohm. Motstånd är gjorda med motstånd från fraktioner av en ohm och upp till hundratals megohms. Det finns många tekniker för produktion av motstånd, de har alla fördelar och nackdelar. I princip finns det ingen teknik som gör det möjligt att absolut exakt tillverka ett motstånd med ett visst motståndsvärde.
Den andra viktiga egenskapen är avvikelsenmotstånd. Det mäts i% av nominellt R. Det finns ett standardområde för motståndsavvikelse: ± 20, ± 10, ± 5, ± 2, ± 1% och ytterligare upp till ± 0,001%.
En annan viktig egenskap ärmotståndens kraft. Under drift värms de upp från strömmen som passerar dem. Om strömavledningen överstiger det tillåtna värdet kommer enheten att skadas.
Vid uppvärmning ändrar motstånd derasmotstånd, därför införs för enheter som arbetar i ett brett temperaturområde ett annat kännetecken - temperaturkoefficienten för motstånd. Det mäts i ppm / ° C, dvs. 10-6 Rn/ ° C (ppm av Rn 1 ° C).
Seriekoppling av motstånd
Motstånd kan anslutas på tre olika sätt: serier, parallella och blandade. När den är ansluten i serie passerar strömmen genom alla motstånden i tur och ordning.
Med denna anslutning är strömmen vid vilken punkt som helst i kretsen densamma, den kan bestämmas av Ohms lag. Det totala motståndet för kretsen är i detta fall lika med summan av motstånden:
R = 200 + 100 + 51 + 39 = 390 Ohm;
I = U / R = 100/390 = 0,256 A.
Nu kan du bestämma effekten när motstånden är anslutna i serie, den beräknas med formeln:
P = jag2∙ R = 0,2562∙ 390 = 25,55 W.
Kraften hos de återstående motstånden bestäms på ett liknande sätt:
P1= Jag2∙ R1= 0,2562∙ 200 = 13,11 W;
P2= Jag2∙ R2= 0,2562∙ 100 = 6,55 W;
P3= Jag2∙ R3= 0,2562∙ 51 = 3,34 W;
P4= Jag2∙ R4= 0,2562∙ 39 = 2,55 W.
Om du adderar motståndens effekt får du det totala P:
P = 13,11 + 6,55 + 3,34 + 2,55 = 25,55 W.
Parallell anslutning av motstånd
När de är anslutna parallellt, kommer alla motståndens ursprungär anslutna till en nod i kretsen och ändarna till en annan. Med denna anslutning gafflar strömmen genom varje enhet. Strömens storlek, enligt Ohms lag, är omvänt proportionell mot motstånden, och spänningen över alla motstånd är densamma.
Innan du hittar strömmen måste du beräkna tillträde för alla motstånd med den välkända formeln:
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.
Motstånd är det ömsesidiga av konduktivitet:
R = 1 / 0,06024 = 16,6 Ohm.
Med hjälp av Ohms lag hittar de strömmen genom källan:
I = U / R = 100 ∙ 0,06024 = 6,024 A.
Att känna till strömmen genom källan, hitta kraften hos parallellkopplade motstånd med formeln:
P = jag2∙ R = 6,0242∙ 16,6 = 602,3 W.
Ohms lag beräknar strömmen genom motstånden:
och1= U / R1= 100/200 = 0,5 A;
och2= U / R2= 100/100 = 1 A;
och3= U / R1= 100/51 = 1,96 A;
och1= U / R1= 100/39 = 2,56 A.
Med en lite annan formel kan du beräkna motståndens effekt när de är anslutna parallellt:
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.
Om du lägger till allt detta får du kraften hos alla motstånd:
P = P1+ P2+ P3+ P4= 50 + 100 + 195,9 + 256,4 = 602,3 W.
Blandad anslutning
Blandade motståndskretsarinnehåller seriell och samtidigt parallell anslutning. Denna krets är lätt att omvandla genom att byta ut den parallella anslutningen av motstånd i serie. För att göra detta, ersätt först motstånden R2 och R6 på deras gemensamma R2,6med formeln nedan:
R2,6= R2∙ R6/ R2+ R6.
Byt också ut två parallella motstånd R4, R5 en R4,5:
R4,5= R4∙ R5/ R4+ R5.
Resultatet är ett nytt, enklare system. Båda scheman visas nedan.
Motståndens effekt i en krets med blandad anslutning bestäms av formeln:
P = U ∙ I.
För att beräkna med hjälp av denna formel, först hittaspänning över varje motstånd och mängden ström genom den. En annan metod kan användas för att bestämma motståndens watt. För detta används formeln:
P = U ∙ I = (I ∙ R) ∙ I = I2∙ R.
Om bara spänningen över motstånden är känd, används en annan formel:
P = U ∙ I = U ∙ (U / R) = U2/ R.
Alla tre formler används ofta i praktiken.
Beräkning av kretsparametrar
Beräkningen av kretsens parametrar är att hittaokända strömmar och spänningar för alla grenar i sektionerna i den elektriska kretsen. Med dessa data kan du beräkna effekten för varje motstånd som ingår i kretsen. Enkla beräkningsmetoder visades ovan, men i praktiken är situationen mer komplicerad.
I riktiga kretsar finns anslutningen oftamotstånd med en stjärna och en triangel, vilket skapar betydande svårigheter i beräkningarna. För att förenkla sådana scheman har metoder utvecklats för att konvertera en stjärna till en triangel och vice versa. Denna metod illustreras i diagrammet nedan:
Det första schemat innehåller en stjärna,ansluten till noder 0-1-3. Motstånd R1 är ansluten till nod 1, R3 är ansluten till nod 3 och R5 är ansluten till nod 0. I det andra diagrammet är delta-motstånd anslutna till noderna 1-3-0. Motstånd R1-0 och R1-3 är anslutna till nod 1, motstånd R1-3 och R3-0 är anslutna till nod 3 och R3-0 och R1-0 är anslutna till nod 0. Dessa två system är helt likvärdiga.
För att växla från den första kretsen till den andra beräknas motstånden för triangelmotstånden:
R1-0 = R1 + R5 + R1 ∙ R5 / R3;
R1-3 = R1 + R3 + R1 ∙ R3 / R5;
R3-0 = R3 + R5 + R3 ∙ R5 / R1.
Ytterligare transformationer reduceras till beräkningparallella och seriekopplade motstånd. När kretsens totala motstånd hittas, hitta strömmen genom källan enligt Ohms lag. Med hjälp av denna lag är det lätt att hitta strömmar i alla grenar.
Hur bestämmer man motståndens effekt efter att ha hittat alla strömmar? För detta används den välkända formeln: P = I2∙ R, genom att använda den för varje motstånd, hittar vi deras krafter.
Experimentell bestämning av egenskaper hos kretselement
För experimentell bestämning av det som krävsegenskaper som krävs för att montera en given krets från verkliga komponenter. Därefter utförs alla nödvändiga mätningar med hjälp av elektriska mätinstrument. Denna metod är tidskrävande och kostsam. Designare av elektriska och elektroniska apparater använder simuleringsprogram för detta ändamål. Med hjälp av dem görs alla nödvändiga beräkningar och kretselementens beteende i olika situationer simuleras. Först därefter monteras en prototyp av en teknisk enhet. Ett av dessa vanliga program är det kraftfulla Multisim 14.0-simuleringssystemet från National Instruments.
Hur man bestämmer kraften hos motstånd med hjälp av dettaprogram? Detta kan göras på två sätt. Den första metoden är att mäta ström och spänning med en amperemeter och voltmeter. Genom att multiplicera mätresultaten erhålls den erforderliga effekten.
Från denna krets bestämmer vi motståndet R3:
P3= U ∙ I = 1,032 ∙ 0,02 = 0,02064 W = 20,6 mW.
Den andra metoden är direkt mätning av effekt med en wattmeter.
Det framgår av detta diagram att motståndet R3 är lika med P3= 20,8 mW. Avvikelsen på grund av felet i den första metoden är större. Kardinaliteterna för de återstående elementen bestäms på samma sätt.
