Расчет резистора для понижения напряжения: Расчёт сопротивления для понижения напряжения

Содержание

Рассчитать сопротивление резистора для понижения напряжения

Расчёт сопротивления для понижения напряжения : 6 комментариев

А где калькулятор?

Добрый день, Фазинур. По идее, в статье у вас должна отображаться автоматическая таблица для расчётов — это и есть калькулятор. Если не отображается — попробуйте с другого устройства или браузера посмотреть…

Спасибо большое, Александр! Не силён в электротехнике, очень помогло! Добавлю в закладки!

Очень рад, что пригодилась статья ) Я вот тоже не силён особо в электротехнике — начально любительский уровень )

Расчёт сопротивления для понижения напряжения : 6 комментариев

А где калькулятор?

Добрый день, Фазинур. По идее, в статье у вас должна отображаться автоматическая таблица для расчётов — это и есть калькулятор. Если не отображается — попробуйте с другого устройства или браузера посмотреть…

Спасибо большое, Александр! Не силён в электротехнике, очень помогло! Добавлю в закладки!

Очень рад, что пригодилась статья ) Я вот тоже не силён особо в электротехнике — начально любительский уровень )

Резистор является одним из самых распространённых элементов в электрической цепи. С его помощью ограничивается ток и изменяется напряжение. Конструируя схемы, часто может понадобится рассчитать сопротивление для понижения напряжения. Это актуально при построении делителей цифровых устройств или блоков питания, поэтому уметь выполнять такие вычисления должен каждый радиолюбитель.

Физическое определение

Резистор — это элемент, использующийся в электрической цепи и не требующий для своей работы источника питания. Предназначен он для трансформирования силы тока в напряжение и обратно. Кроме этого, он может преобразовывать электрическую энергию в тепловую и ограничивать величину тока. Но перед расчётом падения напряжения на резисторе желательно разобраться в сути этого процесса.

Резистор — весьма распространённый элемент, характеризующийся рядом параметров. Основными из них являются:

  • сопротивление;
  • величина рассеиваемой энергии;
  • рабочее напряжение;
  • мощность;
  • устойчивость к влиянию окружающей среды;
  • паразитная составляющая.

Пассивный электрический элемент обозначается на схеме в виде прямоугольника с двумя выводами из середины его боковых сторон. В центре фигуры может указываться мощность римскими цифрами или чёрточками. Например, вертикальная полоска обозначает выдерживаемую мощность элемента, равную 1 Вт. Перечёркнутый прямоугольник в обозначениях на схеме указывает, что такой резистор является переменным.

Резисторы могут выпускаться с постоянным и переменным сопротивлением. Разновидностью вторых являются подстроечные элементы. Отличие их от переменных заключается лишь в способе установки нужного значения.

На схемах и в технической литературе устройство обозначается латинской буквой R, рядом с которой указывается порядковый номер и его номинал в соответствии с Международной системой единиц (СИ). Например, R12 5 кОм — резистор на пять килоом, расположенный в схеме под 12 номером.

При изготовлении элемента используется резистивный слой, который может быть плёночным или объёмным. Он наносится на диэлектрическое основание, а сверху покрывается защитной плёнкой.

Значение сопротивления

Сопротивление является фундаментальной величиной в электрических процессах. Его значение неизменно связано с током и напряжением. Их общая зависимость описывается с помощью закона Ома: сила тока, возникшая на участке цепи, прямо пропорциональна разности потенциалов между крайними точками этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению. Из этого закона находится сопротивление по следующей формуле:

R = U / I, где:

  • R — сопротивление на участке цепи, Ом.
  • I — сила тока, проходящая через этот участок, А.
  • U — разность потенциалов на узлах части схемы, В.

Фактически же сопротивление элемента определяется его физической структурой и обусловлено колебаниями атомов в кристаллической решётке. Поэтому все материалы различаются на проводники, полупроводники и диэлектрики в зависимости от способности проводить электричество.

Ток — это направленное движение носителей заряда. Для его возникновения необходимо, чтобы вещество имело свободные электроны. Если к такому физическому телу приложить электрическое поле, то перемещаемые им заряды начнутся сталкиваться с неоднородностями структуры. Эти дефекты образуются из-за различных примесей, нарушения периодичности решётки, тепловых флуктуаций. Ударяясь о них, электрон расходует энергию, которая преобразовывается в тепловую. В результате заряд теряет импульс, а величина разности потенциалов уменьшается.

Но закон Ома можно применить не для всех веществ. В электролитах, диэлектриках и полупроводниках линейная зависимость между тремя величинами наблюдается не всегда. Сопротивление таких веществ зависит от физических параметров проводника, а именно — его длины и площади поперечного сечения, при этом оно чувствительно к изменению температуры.

Эта зависимость описывается с помощью формулы R = p * l / S. То есть сопротивление прямо пропорционально длине и обратно пропорционально площади проводника. Величина p называется удельным сопротивлением и определяется типом материала. Его значение берётся из справочника.

Импеданс резистора

Закон Ома применим для идеального резистора, не обладающего паразитными сопротивлениями. Полное сопротивление (импеданс) определяется исходя из эквивалентной схемы. Точный расчёт сопротивления для понижения напряжения необходимо проводить по другим формулам. Эквивалентная схема резистора, кроме активного импеданса, содержит также ёмкостное и индуктивное сопротивление.

Первое приводит к медленному накоплению заряда, который рассеивается при изменении направления тока. Чем больше паразитная ёмкость, тем дольше она заряжается. Соответственно, чем быстрее ток изменяет своё направление, тем меньше его ёмкостное сопротивление. Второе же характеризуется магнитным полем, чье появление мешает току изменять направление, поэтому, чем быстрее ток изменяет своё движение, тем больше становится индуктивное сопротивление.

Импеданс вычисляется по формуле: I = U/Z, где Z = (R2+(Xc-Xl)2)½. Где:

  • R — активное значение, R = p*l/s.
  • Xc — ёмкостная величина, Хс = 1/w*C.
  • Xl — индуктивная величина, Хl = w*C.
  • w- циклическая частота, w = 2πƒ.

Зная полное сопротивление резистора, можно точнее рассчитать падение напряжения в нём. Но для измерения паразитных составляющих понадобится использовать узкоспециализированные приборы. В обычных расчётах сопротивление вычисляют, учитывая только его активное значение, а паразитные величины принимают за ничтожно малые.

Параллельное соединение

В электрических схемах на участках цепи используется как параллельное, так и последовательное соединение. Первое представляет собой цепь, в которой каждый её элемент подключён к другому обоими контактами, но при этом между собственными его выводами нет прямой электрической связи. Т. е. существует две точки (электрические узлы), к которым присоединено несколько резисторов.

При таком включении ток, проходя через узел, начинает разделяться, и через каждый элемент потечёт разное его значение. Величина тока на каждом элементе будет прямо пропорциональна сопротивлению резистора, поэтому общая проводимость на этом участке увеличится, а её импеданс уменьшится.

Формула, с помощью которой можно рассчитать общую проводимость, выглядит так: G = 1/ Rобщ = 1/ R1 + 1/ R2 +…+ 1/ Rn, где n — обозначает порядковый номер резистора в цепи.

Преобразовав эту формулу, получится выражение вида: R общ = 1/G = (R1*R2*…* Rn) / (R1*R2 + R2*Rn +…+ R1*Rn. Проанализировав его, можно сделать вывод, что при параллельном соединении импеданс всегда будет меньше самого маленького значения отдельного резистора.

При таком соединении напряжение между узлами одновременно является общей разностью потенциалов для всего участка и на каждом отдельно взятом резисторе. Поэтому если рассчитать падение напряжения на одном приборе, то оно будет таким же на любом параллельно подключённом элементе: U общ = U 1 = U 2 =…= U n.

А вот электрический ток, проходящий через отдельный элемент, исходя из закона Ома будет равен: I Rn = U Rn / R n.

Последовательное включение

Так называется объединение в один участок цепи двух или более резисторов, в котором их соединение между собой происходит только в одной точке. Импеданс при последовательном включении определяется как сумма сопротивлений каждого отдельного элемента: Rобщ = R1+R2+…+Rn.

Следовательно, ток, протекающий через такую цепочку, будет становиться всё меньше после прохождения через последовательно включённый резистор. Чем будет больше элементов в цепи, тем труднее ему будет пройти их всех. Таким образом, его общее значение определяется как Iобщ = U / (R1+R2+…+Rn).

Поэтому можно утверждать, что в последовательном соединении существует только один путь для протекания тока. Чем будет больше количество резисторов в линии, тем меньше будет ток на этом участке.

Падение разности потенциалов при таком типе соединения на каждом элементе будет иметь своё значение. Оно определяется формулой URn = IRn*Rn, и чем больше будет импеданс элемента, тем больше энергии в нём начнёт выделяться.

Расчёт делителя напряжения

Резистивный делитель напряжения представляет элементарную схему для понижения напряжения. Состоять он может из двух или более элементов. Простейший делитель можно представить в виде двух участков цепи, которые называют плечами. Одно из них, которое располагается между положительной точкой потенциала и нулевой, — верхнее, а другое, между отрицательной и минусовой, — нижнее.

Такая схема используется для снижения напряжения как в постоянных, так и переменных цепях. Суть процесса заключается в следующем.

  • На резистивную схему от источника питания подаётся напряжение U.
  • Через резисторы последовательного участка цепи, образованного резисторами R1 и R2, начинает протекать ток.
  • В результате на каждом из них выделяется какое-то количество энергии, т. е. возникает падение напряжения.

Сумма напряжений на всём размахе линии равняется значению разности потенциалов источника питания. В соответствии с формулой: U = I*R падение напряжения прямо пропорционально силе тока и величине сопротивления. Учитывая, что ток, протекающий через резисторы, одинаковый, справедливыми будут формулы U1 = I*R1 и U2= I*R2.

Тогда общее падение напряжение на участке будет равно U = I *(R1+ R2). Исходя из этого можно найти силу тока: I = U /(R1+ R2). Используя эти два выражения, можно получить окончательные формулы для расчёта падения напряжения на каждом элементе:

Практическое применение такого делителя очень распространено из-за несложности реализации понижения напряжения. Например, пусть источник питания выдаёт 12 В, а на нагрузку необходимо подать 6 В, при этом её сопротивление составляет 10 кОм. Для решения такой задачи рекомендуется использовать резисторы, сопротивление которых в десять раз меньше нагрузочного значения, поэтому, приняв R 1 = 1 кОм и подставив все известные значения в формулу напряжения на резисторе, получится, что 6 = R 2*12 (1000+ R 2) отсюда R 2 = 1 кОм.

Теперь, зная все величины, можно проверить верность расчёта. Падение разности потенциалов на первом элементе высчитывается как U 1 = 1000*12/(1000+1000) = 6 В, а общее напряжение — Uобщ = U 1+ U 2 = 12 В, что соответствует значению источника питания.

Следует отметить, что использование резисторов для понижения используется только при маломощных нагрузках, так как часть энергии превращается в тепло, а коэффициент полезного действия (КПД) очень низкий.

Вычисления онлайн

С помощью языков программирования (Java, Python, PHP) создаются приложения, позволяющие проводить онлайн-расчёт необходимых параметров резистора для снятия с него нужной величины напряжения. Написанные ими скрипты содержат все необходимые формулы и алгоритмы вычислений. Поэтому, введя исходные данные, буквально через секунду можно будет получить результат.

Обычно предлагаемы онлайн-калькуляторы содержат для наглядности графическое изображение схемы. Предлагаемыми для ввода характеристиками обычно являются:

  • входное напряжение, В;
  • пониженное напряжение, В;
  • сопротивление Rn, Ом.

Необходимо обратить внимание, что все величины вводятся в соответствии с СИ.

После внесения данных и нажатия кнопки «Рассчитать», кроме непосредственного определения нужного сопротивления, программы чаще всего выдают и минимальное значение необходимой мощности элементов.

Таким образом, рассчитать падение напряжения на резистивном элементе не так уж и сложно. Для этого необходимо знать особенности параллельного и последовательного подключения, а также закон Ома. А если в цепи много элементов, то можно воспользоваться онлайн-калькуляторами.

Делитель напряжения в цепи обратной связи

Расчет резистора для одного светодиода

Для питания одного светодиода нам понадобится источник питания, например две пальчиковые батарейки по 1,5В каждая. Светодиод возьмем красного цвета, где прямое падение напряжения при рабочем токе 0,02 А (20мА) равно -2 В. Для обычных светодиодов максимально допустимый ток равен 0,02 А. Схема подключения светодиода представлена на рис.1.


Рис.1 – Схема подключения одного светодиода

Почему я использую термин «прямое падение напряжение», а не напряжение питания. А дело в том, что параметра напряжения питания как такового у светодиодов нет. Вместо этого используется характеристика падения напряжения на светодиоде, что означает величину напряжения на выходе светодиода при прохождении через него номинального тока. Значение напряжения, указанное на упаковке, отражает как раз падение напряжения. Зная эту величину, можно определить оставшееся на светодиоде напряжение. Именно это значение нам нужно применять в расчетах.

Прямое падение напряжение для различных светодиодов в зависимости от длины волны представлено в таблице 1.

Таблица 1 — Характеристики светодиодов

Цветовая характеристика Длина волны, нМ Напряжение, В
Инфракрасные от 760 до 1,9
Красные 610 — 760 от 1,6 до 2,03
Оранжевые 590 — 610 от 2,03 до 2,1
Желтые 570 — 590 от 2,1 до 2,2
Зеленые 500 — 570 от 2,2 до 3,5
Синие 450 — 500 от 2,5 до 3,7
Фиолетовые 400 — 450 2,8 до 4
Ультрафиолетовые до 400 от 3,1 до 4,4
Белые широкий спектр от 3 до 3,7

Точное значение падения напряжения светодиода, можно узнать на упаковке к данному светодиоду или в справочной литературе.

Сопротивление резистора определяется по формуле:

R = (Uн.п – Uд)/Iд = (3В-2В)/0,02А = 50 Ом.

где:

  • Uн.п – напряжение питания, В;
  • Uд — прямое падение напряжения на светодиоде, В;
  • Iд – рабочий ток светодиода, А.

Поскольку такого сопротивления в стандартном ряду нет, выбираем ближайшее сопротивление из номинального ряда Е24 в сторону увеличения — 51 Ом.

Чтобы гарантировать долгую работу светодиода и исключить ошибку в расчетах, рекомендую при расчетах использовать не максимально допустимый ток – 20 мА, а немного меньше – 15 мА.

Данное уменьшение тока никак не скажется на яркости свечения светодиода для человеческого глаза. Чтобы мы заметили изменение яркости свечения светодиода например в 2 раза, нужно уменьшить ток в 5 раза (согласно закона Вебера — Фехнера).

В результате мы получим, расчетное сопротивление токоограничивающего резистора: R = 50 Ом и мощность рассеивания Р = 0,02 Вт (20мВт).

Зачем резистор перед светодиодом.

В идеале для работы диоды следует подключать к источнику постоянного тока. В этом случае элемент будет работать стабильно. Но на практике для подключения чаще всего используют более распространенные блоки питания с постоянным напряжением. При этом для ограничения силы тока, которая протекает через LED элемент, нужно включать в электрическую цепь дополнительное сопротивление − резистор. В статье рассмотрены методы расчета резистора для светодиода.

Схема делителя напряжения на резисторах

Схема делителя напряжения включает в себя входной источник напряжения и два резистора. Ниже вы можете увидеть несколько схематических вариантов изображения делителя, но все они несут один и тот же функционал.

Обозначим резистор, который находится ближе к плюсу входного напряжения (Uin) как R1, а резистор находящийся ближе к минусу как R2. Падение напряжения (Uout) на резисторе R2 — это пониженное напряжение, полученное в результате применения резисторного делителя напряжения.

Пример 1

Два резистора подключены к источнику постоянного напряжения 50 В, с внутренним сопротивлениемr= 0,5 Ом. Сопротивления резисторов R 1 =20 иR 2 =32 Ом. Определить ток в цепи и напряжения на резисторах.

Так как резисторы подключены последовательно, эквивалентное сопротивление будет равно их сумме. Зная его, воспользуемся законом Ома для полной цепи, чтобы найти ток в цепи.

Теперь зная ток в цепи, можно определить падения напряжений на каждом из резисторов.

Проверить правильность решения можно несколькими способами. Например, с помощью закона Кирхгофа, который гласит, что сумма ЭДС в контуре равна сумме напряжений в нем.

Но с помощью закона Кирхгофа удобно проверять простые цепи, имеющие один контур. Более удобным способом проверки является баланс мощностей .

В цепи должен соблюдаться баланс мощностей, то есть энергия отданная источниками должна быть равна энергии полученной приемниками.

Мощность источника определяется как произведение ЭДС на ток, а мощность полученная приемником как произведение падения напряжения на ток.

Преимущество проверки балансом мощностей в том, что не нужно составлять сложных громоздких уравнений на основании законов Кирхгофа, достаточно знать ЭДС, напряжения и токи в цепи.

Принцип делителя напряжения

Это правило применяют при расчетах электросхем, упрощающих решение. Также оно действительно и для простых схем.

Важно! Основная концепция правила: напряжение делится между двумя резисторами, соединенными последовательно, в прямой зависимости от их сопротивления.

Когда выполняется практический расчет делителя напряжения, составляется электросхема, и выводятся необходимые формулы.

Основные параметры

Отличие характеристик кристаллов для дешевых ЛЕД

Так же при расчёте светодиодов следует учитывать разброс параметров, для дешевых они будут максимальны, для дорогих они будут более одинаковыми.  Чтобы проверить этот параметр, необходимо включить их в равных условиях, то есть последовательно. Уменьшая тока или напряжение снизить яркость до слегка светящихся точек. Визуально вы сможете оценить, некоторые будут светится ярче, другие тускло.  Чем равномернее они горят, тем меньше разброс. Калькулятор расчёта резистора для светодиода подразумевает, что характеристики светодиодных чипов идеальные, то есть отличие равно нулю.

Напряжение падения для распространенных моделей маломощных до 10W может быть от 2В до 12В. С ростом мощности увеличивается количество кристаллов в COB  диоде, на каждом есть падение. Кристаллы включаются цепочками последовательно, затем они объединяются в параллельные цепи. На мощностях от  10W до 100W снижение растёт с 12В до 36В.

Этот параметр должен быть указан в технических характеристиках LED чипа  и зависит от назначения:

  • цвета синий, красный, зелёный, желтый;
  • трёхцветный RGB;
  • четырёхцветный RGBW;
  • двухцветный, теплый и холодный белый.

Теги

Делитель напряженияИнвертирующий усилительНеинвертирующий усилительОбучениеОтрицательная обратная связьОУ (операционный усилитель)Повторитель напряженияЭлектроника

На сайте работает сервис комментирования DISQUS, который позволяет вам оставлять комментарии на множестве сайтов, имея лишь один аккаунт на Disqus.com.

В случае комментирования в качестве гостя (без регистрации на disqus.com) для публикации комментария требуется время на премодерацию.

Делитель напряжения для смещения уровня напряжения

Современные микроконтроллеры основаны на 3.3-вольтовой логике с использованием в некоторых случаях 1.8 В. Использование более старого стандарта напряжения 5.0 В означает, что вам нужны сигналы ввода-вывода с изменением напряжения. Например, подключение выхода Arduino Uno непосредственно к входу ESP8266 может привести к повреждению последнего.

Конечно, для целей согласования уровней напряжения можно использовать специальные микросхемы, например, TXB0108. Но гораздо проще и дешевле воспользоваться делителем напряжения, как показано на схеме ниже, в которой напряжение с вывода Arduino Uno преобразуется для приема на вывод Raspberry Pi. Только следует учитывать, что такая схема справедлива в отношении однонаправленных сигналов.

Как работает делитель напряжения на практике


Итак у нас имеются вот такие два резистора и наш любимый мультиметр:

Замеряем сопротивление маленького резистора, R1=109,7 Ом.

Замеряем сопротивление большого резистора R2=52,8 Ом.

Выставляем на блоке питания ровно 10 Вольт. Замер напряжения производим с помощью мультиметра.

Цепляемся блоком питания за эти два резистора, запаянные последовательно. Напомню, что на блоке ровно 10 Вольт. Показания амперметра на блоке питания тоже немного неточны. Силу тока мы будем замерять в дальнейшем также с помощью мультиметра.

Замеряем падение напряжения на большом резисторе, который обладает номиналом в 52,8 Ом. Мультиметр намерял 3,21 Вольта.

Замеряем напряжение на маленьком резисторе номиналом в 109,7 Ом. На нем падает  напряжение 6,77 Вольт.

Ну что, с математикой, думаю, у всех в порядке. Складываем эти два значения напряжения. 3,21+6,77 = 9,98 Вольт. А куда делись еще 0,02 Вольта? Спишем на погрешность щупов и средств измерений. Вот наглядный пример того, что мы смогли разделить напряжение на два разных напряжения. Мы еще раз убедились, что сумма падений напряжений на каждом резистора равняется напряжению питания, которое подается на эту цепь.

В каких случаях допускается подключение светодиода через резистор?

Подключать светодиод через резистор можно, если вопрос эффективности схемы не является первостепенным. Например, использование светодиода в роли индикатора для подсветки выключателя или указателя сетевого напряжения в электроприборах. В подобных устройствах яркость не важна, а мощность потребления не превышает 0,1 Вт. Подключая светодиод с потреблением более 1 Вт, нужно быть уверенным в том, что блок питания выдаёт стабилизированное напряжение.

Если входное напряжение схемы не стабилизировано, то все помехи и скачки будут передаваться в нагрузку, нарушая работу светодиода. Ярким примером служит автомобильная электрическая сеть, в которой напряжение на аккумуляторе только теоретически составляет 12 В. В самом простом случае делать светодиодную подсветку в машине следует через линейный стабилизатор из серии LM78XX. А чтобы хоть как-то повысить КПД схемы, включать нужно по 3 светодиода последовательно. Также схема питания через резистор востребована в лабораторных целях для тестирования новых моделей светодиодов. В остальных случаях рекомендуется использовать стабилизатор тока (драйвер). Особенно тогда, когда стоимость излучающего диода соизмерима со стоимостью драйвера. Вы получаете готовое устройство с известными параметрами, которое остаётся лишь правильно подключить.

Виды схем

Несмотря на относительные различия в электросхемах, все они имеют общие признаки. Резистор R1 всегда подсоединяется в непосредственной близости к Uвх, а R2 – к заземляющей клемме. Падение напряжения на резисторном элементе R2 – Uвых является разделенным напряжением электроцепи.

Разновидности схем делителя напряжения

В каких случаях допускается подключение светодиода через резистор

Никакие диоды, в том числе светодиоды, нельзя включать без ограничения проходящего тока. Резисторы в таком случае просто необходимы. Даже небольшое изменения напряжения вызывают очень сильное изменение тока и, следовательно, перегрев диода.

Если вы планируете подключать несколько диодов, рекомендуем выбирать модели одной фирмы. Одинаковые образцы лучше работают вместе.

Применение резисторных делителей напряжения

Каждый резисторный делитель получил широкое практическое применение в различных электронных схемах. Типичным примером является потенциометр, который является переменным резистором, входящим в состав регулируемого делителя напряжения. Он состоит из резистора и скользящего контакта, разделяющего этот резистор на две части и передвигающегося между ними.

Другим вариантом, где применяется резистивный делитель напряжения, являются резистивные датчики, устанавливаемые в различные устройства. Типичным примером служит фоторезистор, изменяющий сопротивление, пропорционально количеству света, падающему на него. Кроме того, эти элементы используются и в других приборах – датчиках давления, ускорения, термисторах и других аналогичных устройствах.

Онлайн-калькулятор

Представленный ниже онлайн калькулятор для светодиодов – это удобное дополнение, которое произведет все расчеты самостоятельно. С его помощью не придётся ничего рисовать и вычислять вручную. Всё что нужно – это ввести два главных параметра светодиода, указать их количество и напряжение источника питания. Одним кликом мышки программа самостоятельно произведёт расчет сопротивления резистора, подберёт его номинал из стандартного ряда и укажет цветовую маркировку. Кроме этого, программа предложит уже готовую схему включения.

Дополняя вышесказанное стоит отметить, что если прямое напряжение светодиода значительно ниже напряжения питания, то схемы включения через резистор малоэффективны. Вся лишняя энергия впустую рассеивается резистором, существенно занижая КПД устройства.

Последовательное соединение светодиодов

Именно такое соединение пользуется популярностью. Объясняется такой частый выбор простым примером. Представьте, что в елочной гирлянде для каждого светодиода подобран резистор. А в гирлянде этих лампочек бывает более сотни! Параллельное соединение в данном случае невыгодно и трудоемко.

Только в самодельных гирляндах можно встретить параллельное соединение. В заводских моделях всегда последовательное.

Делитель напряжения для управления несколькими кнопками с помощью одного вывода

Для работы с сетью кнопок и резисторов, вы можете использовать один аналоговый вывод микроконтроллера. Между каждой кнопкой находится значение резистора. В этом примере используются резисторы 470 Ом. Когда вы нажимаете кнопку, R1 (1 кОм) образует делитель с остальной частью сети.

В данном случае мы нажимаем кнопку два (2), в итоге мы получаем напряжение делителя, состоящего из резисторов 1 кОм и 1.4 кОм. Вам не нужно использовать равные значения резисторов. Вы выбираете значения, которые дают вам широкий диапазон между кнопками. Таким образом, ваш код, считывающий аналоговый сигнал, может иметь широкий диапазон ввода.

© digitrode.ru

Теги: делитель напряжения

Применение

Использование такой схемотехники на практике демонстрируют следующие примеры. Для расчетов электрических параметров без учета сопротивления нагрузки подойдут рассмотренные выше ручные и автоматизированные методики.

Потенциометры

Если резистор оснастить ползунком и соответствующим приводом, сопротивления можно будет менять плавно. Это решение позволяет точнее менять напряжения на выходе, по сравнению с дискретными схемами. Главный недостаток – усложнение конструкции, что, кроме удорожания, снижает надежность. Приходится обеспечивать герметичность рабочей зоны для исключения загрязнения и предотвращения коррозийных процессов.

Принципиальная схема потенциометра

Резистивные датчики

В этом варианте пользуются способностью некоторых материалов увеличивать/ уменьшать электрическое сопротивление под воздействием температуры, светового потока, других внешних воздействий. Созданный на основе этих принципов датчик устанавливают в плечо делителя. По уровню напряжения на выходе контролируют изменение соответствующих параметров.

Цепи обратной связи в усилителях

Таким решением обеспечивают необходимый коэффициент усиления. На представленной ниже схеме этот параметр не будет никогда ниже единицы. Для повышения уровня преобразования увеличивают значение сопротивления R2 по отношению к R1.

Делитель напряжения в цепи обратной связи

Простейшие электрические фильтры

Для фильтрации заменяют конденсатором резисторы R1 или R2. В первом варианте устройство беспрепятственно пропускает высокочастотные составляющие. При снижении частоты до определенного уровня реактивное сопротивление увеличивается, препятствует прохождению тока. Аналогичным образом делают изменения в нижнем плече делителя с целью отсечения низких частот.

Усилитель напряжения

Переменным резистором изменяют уровень сигнала для получения необходимой громкости звучания. В таких устройствах применяют элементы с логарифмической характеристикой изменения сопротивления, что хорошо соответствует естественному механизму восприятия человеческими органами слуха.

Параметрический стабилизатор напряжения

В таких схемах нижнее плечо делителя можно создать с применением стабилитрона. Его вольтамперные характеристики выбирают таким образом, чтобы выходное напряжение сохраняло нужное значение при изменении входных параметров.

Расчет мощности резистора

Определим мощность резистора на примере схемы с включённой нагрузкой. Например, мы имеем ток, равный 0,4А, а падение напряжения на резисторе составляет 5В. Значит, расчёт будет выглядеть следующим образом:

P = I * V;

0,4А * 5В = 2Вт.

Следовательно, здесь потребуется резистор, мощность которого не ниже двух ватт. Лучше, если эта характеристика будет чуть выше, чтобы резистор не перегревался и не вышел из строя.

Как понизить напряжение с помощью резистора

Чтобы нагрузка, которую требуется запитать, не сгорела, часто возникает необходимость снизить входное напряжение. Проще всего этого можно добиться, используя схему с двумя резисторами, более известную как делитель напряжения. Классическая схема выглядит так:

В этом случае напряжение подаётся на два резистора с использованием параллельного подключени, а на выходе его получают с одного. Подбор номиналов резисторов осуществляют по формуле так, чтобы напряжение, снимаемое на выходе, составляло какую-то часть от подаваемого. Расчет резистора для понижения напряжения можно воспользовавшись формулой, основанной на законе Ома:

Uвых= (Uвх*R2)/(R1+R2), где

Uвх – напряжение на входе, В;

Uвых – напряжение на выходе, В

R1 – показатель сопр. 1-ого резистора (Ом)

R2 – показатель сопр. 2-ого элемента, (Ом)

Подбор резистора для понижения напряжения

Для подбора нужного сопротивления резистора можно воспользоваться готовыми онлайн-калькуляторами или программами для моделирования работы электронных схем. Симуляторы электрических цепей способны не только рассчитать напряжение на выходе в зависимости от сопротивления элементов и способа их подключения, но и обладают функционалом, позволяющим визуализировать то, как падает ток и напряжение на резисторе. Например, приложение EveryCircuit позволяет изменять в схеме параметры элементов, выбирать скорость симуляции, получать данные в различных точках. При этом можно наблюдать за динамикой изменения значений, используя для ввода входных параметров вращающийся лимб в нижнем правом углу.

Существует ещё ряд бесплатных программ для эмуляции, позволяющие выполнить, в том числе, расчёт резистора при понижении напряжения, например:

  • EasyEDA;
  • Circuit Sims;
  • DcAcLab;

и другие.

В статье мы ознакомились с понятием сопротивления, узнали о его единицах измерения, о маркировке резисторов, о программах эмулирующих работу цепи и облегчающих подбор нужного сопротивления, а также рассмотрели примеры расчёта падения напряжения на резисторе.

Ограничения в применении

Из приведенных в таблице примеров расчетов хорошо видно, как значительно увеличиваются потери при уменьшении сопротивления цепи. Энергия расходуется впустую для нагрева окружающей среды. При большой мощности рассеивания приходится использовать принудительные системы охлаждения, пассивные радиаторы.

В приведенных расчетах не учитывалась нагрузка. Если добавить соответствующее реальным условиям сопротивление, образуются дополнительные потери в параллельной цепи.

Влияние сопротивления нагрузки

На первой части рисунка изображен типовой делитель, обеспечивающий выходное напряжение 5 V. При потреблении тока 0,01 А сопротивление нагрузки составит 0,5 кОм. Пользуясь формулой расчета для параллельной цепи, несложно выяснить суммарное значение R = 1/(1/R2 + 1/Rнагрузки) = 0,25 кОм. Это добавление уменьшит плановое значение Uвых до 3,46 V.

Уменьшением R2 можно снизить вредное влияние на выходное напряжение (4,75 V). Однако такой способ, приведенный на второй части рисунка, сопровождается значительными потерями энергии. Ток будет проходить по участку с меньшим сопротивлением, не выполняя полезные функции. В данном примере необходимо выбрать R1, рассчитанный на мощность не менее 2 Вт, чтобы обеспечить надежную работу устройства.

В заключение

Пишите комментарии и делитесь статьей в социальных сетях! Если возникли вопросы, можно найти в интернете дополнительные видео для расчета сопротивления резистора и на другие близкие темы.

Нормативно-техническая документация

Изучить стандарты по данной теме можно в ГОСТе 11282-93. Стандарт действует с 1 января 1996 г. Последние изменения сделаны 12 сентября 2018 г.

В документе приведены сведения о допустимых погрешностях, допусках и других нормативах.

Резистор. Падение напряжения на резисторе. Мощность. Закон Ома — МикроПрогер

Итак, резистор… Базовый элемент построения электрической цепи.

Работа резистора заключается в ограничении тока, протекающего по цепи. НЕ в превращении тока в тепло, а именно в ограничении тока. То есть, без резистора по цепи течет большой ток, встроили резистор – ток уменьшился. В этом заключается его работа, совершая которую данный элемент электрической цепи выделяет тепло.

 

Пример с лампочкой

Рассмотрим работу резистора на примере лампочки на схеме ниже. Имеем источник питания, лампочку, амперметр, измеряющий ток, проходящий через цепь. И Резистор. Когда резистор в цепи отсутствует, через лампочку по цепи побежит большой ток, например, 0,75А. Лампочка горит ярко. Встроили в цепь резистор —  у тока появился труднопреодолимый барьер, протекающий по цепи ток снизился до 0,2А. Лампочка горит менее ярко. Стоит отметить, что яркость, с которой горит лампочка, зависит так же и от напряжения на ней. Чем выше напряжение — тем ярче.

Ограничение тока резистором

 

Кроме того, на резисторе происходит падение напряжения. Барьер не только задерживает ток, но и «съедает» часть напряжения, приложенного источником питания к цепи. Рассмотрим это падение на рисунке ниже. Имеем источник питания на 12 вольт. На всякий случай амперметр, два вольтметра про запас, лампочку и резистор. Включаем цепь без резистора(слева). Напряжение на лампочке 12 вольт. Подключаем резистор — часть напряжения упала на нем. Вольтметр(снизу на схеме справа)  показывает 5В. На лампочку остались остальные 12В-5В=7В. Вольтметр на лампочке показал 7В.

Падение напряжение на резисторе

Разумеется, оба примера являются абстрактными, неточными в плане чисел и рассчитаны на объяснение сути процесса, происходящего в резисторе.

 

Основная характеристика резистора — сопротивление. Единица измерения сопротивления — Ом (Ohm, Ω). Чем больше сопротивление, тем больший ток он способен ограничить, тем больше тепла он выделяет, тем больше напряжения падает на нем.

 

Основной закон всего электричества. Связывает между собой Напряжение(V), Силу тока(I) и Сопротивление(R).

V=I*R

Интерпретировать эти символы на человеческий язык можно по-разному. Главное — уметь применить для каждой конкретной цепи. Давайте используем Закон Ома для нашей цепи с резистором и лампочкой, рассмотренной выше, и рассчитаем сопротивление резистора, при котором ток от источника питания на 12В ограничится до 0,2.  При этом считаем сопротивление лампочки равным 0.

V=I*R    =>     R=V/I    =>    R= 12В / 0,2А   =>   R=60Ом

 Итак. Если встроить в цепь с источником питания и лампочкой, сопротивление которой равно 0, резистор номиналом 60 Ом, тогда ток, протекающий по цепи, будет составлять 0,2А.

 

Микропрогер, знай и помни! Параметр мощности резистора является одним из наиболее важных при построении схем для реальных устройств.

Мощность электрического тока на каком-либо участке цепи равна произведению силы тока, протекающую по этому участку на напряжение на этом участке цепи. P=I*U. Единица измерения 1Вт.

При протекании тока через резистор совершается работа по ограничению электрического тока. При совершении работы выделяется тепло. Резистор рассеивает это тепло в окружающую среду. Но если резистор будет совершать слишком большую работу, выделять слишком много тепла — он перестанет успевать рассеивать вырабатывающееся внутри него тепло, очень сильно нагреется и сгорит. Что произойдет в результате этого казуса, зависит от твоего личного коэффициента удачи.

Характеристика мощности резистора — это максимальная мощность тока, которую он способен выдержать и не перегреться.

 

Рассчитаем мощность резистора для нашей цепи с лампочкой. Итак. Имеем ток, проходящий по цепи(а значит и через резистор), равный 0,2А. Падение напряжения на резисторе равно 5В (не 12В, не 7В, а именно 5 — те самые 5, которые вольтметр показывает на резисторе). Это значит, что мощность тока через резистор равна P=I*V=0,2А*5В=1Вт. Делаем вывод: резистор для нашей цепи должен иметь максимальную мощность не менее(а лучше более) 1Вт. Иначе он перегреется и выйдет из строя.

 

Соединение резисторов

Резисторы в цепях электрического тока имеют последовательное и параллельное соединение.

 

Последовательное соединение резисторов

При последовательном соединении общее сопротивление резисторов является суммой сопротивлений каждого резистора в соединении:

Последовательное соединение резисторов

 

 

Параллельное соединение резисторов

При параллельном соединении общее сопротивление резисторов рассчитывается по формуле:

Параллельное соединение резисторов

 

Остались вопросы? Напишите комментарий. Мы ответим и поможем разобраться =)

Автор публикации

не в сети 10 месяцев

wandrys

877 Комментарии: 0Публикации: 27Регистрация: 17-03-2016

Подключение светодиода к 12 В

Подключение светодиода к источнику питания 12 В может быть осуществлено несколькими способами. Первым вариантом решения задачи является увеличение последовательно соединенных светодиодов в цепи. Второй способ связан с применением токоограничивающего резистора.

Рассмотрим оба способа.

Расчет резистора на примере одного светодиода

Большинство светодиодов имеют прямое падение напряжения при допустимом токе 1,8 – 3,6 В. Следовательно, для подключения к источнику 12 В нам необходимо понизить напряжение на светодиоде, в противном случае он сгорит. Это выполняется при помощи токоограничивающего резистора. При правильно подобранном сопротивлении которого светодиод будет работать исправно. Чтобы узнать где катод, а где анод светодиода прочтите эту статью.

Допустим, что у нас имеется белый светодиод, параметры которого следующие:

Расчет резистора проводится согласно следующей формуле:

где Uп – это напряжение питания, Uсв – прямое падение напряжения на светодиоде, а  I – ток светодиода, 0,75 – коэффициент надежности светодиода.

Если неизвестен ток светодиода, но известна его мощность, формула приобретает вид:

В нашем случае, ток светодиода известен.

Исходя из наших расчетов, нам необходим ближайший по номиналу резистор на 620 Ом. В случае если рассчитанное сопротивление выйдет таким, что резистор подобрать будет сложно, то есть смысл использовать несколько параллельно соединенных резисторов.

Чтобы резистор не сгорел, необходимо правильно подобрать его по мощности. Для этого сделаем расчет мощности выделяемой на резисторе.

Рассчитываем сопротивление светодиода:

Затем рассчитываем общий ток в цепи с учетом добавленного сопротивления резистора:

Подставляем получившееся значение в формулу мощности постоянного тока:

Делаем вывод, что нам нужен резистор, рассчитанный как минимум на 0,25 Вт мощности. Если у вас не имеется такого резистора под рукой, можно выйти из ситуации при помощи двух подключенных параллельно резистора по 0,125 Вт каждый или просто поставив увеличить номинал резистора на 15-20%(в данном случае это возможно, но при этом яркость светодиода снизится).

Подключение 3-х светодиодов к 12 В

Подключение трех светодиодов к источнику питания 12 В, позволяет использовать резистор с меньшей мощностью, так как суммарное падение напряжения на трех светодиодах будет больше в 3 раза.

Допустим, что у нас имеется желтый светодиод со следующими параметрами:

Рассчитаем сопротивление балластного резистора по уже известной формуле:

Ближайший резистор, подходящий по номиналу 510 Ом, определим требуемую мощность

Рассчитываем сопротивление светодиода:

Общий ток в цепи с учетом добавленного сопротивления резистора:

Подставляем получившееся значение в формулу мощности постоянного тока:

По сравнению с предыдущим примером, в данном случае нам требуется менее мощный резистор, а значит, выбираем на 0,125 Вт.

Данная схема подключения используется в светодиодных лентах на 12 В, с той лишь разницей, что там таких цепочек несколько и между собой они соединены параллельно.

Этот способ имеет существенный недостаток – при сгорании одного из светодиодов, остальные перестают работать.

  • Просмотров:
  • Как рассчитать требуемое значение для подтягивающего резистора?

    Используйте 10 кОм, это хорошее значение.

    Для более подробной информации, мы должны посмотреть, что делает подтягивание. Допустим, у вас есть кнопка, которую вы хотите прочитать с помощью микроконтроллера. Кнопка представляет собой мгновенный SPST (однополюсный однократный) переключатель. Он имеет две точки подключения, которые либо связаны, либо нет. Когда кнопка нажата, две точки соединяются (переключатель замкнут). Когда они отпущены, они не подключены (переключатель разомкнут). Микроконтроллеры по своей природе не обнаруживают подключение или отключение. То, что они чувствуют, это напряжение. Поскольку этот переключатель имеет только два состояния, имеет смысл использовать цифровой вход, который, в конце концов, предназначен только для одного из двух состояний. Микро может определить, в каком состоянии находится цифровой вход.

    Подтягивание помогает преобразовать открытое / закрытое соединение коммутатора в низкое или высокое напряжение, которое может воспринимать микроконтроллер. Одна сторона переключателя подключена к земле, а другая — к цифровому входу. Когда переключатель нажат, линия становится низкой, потому что переключатель по существу замыкает его на землю. Однако, когда переключатель отпущен, ничто не приводит линию к какому-либо определенному напряжению. Он может просто оставаться на низком уровне, принимать другие близлежащие сигналы посредством емкостной связи или, в конечном итоге, плавать до определенного напряжения из-за незначительного тока утечки через цифровой вход. Работа нагрузочного резистора заключается в обеспечении положительного гарантированного высокого уровня, когда переключатель разомкнут, но все же позволяет переключателю безопасно замыкать линию на землю, когда он замкнут.

    Существует два основных конкурирующих требования к размеру подтягивающего резистора. Он должен быть достаточно низким, чтобы надежно тянуть линию высоко, но достаточно высоким, чтобы не вызывать слишком большой ток, когда переключатель замкнут. Оба эти понятия являются субъективно субъективными, и их относительная важность зависит от ситуации. В общем, вы делаете подтягивание достаточно низким, чтобы убедиться, что линия находится на высоком уровне, когда переключатель разомкнут, учитывая все вещи, которые в противном случае могут сделать линию на низком уровне.

    Давайте посмотрим, что нужно, чтобы подтянуть линию. Глядя только на требования к постоянному току, можно обнаружить ток утечки в линии цифрового входа. Идеальный цифровой вход имеет бесконечное сопротивление. Реальные, конечно, нет, и степень, в которой они не идеальны, обычно выражается как максимальный ток утечки, который может либо выходить, либо входить в контакт. Допустим, ваш микро настроен на максимальную утечку 1 мкА на своих цифровых входных выводах. Поскольку подтягивание должно поддерживать линию на высоком уровне, в худшем случае предполагается, что вывод выглядит как ток утечки 1 мкА на землю. Например, если использовать нагрузку 1 МОм, то 1 мкА вызовет 1 Вольт на резисторе 1 МОм. Допустим, это система на 5 В, так что это означает, что штырь может быть только до 4 В. Теперь вы должны взглянуть на спецификацию цифрового входа и посмотреть, каковы минимальные требования к напряжению для высокого логического уровня. Это может составлять 80% от Vdd для некоторых микросхем, что в данном случае составляет 4 В. Поэтому подтягивание 1 МОм находится прямо на границе. Вам нужно по крайней мере немного меньше, чем это для гарантированного правильного поведения из соображений DC.

    Однако есть и другие соображения, и их сложнее определить количественно. Каждый узел имеет некоторую емкостную связь со всеми другими узлами, хотя величина связи уменьшается с расстоянием, так что релевантными являются только близлежащие узлы. Если на этих других узлах есть сигналы, эти сигналы могут подключаться к вашему цифровому входу. Более низкое значение подтягивания делает линию более низким импедансом, что уменьшает количество паразитных сигналов, которые она будет принимать. Это также дает более высокий минимальный гарантированный уровень постоянного тока по отношению к току утечки, поэтому между этим уровнем постоянного тока и тем, где цифровой вход может интерпретировать результат как низкий логический уровень, а не предполагаемый высокий логический уровень, будет больше места. Так сколько достаточно? Очевидно, что подтягивание в 1 МОм в этом примере недостаточно (слишком высокое сопротивление). Почти невозможно угадать связь с соседними сигналами, но я бы хотел, чтобы по крайней мере запас на порядок превышал минимальный случай DC. Это означает, что я хочу, чтобы нагрузка составляла 100 кОм или ниже, хотя бы если бы вокруг было много шума, я бы хотел, чтобы оно было ниже.

    Есть еще одна причина, по которой подтягивание снижается, и это время нарастания. Линия будет иметь некоторую паразитную емкость относительно земли, поэтому она будет экспоненциально затухать в направлении значения питания, а не мгновенно переходить туда. Допустим, вся паразитная емкость составляет до 20 пФ. На этот раз подтягивание 100 кОм составляет 2 мкс. Требуется 3 постоянных времени, чтобы достичь 95% расчетного значения, или 6 мкс в этом случае. Это не имеет значения в человеческое время, поэтому не имеет значения в этом примере, но если бы это была цифровая шина, которую вы хотели бы использовать при скорости передачи данных 200 кГц, она бы не работала.

    Теперь давайте посмотрим на другое конкурирующее соображение, которое является текущим потерянным при нажатии переключателя. Если это устройство работает от сети или иным образом обрабатывает значительную мощность, несколько мА не будут иметь значения. При 5 В требуется 5 кОм, чтобы нарисовать 1 мА. Это на самом деле «много» тока в некоторых случаях, и намного больше, чем требуется из-за других соображений. Если это устройство с батарейным питанием и переключатель может быть включен в течение значительной доли времени, то каждый мкА может иметь значение, и вы должны очень тщательно об этом подумать. В некоторых случаях вы можете периодически производить выборку переключателя и включать его только на короткое время вокруг образца, чтобы минимизировать потребление тока.

    Помимо особых соображений, таких как работа от батареи, 100 кОм — это достаточно высокий импеданс, чтобы я нервничал по поводу усиления шума. Потеря тока в 1 мА при включенном переключателе кажется излишне большой. Таким образом, 500 мкА, что означает полное сопротивление 10 кОм, является правильным.

    Как я уже сказал, используйте 10 кОм. Это хорошая ценность.

    Обозначение мощности резистора на схеме, как её увеличить, что делать, если нет подходящего по мощности резистора

    Обозначение мощности резистора на схеме, как её увеличить, что делать, если нет подходящего по мощности резистора

    Резистор — пассивный элемент электрических цепей, обладающий определённым или переменным значением электрического сопротивления, предназначенный для линейного преобразования силы тока в напряжение и напряжения в силу тока, ограничения тока, поглощения электрической энергии и др. Весьма широко используемый компонент практически всех электрических и электронных устройств.

    В схемах радиоэлектронной аппаратуры одним из наиболее часто встречающихся элементов является резистор, другое его название это сопротивление. У него есть целый ряд характеристик, среди которых есть мощность. В этой статье мы поговорим о резисторах, что делать, если у вас нет подходящего по мощности элемента, и почему они сгорают.

    Характеристики резисторов

    1. Основной параметр резистора – это номинальное сопротивление.

    2. Второй параметр, по которому его выбирают – это максимальная (или предельная) рассеиваемая мощность.

    3. Температурный коэффициент сопротивления – описывает, насколько изменяется сопротивление, при изменении его температуры на 1 градус Цельсия.

    4. Допустимое отклонение от номинала. Обычно разброс параметров резистора от одного заявленного в пределах 5-10%, это зависит от ГОСТ или ТУ по которому он произведен, существуют и точные резисторы с отклонением до 1%, обычно стоят дороже.

    5. Предельное рабочее напряжение, зависит от конструкции элемента, в бытовых электроприборах с напряжением питания 220В могут применяться практически любые резисторы.

    6. Шумовые характеристики.

    7. Максимальная температура окружающей среды. Это такая температура, которая может быть при достижении максимальной рассеиваемой мощности самого резистора. Об этом подробнее поговорим позже.

    8. Влаго- и термоустойчивость.

    Есть еще две характеристики, о которых начинающие чаще всего не знают, это:

    1. Паразитная индуктивность.

    2. Паразитная ёмкость.

    Оба параметра зависят от типа и конструктивных особенностей резистора. Индуктивность имеет в любом проводнике, вопрос в её величины. Типовые величины паразитных индуктивностей и емкостей приводить бессмысленно. Паразитные составляющие следует учитывать при проектировании и ремонте высокочастотных приборах.

    На низких частотах (например, в пределах звукового диапазона до 20 кГц), существенного влияния в работу схемы они не вносят. В высокочастотных приборах, с рабочими частотами в сотни тысяч и выше герц существенное влияние вносит даже расположение дорожек на плате и их форма.

    Мощность резистора

    Из курса физики многие отлично помнят формулу мощности для электричества, это: P=U*I

    Отсюда следует, что она линейно зависит от тока и напряжения. Ток же через резистор зависит от его сопротивления и приложенного к нему напряжению, то есть:

    I=U/R

    Падение напряжения на резисторе (сколько на его выводах остаётся напряжения от приложенного к цепи, в которой он установлен), так же зависит от тока и сопротивления:

    I=U/R

    Теперь объясним простыми словами, что такое мощность у резистора и куда она выделяется.

    У любого металла есть своё удельное сопротивление, это такая величина, которая зависит от структуры этого самого металла. Когда носители зарядов (в нашем случае электроны), под воздействием электрического тока протекают через проводник, они сталкиваются с частицами, из которого состоит металл.

    В результате этих столкновений затрудняется движение тока. Если очень обобщенно сказать, то получается, так, что чем плотнее структура металла, тем сложнее протекать току (тем больше сопротивление).

    На картинке пример кристаллической решетки, для наглядности.

    Из-за этих столкновений выделяется тепло. Это можно представить, как если бы вы шли через толпу (большое сопротивление), где вас еще и толкают, или если бы шли по пустому коридору, где вы сильнее вспотеете?

    То же самое происходит и с металлом. Мощность выделяется в виде тепла. В некоторых случаях это плохо, потому что так снижается коэффициент полезного действия прибора. В других ситуациях – это полезное свойство, например в работе ТЭНов. В лампах накаливания за счет своего сопротивления спираль раскаляется до яркого свечения.

    Но как это относится к резисторам?

    Дело в том, что резисторы применяют для ограничения тока при питании каких-либо устройств, или элементов цепи, или для задания режимов работы полупроводниковым приборам.2/1=144/1=144 Вт.

    Всё сходится. Резистор будет выделять тепло с мощностью в 144Вт. Это условные значения, взятые в качестве примера. На практике таких резисторов вы не встретите в радиоэлектронной аппаратуре, исключением являются большие сопротивления для регулирования двигателей постоянного тока или пуска мощных синхронных машин в асинхронном режиме.

    Какие бывают резисторы и как они обозначаются на схеме

    Ряд мощностей резисторов стандартен: 0.05 (0.62) – 0.125 – 0.25 – 0.5 – 1 – 2 – 5

    Это типовые номиналы распространенных резисторов, бывают и большие значения, или другие величины. Но этот ряд наиболее распространен. При сборке электроники используют схему электрическую принципиальную, с порядкового номера элементов. Реже указываться номинальное сопротивление, еще реже указывается номинальное сопротивление и мощность.

    Чтобы быстро определить мощность резистора на схеме были введены соответствующие УГО (условные графические обозначения) по ГОСТ. Внешний вид таких обозначений и их расшифровка представлены в таблице ниже.

    Вообще эти данные, а также название конкретного типа резистора указываются в перечне элементов, там же указывается и разрешенный допуск в %.

    Внешне, они отличаются размером, чем мощнее элемент, тем больше его размер. Больший размер увеличивает площадь теплообмена резистора с окружающей средой. Поэтому тепло, которое выделяется при прохождении тока через сопротивление, быстрее отдаётся воздуху (если окружающая среда воздух).

    Это значит, что резистор может греться с большей мощностью (выделять определенное количество тепла в единицу времени). Когда температура сопротивления достигает определенного уровня, сначала начинает выгорать внешний слой с маркировкой, дальше сгорает резистивный слой (пленка, проволока или что-то другое).

    Чтобы вы оценили, как сильно может греться резистор, взгляните на нагрев спирали разобранного мощного резистора (более 5 Вт) в керамическом корпусе.

    В характеристиках был такой параметр, как допустимая температура окружающей среды. Она указывается, для правильного подбора элемента. Дело в том, что раз мощность резистора ограничена способностью отдать тепло и, при этом, не перегреться, а для отдачи тепла, т.е. охлаждения элемента путем конвекции или принудительным потоком воздуха должна быть как можно большая разница температур элемента и окружающей среды.

    Поэтому если вокруг элемента слишком жарко он быстрее нагреется и сгорит, даже если электрическая мощность на нем ниже максимально рассеиваемой. Нормальной температурой является 20-25 градусов Цельсия.

    Что делать, если нет резистора нужной мощности?

    Частой проблемой радиолюбителей является отсутствия резистора нужной мощности. Если у вас есть резисторы мощнее, чем нужно – ничего страшного в этом нет, можно ставить не задумываясь. Лишь бы он влез по размеру. Если все имеющиеся резисторы по мощности меньше, чем нужно – это уже проблема.

    На самом деле решить этот вопрос достаточно просто. Вспомните законы последовательного и параллельного соединения резисторов.

    1. При последовательном соединении резисторов сумма падений напряжений на всей цепочке равняется сумме падений на каждом из них. А ток, протекающий через каждый резистор равен общему току, т.е. в цепи из последовательно соединенных элементов протекает ОДИН ток, но приложенные к каждому из них напряжения РАЗНЫЕ, определяются по закону Ома для участка цепи (см. выше) Uобщ=U1+U2+U3

    2. При параллельном соединении резисторов падение на всех напряжения равны, а ток, протекающий в каждой из ветвей обратно пропорционален сопротивлению ветви. Общий ток цепочки из параллельно соединенных резисторов равен сумме токов каждой из ветвей.

    На этой картинке изображено всё вышесказанное, в удобной для запоминания форме.

    Так, как при последовательном соединении резисторов снизится напряжение на каждом из них, а при параллельном соединении ток, то если P=U*I

    Мощность, выделяемая на каждом из них, снизится соответствующим образом.

    Поэтому, если у вас нет резистора 100 Ом на 1 Вт, его можно почти всегда заменить 2 резисторами на 50 Ом и 0.5 Вт соединенными последовательно, или 2 резисторами на 200 Ом и 0.5 Вт соединенными параллельно.

    Я не просто так написал «ПОЧТИ ВСЕГДА». Дело в том, что не все резисторы одинаково хорошо переносят ударные токи, в некоторых цепях, например связанные с зарядом конденсаторов большой ёмкости, в первоначальный момент времени переносят большую ударную нагрузку, которая может повредить его резистивный слой. Такие связки нужно проверять на практике или путем долгих расчетов и чтением технической документации и ТУ на резисторы, чем почти никогда и никто не занимается.

    Заключение

    Мощность резистора – это величина не менее важная, чем его номинальное сопротивление. Если не уделять внимания подбору сопротивлений нужно мощности, то они будут перегорать и сильно греться, что плохо в любой цепи.

    При ремонте аппаратуры, особенно китайской, ни в коем случае не пытайтесь ставить резисторы меньшей мощности, лучше поставить с запасом, если есть такая возможность поместить его по габаритам на плате.

    Для стабильной и надежной работы радиоэлектронного устройства нужно подбирать мощность, как минимум, с запасом в половину от предполагаемой, а лучше в 2 раза больше. Это значит, что если по расчетам на резисторе выделяется 0.9-1 Вт, то мощность резистора или их сборки должна быть не меньше, чем 1.5-2 Вт.

    Ранее ЭлектроВести писали, что JinkoSolar объявила, что она установила новый рекорд эффективности для монокристаллических PERC-панелей, который составил 24,38%. Компания также разработала модуль мощностью 469,3 Вт. Кроме того, китайский производитель фотоэлектрических элементов поравнялся с фирмой Trina Solar, которая на прошлой неделе заявила о рекордном 24,58% показателе КПД монокристаллических панелей n-типа.

    По материалам: electrik.info.

    Гасящий конденсатор вместо гасящего резистора

    Иногда возникает задача понизить переменное напряжение сети 220 вольт до некоторого заданного значения, причем применение понижающего трансформатора (в таком случае) не всегда бывает целесообразным.

    Скажем, низкочастотный понижающий трансформатор, выполненный традиционно на трансформаторном железе, способный преобразовать мощность 200 Ватт, весит больше килограмма, не говоря о высокой стоимости. Следовательно в некоторых случаях можно применить гасящий резистор, который ограничит ток, однако при этом на самом гасящем резисторе выделится мощность в виде тепла, а это не всегда является приемлемым.

    Например, если нужно запитать 200 Ваттную лампу только на половину ее наминала, потребовалось бы рассеять мощность в 100 Ватт на гасящем резисторе, а это крайне сомнительное решение.

    Весьма удобной альтернативой, для данного примера, может служить применение гасящего конденсатора, емкостью около14мкф, (такой можно собрать из трех металлопленочных типа К73-17 по 4,7мкф, рассчитанных на 250в, а лучше – на 400в) это позволит получить нужный ток без необходимости рассеивать значительную мощность в виде тепла.

    Рассмотрим физическую сторону этого решения. Как известно, конденсатор, включенный в цепь переменного тока, является реактивным элементом, обладающим емкостным сопротивлением, связанным с частотой переменного тока в цепи, а также с собственной емкостью.

    Чем больше емкость конденсатора и чем выше частота переменного напряжения в цепи, тем больший ток проходит через конденсатор, значит емкостное сопротивление конденсатора обратно пропорционально его емкости, а также частоте переменного тока, в цепи, куда он включен.

    Это видно и из формулы для емкостного сопротивления конденсатора:

    Если в цепь переменного тока включены последовательно резистор (активная нагрузка) и конденсатор, то их общее сопротивление можно найти по формуле:

    А поскольку и то

    Итак, зная напряжение на нагрузке, силу тока нагрузки и напряжение на гасящем конденсаторе, можно определить емкость гасящего конденсатора, который нужно включить последовательно нагрузке для получения требуемых параметров питания:

    Рассмотрим пример: требуется запитать лампу накаливания мощностью 100 Ватт, рассчитанную на напряжение 110 вольт от розетки 220 вольт. В первую очередь найдем значение рабочего тока лампы:

    Получим значение тока лампы равное 0,91 А. Теперь можно найти требуемое значение емкости гасящего конденсатора, она будет равна 15,2 мкФ.

    Следует отметить, что этот расчет верен для чисто активной нагрузки, когда имеет место эффективное значение. При использовании же выпрямителя, необходимо учесть, что эффективное значение тока будет немного меньше в силу действия пульсаций. Также следует помнить, что в качестве гасящих конденсаторов, полярные конденсаторы применять ни в коем случае нельзя.

    Лучшее сочетание вакуумных и          полупроводниковых характеристик — однотактный гибридный усилитель звука.

              Мы не создаём иллюзий,
              Мы делаем звук живым!

    Ток

    — Падение напряжения на одном резисторе и на двух резисторах

    Сначала я скажу, что вопрос ОП и все ответы здесь (включая последний, сделанный минуту назад) отличные, и я оцениваю их на +1 🙂 Я только дополню их еще несколькими экстравагантными, но «заставляющими задуматься» «соображения …

    «Вопрос в том, почему падение напряжения на резисторах с одинаковым сопротивлением меняется от первой цепи ко второй? Имеет ли это какое-либо отношение к току? Почему это происходит? Я пытаюсь найти интуитивное объяснение, как почему это происходит.»

    «Что мне действительно нужно, так это ответ на вопрос, почему падение напряжения во второй цепи на каждом резисторе составляет половину, даже если они имеют такое же сопротивление, как и в первой цепи».

    Если вы действительно хотите, чтобы падение напряжения на резисторах с одинаковым сопротивлением было одинаковым, я могу предложить вам решение — всего заменить источники напряжения на источники тока . Это не просто шутка, а вполне реальная конфигурация схемы, которую мы можем наблюдать в некоторых хорошо известных электронных схемах (например,например, в так называемом «каскаде с общим эмиттером и вырождением эмиттера» или «фазоделителе»).

    Но вернемся к схемам ОП с 1 и 2 резисторами, питаемыми от источников напряжения, и сделаем несколько интересных выводов.

    Во-первых, нас может не интересовать ток, протекающий через резисторы, и их сопротивление. В обеих цепях напряжение не зависит ни от тока, ни от сопротивления. Во второй схеме падение напряжения на резисторе зависит только от отношения его сопротивления к общему сопротивлению.

    Второй интересный вывод, который мы можем сделать в отношении потенциометра транзистора . Хотя это переменный резистор, когда мы вращаем его дворник, мы фактически ничего не меняем — ни сопротивление … ни ток … ни напряжение. Мы просто измеряем (выбираем) напряжение в одной точке на его внутреннем резистивном слое … но все остальные точки имеют линейно убывающие напряжения.

    Wikimedia Commons

    Конечно, мы можем представить, что при вращении стеклоочистителя одно частичное сопротивление увеличивается, когда другое уменьшается, поэтому их сумма остается постоянной… и, как следствие, постоянный ток. Такие «электронные потенциометры» мы можем видеть в каскадах CMOS, усилителях с обратной связью по току (CFA) и т.д.

    Снижение напряжения с помощью резисторов — Обмен электротехнического стека

    Есть несколько способов получить 5 В от источника 12 В. У каждого есть свои преимущества и недостатки, поэтому я составил 5 основных схем, чтобы показать их плюсы и минусы.

    • Цепь 1 представляет собой простой последовательный резистор, точно такой же, как тот, о котором вам рассказывали «некоторые».

    Работает, НО работает только при одном значении тока нагрузки и расходует большую часть подаваемой мощности. Если значение нагрузки изменится, изменится и напряжение, так как регулирования нет. Однако он выдержит короткое замыкание на выходе и защитит источник 12 В от короткого замыкания.

    • Цепь 2 представляет собой последовательный стабилитрон (или вы можете использовать ряд обычных диодов, последовательно включенных для компенсации падения напряжения — скажем, 12 кремниевых диодов)

    Работает, НО большую часть мощности рассеивает стабилитрон.Не очень эффективно! С другой стороны, это дает некоторую степень регулирования при изменении нагрузки. Однако, если вы закоротите выход, волшебный синий дым вырвется из стабилитрона … Такое короткое замыкание может также повредить источник 12 В после разрушения стабилитрона.

    • Схема 3 — это последовательный транзистор (или эмиттерный повторитель) — показан переходной транзистор, но аналогичная версия может быть построена с использованием полевого МОП-транзистора в качестве истокового повторителя.

    Работает, НО большая часть мощности должна рассеиваться транзистором, и он не защищен от короткого замыкания.Как и в схеме 2, вы можете повредить источник 12 В. С другой стороны, регулирование будет улучшено (из-за эффекта усиления тока транзистора). Стабилитрон больше не должен принимать ток полной нагрузки, поэтому можно использовать гораздо более дешевый / меньший / маломощный стабилитрон или другое устройство опорного напряжения. Эта схема на самом деле менее эффективна, чем схемы 1 и 2, потому что для стабилитрона и связанного с ним резистора требуется дополнительный ток.

    • Контур 4 — трехконтактный регулятор (IN-COM-OUT).Это может быть выделенная ИС (например, 7805) или дискретная схема, построенная из операционных усилителей / транзисторов и т. Д.

    Работает, НО устройство (или цепь) должно рассеивать больше мощности, чем подается на нагрузку. Это даже более неэффективно, чем схемы 1 и 2, потому что дополнительная электроника потребляет дополнительный ток. С другой стороны, он выдержит короткое замыкание и, следовательно, является улучшением схем 2 и 3. Он также ограничивает максимальный ток, который может потребоваться в условиях короткого замыкания, защищая источник 12 В.

    • Цепь 5 представляет собой стабилизатор понижающего типа (импульсный регулятор постоянного / постоянного тока).

    Работает, НО выход может быть немного резким из-за высокочастотной коммутации устройства. Однако он очень эффективен, поскольку использует накопленную энергию (в катушке индуктивности и конденсаторе) для преобразования напряжения. Имеет разумную регулировку напряжения и ограничение выходного тока. Он выдержит короткое замыкание и защитит аккумулятор.

    Все эти 5 цепей работают (т.е. все они вырабатывают 5 В при нагрузке), и у всех есть свои плюсы и минусы. Некоторые работают лучше других с точки зрения защиты, регулирования и эффективности. Как и большинство инженерных задач, это компромисс между простотой, стоимостью, эффективностью, надежностью и т. Д.

    Что касается «постоянного тока» — не может иметь фиксированного (постоянного) напряжения и постоянного тока с переменной нагрузкой . Приходится выбирать — постоянное напряжение ИЛИ постоянный ток .Если вы выберете постоянное напряжение, вы можете добавить какую-либо схему к , чтобы ограничить максимальный ток до безопасного максимального значения — например, в схемах 4 и 5.

    Уменьшает ли резистор напряжение или ток?

    Резистор играет важную роль в мире электричества и электроники, и его можно найти в каждой цепи.

    Это пассивный компонент, основная задача которого — обеспечение «сопротивления» в цепи, отсюда и название резистор.

    Но снижает ли резистор напряжение или ток? Резистор имеет способность уменьшать напряжение и ток при использовании в цепи.Основная функция резистора — ограничивать ток. Закон Ома гласит, что увеличение номинала резистора приведет к уменьшению тока.

    Для снижения напряжения резисторы устанавливаются в конфигурации, известной как «делитель напряжения». Кроме того, с каждым компонентом в цепи резистор понижает напряжение на его выводах.

    Ниже я объясню закон Ома и то, как резистор снижает ток и напряжение.

    Как резистор снижает ток

    Основная функция резистора заключается в ограничении или противодействии протеканию тока в цепи путем обеспечения «сопротивления».

    Лучшая аналогия для этого — садовый шланг, по которому течет вода. Вода представляет собой течение.

    Если вы случайно сжали садовый шланг, вы окажете «сопротивление» и ограничите поток воды. Чем сильнее вы его сжимаете, тем меньше воды может течь.

    Вы сжимаете садовый шланг — это резистор, который делает то же самое в цепи.

    Как устроен резистор, уменьшающий ток

    Резистор снижает ток в основном за счет его физической конструкции и материалов, используемых внутри.

    Существует множество различных типов резисторов, каждый из которых сконструирован определенным образом. Ниже приведены некоторые распространенные типы резисторов:

    Углерод — этот тип резистора известен как резистор из углеродного состава (CCR). Внутри этого резистора находится твердый цилиндрический резистивный элемент, который представляет собой смесь мелкодисперсного порошка углерода и изоляционного материала. Увеличение количества углерода снижает сопротивление, поскольку углерод является хорошим проводником.

    Карбоновая куча — В этом типе резистора используются наборы дисков, которые сделаны из углерода для уменьшения / противодействия току.Эти диски уплотнены внутри корпуса резистора между двумя металлическими пластинами.

    Углеродная пленка — Углеродная пленка помещается на изолирующий материал с вырезанной в ней спиралью для создания длинного узкого пути, уменьшающего ток. Варьируя форму и размер, можно получить ряд значений сопротивления.

    Металлическая пленка — Многие сквозные резисторы изготавливаются из металлопленки. Они покрыты хромоникелем (NiCr).

    Оксид металла — Эти типы резисторов изготовлены из оксидов металлов, что позволяет резистору выдерживать гораздо более высокие температуры.

    Проволочная обмотка — Этот резистор снижает ток за счет использования металлической проволоки, намотанной в катушку. Используемый металл обычно представляет собой нихром, намотанный на сердечник из керамики, пластика или стекловолокна.

    Закон Ома, который определяет, как резистор снижает ток

    Чтобы правильно понять взаимосвязь между током, сопротивлением и напряжением, нам нужно узнать о законе Ома.

    Этот закон был разработан Георгом Симоном Омом в 1827 году.

    Не вдаваясь в подробности, он обнаружил, что количество электрического заряда, проходящего через металлический проводник в цепи, прямо пропорционально напряжению на нем, что можно резюмировать. уравнением, показанным ниже.

    Если мы изменим формулу, мы получим сопротивление, которое равно делению напряжения на ток.

    Теперь вы можете видеть, что зависимость между сопротивлением и током обратно пропорциональна.

    Увеличение номинала резисторов приведет к уменьшению тока, тем самым уменьшив его, в то время как уменьшение сопротивления вызовет увеличение тока.

    Как резистор может снизить напряжение?

    Теперь, когда мы знаем, как резистор снижает ток, мы можем посмотреть, как он снижает напряжение.

    Существует несколько распространенных способов уменьшения напряжения резистором, в том числе падение напряжения на его выводах и делитель напряжения.

    Первый способ, которым резистор снижает напряжение:

    Падение напряжения на его выводах

    В области электроники падение напряжения происходит в каждом компоненте, имеющем сопротивление. Падение напряжения на компоненте регулируется законом Ома.

    Например, представьте, что у нас есть простая схема, состоящая из напряжения питания и лампы.

    Здесь Лампа имеет сопротивление 10 Ом (из-за того, что все в цепи имеет определенную форму сопротивления).

    Поскольку нам известны значения напряжения и сопротивления, мы можем рассчитать ток, используя закон Ома (I = V / R), который дает нам ток 1,2 ампера.

    Итак, ток 1,2 А будет течь через лампу и питать ее. Если мы возьмем ток (1,2 А) и умножим его на сопротивление лампы (10 Ом), снова используя закон Ома (V = IR), мы получим напряжение 12 вольт.

    Следовательно, на лампе падение напряжения составляет 12 вольт.

    Теперь мы знаем, как рассчитать падение напряжения, и можем взглянуть, как эта теория применяется к резистору для уменьшения напряжения.

    Если мы заменим указанную выше лампу резистором с эквивалентным сопротивлением (10 Ом), мы все равно получим такое же значение падения напряжения на нем.

    Теперь мы добавим второй резистор (R2 с сопротивлением 5 Ом) последовательно с резистором 10 Ом (R1).

    Как и в случае с лампой, нам нужно найти значение тока, протекающего по цепи.

    На этот раз полное сопротивление складывается из двух резисторов; R1 (10 Ом) + R2 (5 Ом), что дает нам общее сопротивление RT = 15 Ом.

    Теперь, используя закон Ома (I = V / RT), мы получаем ток 0,8 ампер.

    Это тот же ток, который проходит через оба резистора. Таким образом, мы можем рассчитать падение напряжения на каждом резисторе, который дает нам;

    R1 Падение напряжения = 0.8 x 10 = 8 вольт

    R2 Падение напряжения = 0,8 X 5 = 4 вольт.

    Используя закон Ома, мы можем определить, сколько напряжения резистор снижает, понижая напряжение на нем, если нам известны напряжение питания и полное сопротивление.

    Падение напряжения на определенном сопротивлении зависит от тока и величины сопротивления резистора.

    Резистор второго типа снижает напряжение:

    Делитель напряжения

    Второй способ использования резистора для понижения напряжения — это использование делителя напряжения.В делителе напряжения используются два резистора в конфигурации, показанной ниже.

    Выходное напряжение на Vout определяется Vin, а также значениями двух резисторов (R1 и R2). Приведенная ниже формула используется для расчета выходного напряжения.

    Так, например, если Vin составляет 5 вольт, R1 составляет 10 Ом, а R2 также составляет 10 Ом, если мы воспользуемся уравнением, мы получим выходное напряжение 2,5 вольта.

    Самое замечательное в этой конфигурации то, что мы можем выбрать, какое напряжение мы хотим на Vout, изменив формулу выше, чтобы вычислить значение резистора R2, чтобы получить желаемое выходное напряжение.

    Допустим, вам нужно напряжение 3 вольта на Vout.

    Используя преобразованную формулу, мы можем вычислить значение резистора R2, чтобы получить 3 вольта. Используя те же значения для Vin и R1 и 3 вольта для Vout, мы получаем значение 15 Ом для R2.

    Итак, вы видите, это отличный способ использовать резисторы для снижения напряжения до желаемого значения.

    Зачем нужен резистор для уменьшения тока?

    Мир электрики и электроники наполнен множеством различных компонентов и устройств различных форм, размеров, функций и т. Д.

    Еще одна вещь, которая меняется от одного компонента к другому, — это его рейтинги. Каждый компонент имеет максимальное номинальное напряжение и ток.

    Никогда не превышайте эти значения, так как их превышение может привести к их повреждению.

    Итак, резистор используется последовательно со многими компонентами, чтобы уменьшить ток и избежать их повреждения.

    Примером может служить стандартный светоизлучающий диод (LED) с ограничением тока 20 мА. Если источник напряжения подключен непосредственно к светодиоду без использования токоограничивающего резистора, вы рискуете взорвать светодиод.

    Токоограничивающий резистор необходимо подключить последовательно со светодиодом, чтобы снизить ток до уровня ниже 20 мА.

    Зачем использовать резистор для понижения напряжения?

    Возможность снижения напряжения с помощью такой конфигурации, как делитель напряжения, имеет множество применений и применений.

    Некоторые распространенные применения понижения напряжения включают регулировку уровня смещения активных устройств в усилителях и измерение напряжений.

    В мультиметре также используются делители напряжения.

    В делителях напряжения используются резисторы фиксированного номинала для регулировки выходного напряжения. Однако, если на резисторе R2 используется переменный резистор, выходное напряжение можно изменять, регулируя переменный резистор. Отличное приложение для этого — регулировка громкости в музыкальной системе.

    Какие типы резисторов используются для уменьшения тока и напряжения?

    Как вы видели ранее, существует много разных способов изготовления резистора.

    Резисторы бывают разных значений сопротивления, размеров, форм и номинальной мощности.

    Два распространенных типа резистора: сквозное отверстие и для поверхностного монтажа.

    Выбор того, какой из них использовать, зависит от типа схемы, в которой вы их будете использовать.

    Поскольку в электронике используются приложения малой и большой мощности, существуют резисторы, рассчитанные на разные номинальные мощности, чтобы можно было работать с ними. эти полномочия.

    LED Resistor Calculator — Дюймовый калькулятор

    Рассчитайте резистор для использования в цепи со светодиодом, указав ниже напряжение питания, прямое напряжение и прямой ток.При необходимости рассчитайте резистор для подключения нескольких последовательно соединенных светодиодов.

    Результатов:

    Рекомендация по мощности резистора



    Как рассчитать размер резистора для использования со светодиодом

    Светоизлучающие диоды или светодиоды, используемые в электрических цепях, должны быть соединены с резистором для регулирования тока.Это необходимо для предотвращения потребления тока, превышающего номинальный для светодиода, что может привести к повреждению компонента.

    Чтобы определить правильное значение резистора, закон Ома используется для вывода формулы для резистора.

    Формула для расчета светодиодного резистора

    R (Ом) = V с — (V f × N) I f

    Требуемое сопротивление равно напряжению питания минус прямое напряжение, умноженное на количество светодиодов, деленное на прямой ток.

    В с — или напряжение питания — равно напряжению, подаваемому в цепь.

    В f — или прямое напряжение — равно падению напряжения светодиода. Это значение различается для светодиодов разного цвета, см. Таблицу ниже, где показано падение напряжения для светодиодов разных цветов.

    I f — или прямой ток — равен току, потребляемому светодиодами. Большинство светодиодов рассчитаны на ток 20-30 мА.

    N — количество последовательно включенных светодиодов.

    Схема, показывающая схему со светодиодом и необходимым резистором.

    Например, находит резистор для использования в светодиодах с прямым напряжением 2 вольта и током 20 миллиампер при напряжении питания 5 В.

    R = 5 В — 2 В 0,02 A
    R = 3 В 0,02 A
    R = 150 Ом

    Падение напряжения и рекомендуемый размер резистора для светодиодов разного цвета

    Диаграмма, показывающая падение напряжения или прямое напряжение для светодиодов разных цветов, а также рекомендуемый размер резистора для данного прямого тока и напряжения питания.
    Цвет Типичное прямое напряжение (Vf) Напряжение питания (Вс) прямой ток (если) Рекомендуемый размер резистора Рекомендуемая номинальная мощность резистора
    Красный 2 В 5 В 20 мА 150 Ом 0,06 Вт
    зеленый 2,1 В 5 В 20 мА 145 Ом 0.058 Вт
    Синий 3,6 В 5 В 20 мА 70 Ом 0,028 Вт
    Белый 3,6 В 5 В 20 мА 70 Ом 0,028 Вт
    Желтый 2,1 В 5 В 20 мА 145 Ом 0,058 Вт
    Оранжевый 2,2 В 5 В 20 мА 140 Ом 0.056 Вт
    Янтарь 2,1 В 5 В 20 мА 145 Ом 0,058 Вт
    Инфракрасный 1,7 В 5 В 20 мА 165 Ом 0,066 Вт

    Снижение скорости вентилятора

    Введение

    Wacom Bamboo Fun Small

    Материнская плата EPIA Mini-ITX

    Заголовок EPIA CIR

    Снижение скорости вращения вентилятора

    Калькулятор напряжения вентилятора


    Скорость вентилятора корректировки…
    … или как предотвратить ваш компьютер звучит как реактивный двигатель!

    ОТКАЗ ОТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ:
    поклонники в вашем компьютере есть по какой-то причине — я не буду нести ответственности за любой ущерб вы или ваша система, вызванные правильным или неправильным соблюдением совет, содержащийся в этой статье — вы вносите эти изменения в на свой страх и риск …

    Болельщики обычно самые шумные элементы, обнаруженные в компьютере, и часто работающие неоправданно быстро — Athlon с тактовой частотой 1,5 ГГц вполне может нуждаться в вентиляторах. превращение при 4500 об / мин, но меньшая машина с радиатором хорошего качества наверное нет.

    Одна ситуация где более медленный вентилятор определенно полезен, это когда процессор вентилятор в более старой машине нуждается в замене. Вентиляторы процессора Socket A часто по разумной цене, и часто может быть приспособлен для работы на старые машины, даже если они слишком большие, но они также имеют тенденцию быть шумными.

    Так что же варианты притормаживания вентилятора?

    Один вариант это было довольно популярно в последнее время — запускать вентилятор на 12 вольт на 7 В, подключив его между линиями 12 В и 5 В на дисководе разъем питания, а не между 12В и массой.Он также был предположил, однако, что это опасно для здоровье вашего источника питания — хотя рассуждения были несколько ложный …

    Каким бы ни был правда этой ситуации, более безопасный вариант для замедления Вентилятор — подключить резистор последовательно с вентилятором.
    Таким образом, вы может достичь любого падения напряжения, которое вам нравится, при условии, что вы не против проделать тяжелую математику, чтобы добраться туда …

    Вот как мы вычислит номинал резистора, необходимого для работы вентилятора при 7В от источника питания 12В, понижая напряжение на 5В.

    Оригинал напряжение вентилятора: 12 В

    Исходный ток вентилятора: 0,2 А (см. наклейку на вентиляторе)

    В = ИК (закон Ома), поэтому 12 = 0,2R => R = 12 / 0,2 = 60

    Сопротивление вентилятора: 60 ​​Ом

    Целевое напряжение: 7 В

    В = IR (закон Ома), поэтому 7 = 60I => I = 7/60 = 0,12 (2 д.п.)

    Целевой ток: 0,12 А

    Падение напряжения на резисторе: 12 В — 7 В = 5 В

    В = IR (закон Ома), поэтому 5 = 0,12R => R = 5/0.12 = 42

    Целевое сопротивление: 42 Ом

    Мощность, рассеиваемая резистором: 5 В * 0,12 А = 0,6 Вт


    Итак, чтобы достичь падение напряжения 5В, нам понадобится резистор номиналом 42 Ом и способен рассеивать мощность 0,6 Вт. Этот подчеркивает одну потенциальную ошибку этого метода — вы не можете безопасно использовать Резисторы на 1/4 Вт для этого, если вы не восполните целевое сопротивление с помощью несколько резисторов меньшего размера (равного номинала) последовательно …

    Поэкспериментируйте с этот маленький калькулятор и попробуйте свои собственные значения…


    Последовательные и параллельные резисторы

    Цели обучения

    К концу этого раздела вы сможете:

    • Нарисуйте цепь с резисторами, включенными параллельно и последовательно.
    • Рассчитайте падение напряжения тока на резисторе, используя закон Ома.
    • Контраст — способ расчета общего сопротивления для резисторов, включенных последовательно и параллельно.
    • Объясните, почему полное сопротивление параллельной цепи меньше наименьшего сопротивления любого из резисторов в этой цепи.
    • Рассчитайте общее сопротивление цепи, которая содержит смесь резисторов, включенных последовательно и параллельно.

    Большинство схем имеет более одного компонента, называемого резистором , который ограничивает поток заряда в цепи. Мера этого предела расхода заряда называется сопротивлением . Простейшие комбинации резисторов — это последовательное и параллельное соединение, показанное на рисунке 1. Общее сопротивление комбинации резисторов зависит как от их индивидуальных значений, так и от способа их подключения.

    Рис. 1. (a) Последовательное соединение резисторов. (б) Параллельное соединение резисторов.

    Когда резисторы в серии ? Резисторы включены последовательно всякий раз, когда поток заряда, называемый током , должен проходить через устройства последовательно. Например, если ток течет через человека, держащего отвертку, в землю, тогда R 1 на Рисунке 1 (a) может быть сопротивлением вала отвертки, R 2 сопротивлением ее ручки , R 3 сопротивление тела человека и R 4 сопротивление его обуви.На рисунке 2 показаны резисторы, последовательно подключенные к источнику напряжения . Кажется разумным, что полное сопротивление является суммой отдельных сопротивлений, учитывая, что ток должен проходить через каждый резистор последовательно. (Этот факт был бы преимуществом для человека, желающего избежать поражения электрическим током, который мог бы уменьшить ток, надев обувь с высоким сопротивлением на резиновой подошве. Это могло бы стать недостатком, если бы одно из сопротивлений было неисправным шнуром с высоким сопротивлением. прибор, уменьшающий рабочий ток.)

    Рис. 2. Три резистора, подключенных последовательно к батарее (слева), и эквивалентное одиночное или последовательное сопротивление (справа).

    Чтобы убедиться, что последовательно соединенные сопротивления действительно складываются, давайте рассмотрим потерю электроэнергии, называемую падением напряжения , в каждом резисторе на Рисунке 2. Согласно закону Ома , падение напряжения В на резистор, когда через него протекает ток, рассчитывается по формуле V = IR , где I равно току в амперах (A), а R — сопротивление в омах (Ω).Другой способ представить это: В — это напряжение, необходимое для протекания тока I через сопротивление R . Таким образом, падение напряжения на R 1 составляет В 1 = IR 1 , что на R 2 составляет В 2 = IR и 2 что через R 3 равно V 3 = IR 3 .Сумма этих напряжений равна выходному напряжению источника; то есть

    В = В 1 + В 2 + В 3 .

    Это уравнение основано на сохранении энергии и сохранении заряда. Электрическая потенциальная энергия может быть описана уравнением PE = qV , где q — электрический заряд, а V — напряжение. Таким образом, энергия, отдаваемая источником, составляет кв , а энергия, рассеиваемая резисторами, составляет

    .

    qV 1 + qV 2 + qV 3 .

    Установление связей: законы сохранения

    Вывод выражений для последовательного и параллельного сопротивления основан на законах сохранения энергии и сохранения заряда, которые утверждают, что общий заряд и полная энергия постоянны в любом процессе. Эти два закона непосредственно участвуют во всех электрических явлениях и будут многократно использоваться для объяснения как конкретных эффектов, так и общего поведения электричества.

    Эти энергии должны быть равны, потому что в цепи нет другого источника и другого назначения для энергии.Таким образом, qV = qV 1 + qV 2 + qV 3 . Сбор q отменяется, давая V = V 1 + V 2 + V 3 , как указано. (Обратите внимание, что одинаковое количество заряда проходит через батарею и каждый резистор за заданный промежуток времени, поскольку нет емкости для хранения заряда, нет места для утечки заряда и заряд сохраняется.) Теперь подстановка значений для отдельных напряжений дает

    В = IR 1 + IR 2 + IR 3 = I ( R 1 + R 2 + ).

    Обратите внимание, что для эквивалентного сопротивления одиночной серии R с , мы имеем

    В = ИК с .

    Это означает, что полное или эквивалентное последовательное сопротивление R с трех резисторов составляет R с = R 1 + R 2 + R 3 .Эта логика действительна в общем для любого количества резисторов, включенных последовательно; таким образом, общее сопротивление R с последовательного соединения равно

    R с = R 1 + R 2 + R 3 +…,

    , как предлагается. Поскольку весь ток должен проходить через каждый резистор, он испытывает сопротивление каждого, а последовательно соединенные сопротивления просто складываются.

    Пример 1. Расчет сопротивления, тока, падения напряжения и рассеиваемой мощности: анализ последовательной цепи

    Предположим, что выходное напряжение батареи на рисунке 2 равно 12.0 В, а сопротивления равны R 1 = 1,00 Ом, R 2 = 6,00 Ом и R 3 = 13,0 Ом. а) Каково полное сопротивление? (б) Найдите ток. (c) Рассчитайте падение напряжения на каждом резисторе и покажите, как они складываются, чтобы равняться выходному напряжению источника. (d) Рассчитайте мощность, рассеиваемую каждым резистором. (e) Найдите выходную мощность источника и покажите, что она равна общей мощности, рассеиваемой резисторами.

    Стратегия и решение для (а)

    Общее сопротивление — это просто сумма отдельных сопротивлений, определяемая следующим уравнением:

    [латекс] \ begin {array} {lll} {R} _ {\ text {s}} & = & {R} _ {1} + {R} _ {2} + {R} _ {3} \ \ & = & 1.00 \ text {} \ Omega + 6.00 \ text {} \ Omega + 13.0 \ text {} \ Omega \\ & = & 20.0 \ text {} \ Omega \ end {array} \\ [/ latex].

    Стратегия и решение для (b)

    Ток определяется по закону Ома, В = IR . Ввод значения приложенного напряжения и общего сопротивления дает ток для цепи:

    [латекс] I = \ frac {V} {{R} _ {\ text {s}}} = \ frac {12.0 \ text {V}} {20.0 \ text {} \ Omega} = 0.60 \ text {A }\\[/латекс].

    Стратегия и решение для (c)

    Напряжение — или падение IR — на резисторе определяется законом Ома.Ввод значения тока и значения первого сопротивления дает

    .

    В 1 = ИК 1 = (0,600 A) (1,0 Ом) = 0,600 В.

    Аналогично

    В 2 = ИК 2 = (0,600 А) (6,0 Ом) = 3,60 В

    и

    V3 = IR 3 = (0,600 A) (13,0 Ом) = 7,80 В.

    Обсуждение для (c)

    Три капли IR в сумме дают 12.0 В, прогноз:

    В 1 + В 2 + В 3 = (0,600 + 3,60 + 7,80) В = 12,0 В.

    Стратегия и решение для (d)

    Самый простой способ рассчитать мощность в ваттах (Вт), рассеиваемую резистором в цепи постоянного тока, — это использовать закон Джоуля , P = IV , где P — электрическая мощность. В этом случае через каждый резистор протекает одинаковый полный ток.Подставляя закон Ома В = IR в закон Джоуля, мы получаем мощность, рассеиваемую первым резистором, как

    .

    P 1 = I 2 R 1 = (0,600 A) 2 (1,00 Ом) = 0,360 Вт

    Аналогично

    P 2 = I 2 R 2 = (0,600 A) 2 (6,00 Ом) = 2,16 Вт

    и

    P 3 = I 2 R 3 = (0.{2}} {R} \\ [/ latex], где В — это падение напряжения на резисторе (а не полное напряжение источника). Будут получены те же значения.

    Стратегия и решение для (e)

    Самый простой способ рассчитать выходную мощность источника — использовать P = IV , где В, — напряжение источника. Это дает

    P = (0,600 A) (12,0 В) = 7,20 Вт.

    Обсуждение для (e)

    Обратите внимание, что по совпадению общая мощность, рассеиваемая резисторами, также равна 7.20 Вт, столько же, сколько мощность, выдаваемая источником. То есть

    P 1 + P 2 + P 3 = (0,360 + 2,16 + 4,68) W = 7,20 Вт

    Мощность — это энергия в единицу времени (ватты), поэтому для сохранения энергии требуется, чтобы выходная мощность источника была равна общей мощности, рассеиваемой резисторами.

    Основные характеристики резисторов серии

    1. Последовательные сопротивления добавить: R с = R 1 + R 2 + R 3 +….
    2. Одинаковый ток протекает последовательно через каждый резистор.
    3. Отдельные последовательно включенные резисторы не получают полное напряжение источника, а делят его.

    На рисунке 3 показаны резисторы параллельно , подключенные к источнику напряжения. Резисторы включены параллельно, когда каждый резистор подключен непосредственно к источнику напряжения с помощью соединительных проводов с незначительным сопротивлением. Таким образом, к каждому резистору приложено полное напряжение источника. Каждый резистор потребляет такой же ток, как если бы он один был подключен к источнику напряжения (при условии, что источник напряжения не перегружен).Например, автомобильные фары, радио и т. Д. Подключены параллельно, так что они используют полное напряжение источника и могут работать полностью независимо. То же самое и в вашем доме, или в любом другом здании. (См. Рисунок 3 (b).)

    Рис. 3. (a) Три резистора, подключенных параллельно батарее, и эквивалентное одиночное или параллельное сопротивление. (б) Электроснабжение в доме. (Источник: Dmitry G, Wikimedia Commons)

    Чтобы найти выражение для эквивалентного параллельного сопротивления R p , давайте рассмотрим протекающие токи и их связь с сопротивлением.Поскольку каждый резистор в цепи имеет полное напряжение, токи, протекающие через отдельные резисторы, равны [латекс] {I} _ {1} = \ frac {V} {{R} _ {1}} \\ [/ latex] , [латекс] {I} _ {2} = \ frac {V} {{R} _ {2}} \\ [/ latex] и [латекс] {I} _ {3} = \ frac {V} {{R} _ {3}} \\ [/ латекс]. Сохранение заряда подразумевает, что полный ток I , производимый источником, является суммой этих токов:

    I = I 1 + I 2 + I 3 .

    Подстановка выражений для отдельных токов дает

    [латекс] I = \ frac {V} {{R} _ {1}} + \ frac {V} {{R} _ {2}} + \ frac {V} {{R} _ {3}} = V \ left (\ frac {1} {{R} _ {1}} + \ frac {1} {{R} _ {2}} + \ frac {1} {{R} _ {3}} \ справа) \\ [/ латекс].

    Обратите внимание, что закон Ома для эквивалентного одиночного сопротивления дает

    [латекс] I = \ frac {V} {{R} _ {p}} = V \ left (\ frac {1} {{R} _ {p}} \ right) \\ [/ latex].

    Члены в скобках в последних двух уравнениях должны быть равны. Обобщая для любого количества резисторов, общее сопротивление R p параллельного соединения связано с отдельными сопротивлениями на

    [латекс] \ frac {1} {{R} _ {p}} = \ frac {1} {{R} _ {1}} + \ frac {1} {{R} _ {2}} + \ гидроразрыв {1} {{R} _ {\ text {.} 3}} + \ text {.} \ Text {…} \\ [/ latex]

    Это соотношение приводит к общему сопротивлению R p , которое меньше наименьшего из отдельных сопротивлений. (Это видно в следующем примере.) При параллельном подключении резисторов от источника течет больше тока, чем протекает по любому из них по отдельности, поэтому общее сопротивление ниже.

    Пример 2. Расчет сопротивления, тока, рассеиваемой мощности и выходной мощности: анализ параллельной цепи

    Пусть выходное напряжение батареи и сопротивления в параллельном соединении на Рисунке 3 будут такими же, как и в ранее рассмотренном последовательном соединении: В = 12.0 В, R 1 = 1,00 Ом, R 2 = 6,00 Ом и R 3 = 13,0 Ом. а) Каково полное сопротивление? (б) Найдите полный ток. (c) Рассчитайте токи в каждом резисторе и покажите, как они складываются, чтобы равняться общему выходному току источника. (d) Рассчитайте мощность, рассеиваемую каждым резистором. (e) Найдите выходную мощность источника и покажите, что она равна общей мощности, рассеиваемой резисторами.

    Стратегия и решение для (а)

    Общее сопротивление для параллельной комбинации резисторов находится с помощью следующего уравнения.Ввод известных значений дает

    [латекс] \ frac {1} {{R} _ {p}} = \ frac {1} {{R} _ {1}} + \ frac {1} {{R} _ {2}} + \ frac {1} {{R} _ {3}} = \ frac {1} {1 \ text {.} \ text {00} \ text {} \ Omega} + \ frac {1} {6 \ text {. } \ text {00} \ text {} \ Omega} + \ frac {1} {\ text {13} \ text {.} 0 \ text {} \ Omega} \\ [/ latex].

    Таким образом,

    [латекс] \ frac {1} {{R} _ {p}} = \ frac {1.00} {\ text {} \ Omega} + \ frac {0 \ text {.} \ Text {1667}} {\ текст {} \ Omega} + \ frac {0 \ text {.} \ text {07692}} {\ text {} \ Omega} = \ frac {1 \ text {.} \ text {2436}} {\ text { } \ Omega} \\ [/ латекс].

    (Обратите внимание, что в этих расчетах каждый промежуточный ответ отображается с дополнительной цифрой.) Мы должны перевернуть это, чтобы найти полное сопротивление R p . Это дает

    [латекс] {R} _ {\ text {p}} = \ frac {1} {1 \ text {.} \ Text {2436}} \ text {} \ Omega = 0 \ text {.} \ Text { 8041} \ text {} \ Omega \\ [/ latex].

    Общее сопротивление с правильным количеством значащих цифр составляет R p = 0,804 Ом

    Обсуждение для (а)

    R p , как и предполагалось, меньше наименьшего индивидуального сопротивления.

    Стратегия и решение для (b)

    Полный ток можно найти из закона Ома, заменив полное сопротивление R p . Это дает

    [латекс] I = \ frac {V} {{R} _ {\ text {p}}} = \ frac {\ text {12.0 V}} {0.8041 \ text {} \ Omega} = \ text {14} \ text {.} \ text {92 A} \\ [/ latex].

    Обсуждение для (б)

    Ток I для каждого устройства намного больше, чем для тех же устройств, подключенных последовательно (см. Предыдущий пример).Схема с параллельным соединением имеет меньшее общее сопротивление, чем резисторы, включенные последовательно.

    Стратегия и решение для (c)

    Отдельные токи легко вычислить по закону Ома, поскольку каждый резистор получает полное напряжение. Таким образом,

    [латекс] {I} _ {1} = \ frac {V} {{R} _ {1}} = \ frac {12.0 \ text {V}} {1.00 \ text {} \ Omega} = 12.0 \ text {A} \\ [/ латекс].

    Аналогично

    [латекс] {I} _ {2} = \ frac {V} {{R} _ {2}} = \ frac {12.0 \ text {V}} {6.00 \ text {} \ Omega} = 2 \ text {.} \ text {00} \ text {A} \\ [/ latex]

    и

    [латекс] {I} _ {3} = \ frac {V} {{R} _ {3}} = \ frac {\ text {12} \ text {.} 0 \ text {V}} {\ text {13} \ text {.} \ Text {0} \ text {} \ Omega} = 0 \ text {.} \ Text {92} \ text {A} \\ [/ latex].

    Обсуждение для (c)

    Общий ток складывается из отдельных токов:

    I 1 + I 2 + I 3 = 14,92 A.

    Это соответствует сохранению заряда.{2}} {13.0 \ text {} \ Omega} = 11.1 \ text {W} \\ [/ latex].

    Обсуждение для (d)

    Мощность, рассеиваемая каждым резистором параллельно, значительно выше, чем при последовательном подключении к тому же источнику напряжения.

    Стратегия и решение для (e)

    Общую мощность также можно рассчитать несколькими способами. Выбрав P = IV и введя полный ток, получим

    P = IV = (14,92 A) (12,0 В) = 179 Вт.

    Обсуждение для (e)

    Суммарная мощность, рассеиваемая резисторами, также 179 Вт:

    P 1 + P 2 + P 3 = 144 Вт + 24,0 Вт + 11,1 Вт = 179 Вт

    Это соответствует закону сохранения энергии.

    Общее обсуждение

    Обратите внимание, что как токи, так и мощность при параллельном подключении больше, чем для тех же устройств, подключенных последовательно.

    Основные характеристики параллельных резисторов
    1. Параллельное сопротивление определяется из [latex] \ frac {1} {{R} _ {\ text {p}}} = \ frac {1} {{R} _ {1}} + \ frac {1} { {R} _ {2}} + \ frac {1} {{R} _ {3}} + \ text {…} \\ [/ latex], и оно меньше любого отдельного сопротивления в комбинации.
    2. Каждый резистор, включенный параллельно, имеет то же полное напряжение, что и источник. (В системах распределения электроэнергии чаще всего используются параллельные соединения для питания бесчисленных устройств, обслуживаемых одним и тем же напряжением, и для того, чтобы они могли работать независимо.)
    3. Не каждый параллельный резистор получает полный ток; они делят это.

    Сочетания последовательного и параллельного

    Более сложные соединения резисторов иногда представляют собой просто комбинации последовательного и параллельного. Они часто встречаются, особенно если учитывать сопротивление провода. В этом случае сопротивление провода включено последовательно с другими сопротивлениями, включенными параллельно. Комбинации последовательного и параллельного подключения можно свести к одному эквивалентному сопротивлению, используя технику, показанную на рисунке 4.Различные части идентифицируются как последовательные или параллельные, уменьшаются до их эквивалентов и далее уменьшаются до тех пор, пока не останется единственное сопротивление. Процесс более трудоемкий, чем трудный.

    Рис. 4. Эта комбинация из семи резисторов имеет как последовательные, так и параллельные части. Каждое из них идентифицируется и приводится к эквивалентному сопротивлению, а затем уменьшается до достижения единого эквивалентного сопротивления.

    Самая простая комбинация последовательного и параллельного сопротивления, показанная на рисунке 4, также является наиболее поучительной, поскольку она используется во многих приложениях.Например, R 1 может быть сопротивлением проводов от автомобильного аккумулятора к его электрическим устройствам, которые подключены параллельно. R 2 и R 3 могли быть стартером и светом салона. Ранее мы предполагали, что сопротивление провода незначительно, но, когда это не так, оно имеет важные последствия, как показывает следующий пример.

    Пример 3. Расчет сопротивления,

    IR Падение, ток и рассеиваемая мощность: объединение последовательных и параллельных цепей

    На рис. 5 показаны резисторы из двух предыдущих примеров, подключенные другим способом — комбинацией последовательного и параллельного подключения.Мы можем считать R 1 сопротивлением проводов, ведущих к R 2 и R 3 . (а) Найдите полное сопротивление. (b) Что такое IR в R 1 ? (c) Найдите текущие I 2 через R 2 . (d) Какую мощность рассеивает R 2 ?

    Рис. 5. Эти три резистора подключены к источнику напряжения, так что R 2 и R 3 параллельны друг другу, и эта комбинация последовательно с R 1 .

    Стратегия и решение для (а)

    Чтобы найти полное сопротивление, отметим, что R 2 и R 3 подключены параллельно, и их комбинация R p находится последовательно с R 1 . Таким образом, полное (эквивалентное) сопротивление этой комбинации составляет

    .

    R Всего = R 1 + R p .

    Сначала мы находим R p , используя уравнение для параллельных резисторов и вводя известные значения:

    [латекс] \ frac {1} {{R} _ {\ text {p}}} = \ frac {1} {{R} _ {2}} + \ frac {1} {{R} _ {3 }} = \ frac {1} {6 \ text {.} \ text {00} \ text {} \ Omega} + \ frac {1} {\ text {13} \ text {.} 0 \ text {} \ Omega} = \ frac {0.2436} {\ text {} \ Омега} \\ [/ латекс].

    Инвертирование дает

    [латекс] {R} _ {\ text {p}} = \ frac {1} {0,2436} \ text {} \ Omega = 4.11 \ text {} \ Omega \\ [/ latex].

    Таким образом, общее сопротивление равно

    .

    R tot = R 1 + R p = 1,00 Ом + 4,11 Ом = 5,11 Ом.

    Обсуждение для (а)

    Общее сопротивление этой комбинации является промежуточным между значениями чистой серии и чистой параллели (20.0 Ом и 0,804 Ом соответственно), найденные для тех же резисторов в двух предыдущих примерах.

    Стратегия и решение для (b)

    Чтобы найти падение IR в R 1 , отметим, что полный ток I протекает через R 1 . Таким образом, его падение IR составляет

    .

    В 1 = ИК 1

    Мы должны найти I , прежде чем сможем вычислить V 1 .Полный ток I находится с помощью закона Ома для схемы. То есть

    [латекс] I = \ frac {V} {{R} _ {\ text {tot}}} = \ frac {\ text {12.0} \ text {V}} {5.11 \ text {} \ Omega} = 2.35 \ text {A} \\ [/ latex].

    Вводя это в выражение выше, мы получаем

    В 1 = ИК 1 = (2,35 А) (1,00 Ом) = 2,35 В.

    Обсуждение для (б)

    Напряжение, приложенное к R 2 и R 3 , меньше общего напряжения на В 1 .Когда сопротивление провода велико, это может существенно повлиять на работу устройств, представленных R 2 и R 3 .

    Стратегия и решение для (c)

    Чтобы найти ток через R 2 , мы должны сначала найти приложенное к нему напряжение. Мы называем это напряжение В p , потому что оно приложено к параллельной комбинации резисторов. Напряжение, приложенное как к R 2 , так и к R 3 , уменьшается на величину В 1 , поэтому оно составляет

    В p = В В 1 = 12.0 В — 2,35 В = 9,65 В.

    Теперь ток I 2 через сопротивление R 2 находится по закону Ома:

    [латекс] {I} _ {2} = \ frac {{V} _ {\ text {p}}} {{R} _ {2}} = \ frac {9.65 \ text {V}} {6.00 \ текст {} \ Omega} = 1,61 \ text {A} \\ [/ latex].

    Обсуждение для (c)

    Ток меньше 2,00 А, которые проходили через R 2 , когда он был подключен параллельно к батарее в предыдущем примере параллельной цепи.

    Стратегия и решение для (d)

    Мощность, рассеиваемая R 2 определяется

    P 2 = ( I 2 ) 2 R 2 = (1,61 A) 2 (6,00 Ом) = 15,5 Вт

    Обсуждение для (d)

    Мощность меньше 24,0 Вт, рассеиваемых этим резистором при параллельном подключении к источнику 12,0 В.

    Одним из следствий этого последнего примера является то, что сопротивление в проводах снижает ток и мощность, подаваемую на резистор.Если сопротивление провода относительно велико, как в изношенном (или очень длинном) удлинителе, то эти потери могут быть значительными. Если потребляется большой ток, падение IR в проводах также может быть значительным.

    Например, когда вы роетесь в холодильнике и включается мотор, свет холодильника на мгновение гаснет. Точно так же вы можете увидеть тусклый свет в салоне, когда вы запускаете двигатель вашего автомобиля (хотя это может быть связано с сопротивлением внутри самой батареи).

    Что происходит в этих сильноточных ситуациях, показано на рисунке 6. Устройство, обозначенное как R 3 , имеет очень низкое сопротивление, поэтому при его включении протекает большой ток. Этот повышенный ток вызывает большее падение IR в проводах, представленных R 1 , снижая напряжение на лампочке (которое составляет R 2 ), которое затем заметно тускнеет.

    Рис. 6. Почему гаснет свет при включении большого прибора? Ответ заключается в том, что большой ток, потребляемый двигателем прибора, вызывает значительное падение напряжения в проводах и снижает напряжение на свету.

    Проверьте свое понимание

    Можно ли любую произвольную комбинацию резисторов разбить на последовательную и параллельную? Посмотрите, сможете ли вы нарисовать принципиальную схему резисторов, которые нельзя разбить на комбинации последовательно и параллельно.

    Решение Нет, есть много способов подключения резисторов, которые не являются комбинациями последовательного и параллельного, включая петли и переходы. В таких случаях правила Кирхгофа, которые будут включены в Правила Кирхгофа, позволят вам проанализировать схему.

    Стратегии решения проблем для последовательных и параллельных резисторов
    1. Нарисуйте четкую принципиальную схему, пометив все резисторы и источники напряжения. Этот шаг включает список известных проблем, поскольку они отмечены на вашей принципиальной схеме.
    2. Точно определите, что необходимо определить в проблеме (определите неизвестные). Письменный список полезен.
    3. Определите, включены ли резисторы последовательно, параллельно или в комбинации последовательно и параллельно.Изучите принципиальную схему, чтобы сделать эту оценку. Резисторы включены последовательно, если через них должен последовательно проходить один и тот же ток.
    4. Используйте соответствующий список основных функций для последовательных или параллельных соединений, чтобы найти неизвестные. Есть один список для серий, а другой — для параллелей. Если ваша проблема представляет собой комбинацию последовательного и параллельного соединения, уменьшайте ее поэтапно, рассматривая отдельные группы последовательных или параллельных соединений, как это сделано в этом модуле и примерах. Особое примечание: при нахождении R необходимо соблюдать осторожность.
    5. Проверьте, являются ли ответы разумными и последовательными. Единицы и числовые результаты должны быть разумными. Общее последовательное сопротивление должно быть больше, а общее параллельное сопротивление, например, должно быть меньше. Мощность должна быть больше для одних и тех же устройств, подключенных параллельно, по сравнению с последовательными и так далее.

    Сводка раздела

    Концептуальные вопросы

    1. Переключатель имеет переменное сопротивление, которое почти равно нулю в замкнутом состоянии и очень велико в разомкнутом состоянии, и он включен последовательно с устройством, которым он управляет.Объясните влияние переключателя на рис. 7 на ток в разомкнутом и замкнутом состоянии.

    Рис. 7. Переключатель обычно включается последовательно с источником сопротивления и напряжения. В идеале переключатель имеет почти нулевое сопротивление в замкнутом состоянии, но имеет чрезвычайно большое сопротивление в разомкнутом состоянии. (Обратите внимание, что на этой диаграмме скрипт E представляет напряжение (или электродвижущую силу) батареи.)

    2. Какое напряжение на разомкнутом переключателе на Рисунке 7?

    3. На разомкнутом переключателе есть напряжение, как на Рисунке 7.Почему же тогда мощность, рассеиваемая разомкнутым переключателем, мала?

    4. Почему мощность, рассеиваемая замкнутым переключателем, как на Рисунке 7, мала?

    5. Студент в физической лаборатории по ошибке подключил электрическую лампочку, батарею и выключатель, как показано на рисунке 8. Объясните, почему лампочка горит, когда выключатель разомкнут, и гаснет, когда он замкнут. (Не пытайтесь — батарея сильно разряжается!)

    Рис. 8. Ошибка подключения. Включите этот переключатель параллельно устройству, обозначенному [латекс] R [/ латекс].(Обратите внимание, что на этой диаграмме скрипт E представляет напряжение (или электродвижущую силу) батареи.)

    6. Зная, что сила электрического шока зависит от величины тока, протекающего через ваше тело, вы бы предпочли, чтобы он был включен последовательно или параллельно с сопротивлением, таким как нагревательный элемент тостера, если он шокирован им? Объяснять.

    7. Были бы ваши фары тусклыми при запуске двигателя автомобиля, если бы провода в вашем автомобиле были сверхпроводниками? (Не пренебрегайте внутренним сопротивлением батареи.) Объяснять.

    8. Некоторые гирлянды праздничных огней соединены последовательно для экономии затрат на проводку. В старой версии использовались лампочки, которые при перегорании прерывали электрическое соединение, как открытый выключатель. Если одна такая лампочка перегорит, что случится с остальными? Если такая цепочка работает от 120 В и имеет 40 одинаковых лампочек, каково нормальное рабочее напряжение каждой? В более новых версиях используются лампы, которые при перегорании замыкаются накоротко, как замкнутый выключатель. Если одна такая лампочка перегорит, что случится с остальными? Если такая цепочка работает от 120 В и в ней осталось 39 идентичных лампочек, каково тогда рабочее напряжение каждой?

    9.Если две бытовые лампочки мощностью 60 и 100 Вт подключить последовательно к бытовой электросети, какая из них будет ярче? Объяснять.

    10. Предположим, вы проводите физическую лабораторию, в которой вас просят вставить резистор в цепь, но все прилагаемые резисторы имеют большее сопротивление, чем запрошенное значение. Как бы вы соединили доступные сопротивления, чтобы попытаться получить меньшее запрошенное значение?

    11. Перед Второй мировой войной некоторые радиостанции получали питание через «шнур сопротивления», который имел значительное сопротивление.Такой резистивный шнур снижает напряжение до желаемого уровня для ламп радиоприемника и т.п., и это экономит расходы на трансформатор. Объясните, почему шнуры сопротивления нагреваются и тратят энергию при включенном радио.

    12. У некоторых лампочек есть три уровня мощности (не включая ноль), получаемые от нескольких нитей накала, которые индивидуально переключаются и соединяются параллельно. Какое минимальное количество нитей необходимо для трех режимов мощности?

    Задачи и упражнения

    Примечание. Можно считать, что данные, взятые из цифр, имеют точность до трех значащих цифр.

    1. (а) Каково сопротивление десяти последовательно соединенных резисторов сопротивлением 275 Ом? (б) Параллельно?

    2. (a) Каково сопротивление последовательно соединенных резисторов 1,00 × 10 2 Ом, 2,50 кОм и 4,00 кОм? (б) Параллельно?

    3. Какое наибольшее и наименьшее сопротивление можно получить, соединив резисторы на 36,0 Ом, 50,0 Ом и 700 Ом?

    4. Тостер на 1800 Вт, электрическая сковорода на 1400 Вт и лампа на 75 Вт подключены к одной розетке в цепи 15 А, 120 В.(Три устройства работают параллельно, если они подключены к одной розетке.) а) Какой ток потребляет каждое устройство? (b) Перегорит ли эта комбинация предохранитель на 15 А?

    5. Фара мощностью 30,0 Вт и стартер мощностью 2,40 кВт обычно подключаются параллельно в систему на 12,0 В. Какую мощность потребляли бы одна фара и стартер при последовательном подключении к батарее 12,0 В? (Не обращайте внимания на любое другое сопротивление в цепи и любое изменение сопротивления в двух устройствах.)

    6.(a) Для батареи 48,0 В и резисторов 24,0 Ом и 96,0 Ом найдите для каждого из них ток и мощность при последовательном соединении. (b) Повторите, когда сопротивления включены параллельно.

    7. Ссылаясь на пример комбинирования последовательных и параллельных цепей и рисунок 5, вычислите I 3 двумя следующими способами: (a) по известным значениям I и I 2 ; (б) используя закон Ома для R 3 . В обеих частях явно показано, как вы следуете шагам, описанным выше в стратегии решения проблем для последовательных и параллельных резисторов .

    Рис. 5. Эти три резистора подключены к источнику напряжения, так что R 2 и R 3 параллельны друг другу, и эта комбинация последовательно с R 1 .

    8. Ссылаясь на рисунок 5: (a) Вычислите P 3 и обратите внимание на его сравнение с P 3 , найденным в первых двух примерах задач в этом модуле. (b) Найдите полную мощность, отдаваемую источником, и сравните ее с суммой мощностей, рассеиваемых резисторами.

    9. См. Рисунок 6 и обсуждение затемнения света при включении тяжелого прибора. (a) Учитывая, что источник напряжения составляет 120 В, сопротивление провода составляет 0,400 Ом, а номинальная мощность лампы составляет 75,0 Вт, какая мощность будет рассеиваться лампой, если при включении двигателя через провода пройдет в общей сложности 15,0 А? Предположите незначительное изменение сопротивления лампы. б) Какая мощность потребляет двигатель?

    Рис. 6. Почему гаснет свет при включении большого прибора? Ответ заключается в том, что большой ток, потребляемый двигателем прибора, вызывает значительное падение напряжения в проводах и снижает напряжение на свету.

    10. Линия электропередачи на 240 кВ, имеющая 5,00 × 10 2 , подвешена к заземленным металлическим опорам с помощью керамических изоляторов, каждый из которых имеет сопротивление 1,00 × 10 9 Ом (рис. 9 (а)). Какое сопротивление на землю у 100 изоляторов? (b) Рассчитайте мощность, рассеиваемую 100 из них. (c) Какая доля мощности, переносимой линией, составляет это? Ясно покажите, как вы следуете шагам, описанным выше в стратегии решения проблем для последовательных и параллельных резисторов .

    Рис. 9. Высоковольтная (240 кВ) линия электропередачи 5,00 × 10 2 подвешена к заземленной металлической опоре электропередачи. Ряд керамических изоляторов обеспечивает сопротивление 1,00 × 10 9 Ом каждый.

    11. Покажите, что если два резистора R 1 и R 2 объединены и один намного больше другого ( R 1 >> R 2 ): (a ) Их последовательное сопротивление почти равно большему сопротивлению R 1 .(b) Их параллельное сопротивление почти равно меньшему сопротивлению R 2 .

    12. Необоснованные результаты Два резистора, один с сопротивлением 145 Ом, подключены параллельно, чтобы получить общее сопротивление 150 Ом. а) Каково значение второго сопротивления? б) Что неразумного в этом результате? (c) Какие предположения необоснованны или непоследовательны?

    13. Необоснованные результаты Два резистора, один из которых имеет сопротивление 900 кОм, соединены последовательно, чтобы получить общее сопротивление 0.500 МОм. а) Каково значение второго сопротивления? б) Что неразумного в этом результате? (c) Какие предположения необоснованны или непоследовательны?

    Глоссарий

    серия:
    последовательность резисторов или других компонентов, включенных в цепь один за другим
    резистор:
    компонент, обеспечивающий сопротивление току, протекающему через электрическую цепь
    сопротивление:
    , вызывая потерю электроэнергии в цепи
    Закон Ома:
    соотношение между током, напряжением и сопротивлением в электрической цепи: В = IR
    напряжение:
    электрическая потенциальная энергия на единицу заряда; электрическое давление, создаваемое источником питания, например аккумулятором
    падение напряжения:
    потеря электроэнергии при прохождении тока через резистор, провод или другой компонент
    текущий:
    поток заряда через электрическую цепь через заданную точку измерения
    Закон Джоуля:
    соотношение между потенциальной электрической мощностью, напряжением и сопротивлением в электрической цепи, определяемое следующим образом: [latex] {P} _ {e} = \ text {IV} [/ latex]
    параллельно:
    разводку резисторов или других компонентов в электрической цепи, так что каждый компонент получает одинаковое напряжение от источника питания; часто изображается на диаграмме в виде лестницы, где каждый компонент находится на ступеньке лестницы

    Избранные решения проблем и упражнения

    1.(а) 2,75 кОм (б) 27,5 Ом

    3. (а) 786 Ом (б) 20,3 Ом

    5. 29,6 Вт

    7. (а) 0,74 А (б) 0,742 А

    9. (а) 60,8 Вт (б) 3,18 кВт

    11. (a) [латекс] \ begin {array} {} {R} _ {\ text {s}} = {R} _ {1} + {R} _ {2} \\ \ Rightarrow {R} _ {\ text {s}} \ приблизительно {R} _ {1} \ left ({R} _ {1} \ text {>>} {R} _ {2} \ right) \ end {array} \\ [/ латекс]

    (b) [латекс] \ frac {1} {{R} _ {p}} = \ frac {1} {{R} _ {1}} + \ frac {1} {{R} _ {2} } = \ frac {{R} _ {1} + {R} _ {2}} {{R} _ {1} {R} _ {2}} \\ [/ latex],

    , так что

    [латекс] \ begin {array} {} {R} _ {p} = \ frac {{R} _ {1} {R} _ {2}} {{R} _ {1} + {R} _ {2}} \ приблизительно \ frac {{R} _ {1} {R} _ {2}} {{R} _ {1}} = {R} _ {2} \ left ({R} _ {1 } \ text {>>} {R} _ {2} \ right) \ text {.} \ end {array} \\ [/ latex]

    13. (a) –400 кОм (b) Сопротивление не может быть отрицательным. (c) Считается, что последовательное сопротивление меньше, чем у одного из резисторов, но должно быть больше, чем у любого из резисторов.

    Токоограничивающий резистор — Build Electronic Circuits

    Токоограничивающий резистор — это резистор, который используется для уменьшения тока в цепи.

    Простой пример — резистор, включенный последовательно со светодиодом.

    Обычно вам нужно установить токоограничивающий резистор последовательно со светодиодом, чтобы вы могли контролировать количество тока, протекающего через светодиод.

    Если через светодиод проходит слишком большой ток, он перегорает слишком быстро. Если через него проходит слишком малый ток, этого может быть недостаточно для включения светодиода.

    Расчет необходимого номинала резистора

    Проверьте техническое описание вашего компонента, чтобы найти падение напряжения и соответствующий ток для вашего светодиода.

    Если вы не можете найти таблицу, попробуйте ее.

    Подключите последовательно светодиод и резистор к источнику переменного напряжения.Начните с 0 вольт и постепенно увеличивайте напряжение, пока не загорится светодиод.

    Измерьте напряжение на светодиоде и ток, проходящий через него.

    Допустим, светодиоду требуется 15 мА, а падение напряжения составляет 2 вольта. У вас есть источник питания 5 В, которым вы хотели бы его запитать. Какой номинал резистора вам нужен?

    Чтобы найти номинал резистора, мы начинаем с определения падения напряжения на резисторе. Так как на светодиоде падение напряжения составляет 2 В, на резисторе будет падение напряжения на 3 В.

    Хорошо, у нас есть 3 В, и мы хотим, чтобы через резистор и светодиод проходил ток 15 мА.

    Чтобы найти необходимое сопротивление резистора, воспользуемся законом Ома.

    это дает нам

    Итак, необходимое значение резистора ограничения тока составляет 200 Ом.

    Выбор подходящего резистора

    Итак, вы знаете, что вам нужен резистор на 200 Ом.

    Но если вы посмотрите на компоненты, вы обнаружите, что существует несколько различных типов резисторов.

    Что ж, единственное, о чем вам нужно знать, — это номинальная мощность компонента.Какой эффект может выдержать резистор?

    Итак, вам нужно выяснить, какой эффект будет рассеиваться на вашем резисторе.

    Чтобы найти это, воспользуйтесь следующей формулой для расчета мощности

    В нем указано, что мощность равна току, умноженному на напряжение. Получаем

    Это означает, что ваш резистор должен выдерживать не менее 45 мВт.

    Обычно большинство резисторов рассчитаны на мощность от 250 мВт и выше, поэтому будет легко найти подходящий резистор.

    Возврат от токоограничивающего резистора к электронной схеме

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *