Alle elektroniske enheter inneholder motstander som hovedelement. Den brukes til å endre mengden strøm i en elektrisk krets. Artikkelen presenterer egenskapene til motstander og metoder for å beregne deres effekt.
Resistor Assignment
Motstander brukes til å regulere strømmen i elektriske kretser. Denne egenskapen er definert av Ohms lov:
I=U/R (1)
Fra formel (1) sees det tydelig at jo lavere motstand, jo sterkere øker strømmen, og omvendt, jo mindre verdi av R, jo større er strømmen. Det er denne egenskapen til elektrisk motstand som brukes i elektroteknikk. Basert på denne formelen lages strømdelere, som er mye brukt i elektriske enheter.
I denne kretsen er strømmen fra kilden delt i to, omvendt proporsjonal med motstandene til motstandene.
Foruten strømregulering, brukes motstander i spenningsdelere. I dette tilfellet brukes Ohms lov igjen, men i en litt annen form:
U=I∙R (2)
Fra formel (2) følger det at når motstanden øker, øker spenningen. Denne eiendommenbrukes til å bygge spenningsdelere.
Fra diagrammet og formelen (2) er det tydelig at spenningene over motstandene er fordelt proporsjon alt med motstandene.
Bilde av motstander på diagrammer
I henhold til standarden er motstander avbildet som et rektangel med dimensjoner på 10 x 4 mm og er merket med bokstaven R. Effekten til motstander er ofte angitt på diagrammet. Bildet av denne indikatoren utføres av skrå eller rette linjer. Hvis effekten er mer enn 2 watt, er betegnelsen laget i romertall. Dette gjøres vanligvis for trådviklede motstander. Noen stater, som USA, bruker andre konvensjoner. For å lette reparasjonen og analysen av kretsen, gis ofte kraften til motstander, hvis betegnelse utføres i samsvar med GOST 2.728-74.
Enhetsspesifikasjoner
Hovedkarakteristikken til motstanden er den nominelle motstanden Rn, som er indikert på diagrammet nær motstanden og på dens kabinett. Motstandsenheten er ohm, kiloohm og megaohm. Motstander er laget med motstand fra brøkdeler av en ohm til hundrevis av megaohm. Det er mange teknologier for produksjon av motstander, alle har både fordeler og ulemper. I prinsippet er det ingen teknologi som tillater absolutt presis produksjon av en motstand med en gitt motstandsverdi.
Den andre viktige egenskapen er motstandsavviket. Den måles i % av nominell R. Det er et standardområde for motstandsavvik: ±20, ±10, ±5, ±2, ±1 % og videre opp tilverdier ±0,001%.
Den neste viktige egenskapen er kraften til motstandene. Under drift varmes de opp fra strømmen som går gjennom dem. Hvis strømforbruket overskrider den tillatte verdien, vil enheten svikte.
Motstander endrer motstanden når de varmes opp, så for enheter som opererer i et bredt temperaturområde, introduseres en annen karakteristikk - motstandens temperaturkoeffisient. Den måles i ppm/°C, dvs. 10-6 Rn/°C (milliondel av Rn med 1°C).
Serietilkobling av motstander
Motstander kan kobles på tre forskjellige måter: serie, parallell og blandet. Ved seriekopling går strømmen gjennom alle motstandene etter tur.
Med en slik forbindelse er strømmen på ethvert punkt i kretsen den samme, den kan bestemmes av Ohms lov. Den totale motstanden til kretsen er i dette tilfellet lik summen av motstandene:
R=200+100+51+39=390 Ohm;
I=U/R=100/390=0, 256 A.
Nå kan du bestemme effekten når motstander er koblet i serie, den beregnes med formelen:
P=I2∙R=0, 2562∙390=25, 55 W.
Kraften til de gjenværende motstandene bestemmes på samme måte:
P1=I2∙R1=0, 256 2∙200=13, 11 tirsdag;
P2=I2∙R2=0, 256 2∙100=6,55W;
P3=I2∙R3=0, 256 2∙51=3, 34W;
P4=I2∙R4=0, 256 2∙39=2, 55 tir.
Hvis du legger til kraften til motstandene, får du hele P:
P=13, 11+6, 55+3, 34+2, 55=25, 55 tirs.
Parallellkobling av motstander
I en parallellkobling er alle begynnelsene av motstandene koblet til en node av kretsen, og endene til en annen. Med denne tilkoblingen forgrener og flyter strømmen gjennom hver enhet. Størrelsen på strømmen, i henhold til Ohms lov, er omvendt proporsjonal med motstandene, og spenningen over alle motstandene er den samme.
Før du finner strømmen, må du beregne den totale ledningsevnen til alle motstander ved å bruke den velkjente formelen:
1/R=1/R1+1/R2+1/R3 +1/R4=1/200+1/100+1/51+1/39=0, 005+0, 01+0, 0196+0, 0256=0, 06024 1/Ohm.
Motstand er det gjensidige av konduktivitet:
R=1/0, 06024=16,6 ohm.
Bruk Ohms lov, finn strømmen gjennom kilden:
I=U/R=100∙0, 06024=6, 024 A.
Når du kjenner strømmen gjennom kilden, finner du kraften til motstander koblet parallelt med formelen:
P=I2∙R=6, 0242∙16, 6=602, 3 ti.
I henhold til Ohms lov beregnes strømmen gjennom motstander:
I1=U/R1=100/200=0,5A;
I2=U/R2=100/100=1 A;
I3=U/R1=100/51=1, 96A;
I1=U/R1=100/39=2, 56 A.
En litt annen formel kan brukes for å beregne kraften til motstander i parallellkobling:
P1=U2/R1=100 2/200=50W;
P2=U2/R2=100 2/100=100W;
P3=U2/R3=100 2/51=195,9W;
P4=U2/R4=100 2/39=256, 4 tir.
Hvis du legger alt sammen, får du kraften til alle motstandene:
P=P1+ P2+ P3+ P 4=50+100+195, 9+256, 4=602, 3 tirsdag.
Blandet tilkobling
Skjemaer med blandet tilkobling av motstander inneholder seriell og parallell tilkobling samtidig. Denne kretsen er lett å konvertere ved å erstatte parallellkoblingen av motstander med serie. For å gjøre dette, bytt først ut motstandene R2 og R6 med deres totale R2, 6, ved å bruke formelen nedenfor:
R2, 6=R2∙R6/R 2+R6.
På samme måte erstattes to parallelle motstander R4, R5 med én R4, 5:
R4, 5=R4∙R5/R 4+R5.
Resultatet er en ny, enklere krets. Begge ordningene er vist nedenfor.
Kraften til motstander i en blandet koblingskrets bestemmes av formelen:
P=U∙I.
For å beregne denne formelen, finn først spenningen over hver motstand og mengden strøm gjennom den. Du kan bruke en annen metode for å bestemme kraften til motstandene. For detteformelen brukes:
P=U∙I=(I∙R)∙I=I2∙R.
Hvis bare spenningen over motstandene er kjent, brukes en annen formel:
P=U∙I=U∙(U/R)=U2/R.
Alle tre formlene brukes ofte i praksis.
Beregning av kretsparametere
Beregning av kretsparametere er å finne ukjente strømmer og spenninger for alle grener i seksjonene av den elektriske kretsen. Med disse dataene kan du beregne effekten til hver motstand som er inkludert i kretsen. Det er vist enkle beregningsmetoder ovenfor, men i praksis er situasjonen mer komplisert.
I virkelige kretser finner man ofte koblingen av motstander med en stjerne og et delta, noe som skaper betydelige vanskeligheter i beregningene. For å forenkle slike opplegg er det utviklet metoder for å konvertere en stjerne til en trekant, og omvendt. Denne metoden er illustrert i diagrammet nedenfor:
Den første kretsen har en stjerne koblet til nodene 0-1-3. Motstand R1 er koblet til node 1, R3 til node 3 og R5 til node 0. I det andre diagrammet er trekantmotstander koblet til nodene 1-3-0. Motstander R1-0 og R1-3 er koblet til node 1, R1-3 og R3-0 er koblet til node 3, og R3-0 og R1-0 er koblet til node 0. Disse to ordningene er helt likeverdige.
For å gå fra den første kretsen til den andre, beregnes motstandene til trekantmotstandene:
R1-0=R1+R5+R1∙R5/R3;
R1-3=R1+R3+R1∙R3/R5;
R3-0=R3+R5+R3∙R5/R1.
Ytterligere transformasjoner reduseres til beregning av parallell- og seriekoblede motstander. Når impedansen til kretsen er funnet, blir strømmen gjennom kilden funnet i henhold til Ohms lov. Ved å bruke denne loven er det ikke vanskelig å finne strømmene i alle grener.
Hvordan bestemme kraften til motstandene etter å ha funnet alle strømmene? For å gjøre dette, bruk den velkjente formelen: P=I2∙R, ved å bruke den for hver motstand, vil vi finne kraften deres.
Eksperimentell bestemmelse av egenskapene til kretselementer
For å eksperimentelt bestemme de ønskede egenskapene til elementer, er det nødvendig å sette sammen en gitt krets fra virkelige komponenter. Etter det, ved hjelp av elektriske måleinstrumenter, utføres alle nødvendige målinger. Denne metoden er arbeidskrevende og kostbar. Designere av elektriske og elektroniske enheter bruker simuleringsprogrammer til dette formålet. Ved hjelp av dem gjøres alle nødvendige beregninger, og oppførselen til kretselementene i forskjellige situasjoner modelleres. Først etter det blir en prototype av en teknisk enhet satt sammen. Et slikt vanlig program er National Instruments sitt kraftige Multisim 14.0-simuleringssystem.
Hvordan bestemmer jeg kraften til motstander ved å bruke dette programmet? Dette kan gjøres på to måter. Den første metoden er å måle strøm og spenning med et amperemeter og voltmeter. Ved å multiplisere måleresultatene oppnås den nødvendige effekten.
Fra denne kretsen bestemmer vi motstandseffekten R3:
P3=U∙I=1, 032∙0, 02=0, 02064 W=20,6mW.
Den andre metoden er direkte måling av effekt vedved hjelp av et wattmåler.
Fra dette diagrammet kan man se at kraften til motstanden R3 er P3=20,8 mW. Avviket på grunn av feilen i den første metoden er større. Kraften til andre elementer bestemmes på samme måte.
