Как определить напряжение на резисторе

Как рассчитать напряжение на сопротивлении

Соавтор(ы): Mantas Silvanavicius. Мантас Сильванавичюс — лицензированный электрик, владелец службы M+S Electric в Лас-Вегасе, Невада. Имеет более 20 лет опыта, специализируется на установке домашнего электрооборудования, тестировании и электропроводке. Вместе со своей командой выполнял проекты для таких компаний, как Seiko и Springhill Suites сети Marriott. M+S Electric имеет все необходимые лицензии, гарантии и страховки.

Количество просмотров этой статьи: 178 040.

В этой статье:

Если вам необходимо найти напряжение на сопротивлении (резисторе), первым делом необходимо определить тип электрической цепи. Для лучшего понимания основных терминов, используемых в физике и электротехнике, начните с первого раздела. Если же вы знакомы с терминологией, пропустите его и перейдите к описанию типа электрической цепи.

Часть 1 из 3:

Электрические цепи

Рассмотрим понятие электрического тока. Воспользуемся аналогией: представьте, что вы поместили несколько зерен кукурузы в воду, текущую по трубе. Поток эквивалентен электрическому току, а зерна служат аналогией электронов. [1] X Источник информации Serway, R.A. and John W. Jewett, Jr., Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics. 8th edition. California: Brooks/Cole. 2010. Ebook Говоря о потоке, мы описываем его количеством зерен, пересекших поперечное сечение трубы за одну секунду. При рассмотрении электрического тока мы измеряем его в амперах, соответствующих определенному (очень большому) количеству электронов, пересекающих сечение провода за одну секунду.

Рассмотрим понятие электрического заряда. Каждый электрон имеет «отрицательный» электрический заряд. Это означает, что электроны притягиваются, или движутся по направлению к положительному заряду и отталкиваются, или движутся от отрицательного заряда. Каждый электрон обладает отрицательным зарядом, поэтому они отталкиваются друг от друга, стремясь разойтись в стороны.

• Внутри батарейки происходят химические реакции, в результате которых образуются свободные электроны. Эти электроны движутся к отрицательному полюсу батарейки, удаляясь от ее положительного полюса (эти полюса соответствуют отрицательной и положительной клеммам батарейки). Чем дольше длится данный процесс, тем большее напряжение возникает между полюсами.
• Если вы соедините проволокой отрицательный и положительный полюса, у скопившихся электронов появится возможность покинуть отрицательный полюс. Они начнут перетекать к положительному полюсу, создавая электрический ток. Чем выше напряжение, тем больше электронов переместится к положительному полюсу за единицу времени.

• Сопротивлением, или резистором называется что-либо, увеличивающее сопротивление электрической цепи. «Резистор» можно приобрести в магазине электротоваров, но в цепи его роль может выполнять и любой другой объект, обладающий сопротивлением, например, лампа накаливания.

• Ток равен напряжению, поделенному на сопротивление
• Это записывается следующим образом: I = V / _R
• Подумайте о том, что происходит, если вы увеличиваете V (напряжение) или R (сопротивление). Соответствует ли это приведенным выше объяснениям?

Как расчитать ток и напряжение после резистора?

Известны сопротивление и мощность резистора. Известно напряжение и ток в цепи ДО резистора.
По какой формуле можно рассчитать напряжение и ток в цепи ПОСЛЕ резистора?

Лучший ответ

Резистор то включён параллельно с нагрузкой или таки последовательно с ней? А может резистор это и есть — нагрузка ?

АДМИНИСТРАТОР ЗЛАМудрец (12677) 12 лет назад
резистор включен последовательно нагрузке

Николай N Мыслитель (8215) Токи равны (Iдо=Iпосле) . А напряжение Uпосле=Uдо-IR . Можно найти мощность , рассеиваемую на резисторе Ррас=I*I*R , и сравнмить с мощносью резистора ( рассеиваемая должна быть меньше номинальной ).

Остальные ответы

Если в цепи только источник тока и сопротивление, значит всего один контур и ток во всей цепи одинаковый. Напряжение — величина относительная и её можно вычислить, как разность потенциалов двух узлов цепи, Потенциал до резистора равен потенциалу после плюс падение напряжения на резисторе. Для таких задачек верите законы Киргофа и закон Ома.

АДМИНИСТРАТОР ЗЛАМудрец (12677) 12 лет назад
так как это падение расчитать? форумула?=)
Для таких задачек верите законы Киргофа и закон Ома.
АДМИНИСТРАТОР ЗЛАМудрец (12677) 12 лет назад
а формула конкретно какая?
U после =Uдо-IR
АДМИНИСТРАТОР ЗЛАМудрец (12677) 12 лет назад

Питание 9 вольт, предположительно 50-100мА (угольно-цинковая крона) , резистор 22к.

По вашей формуле выходит что напряжение после резистора вычисляется, это 9вольт минус 0.075ампера, умножить на 22000ом , получается -1641 вольт! Вам не смешно?

ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ Просветленный (49437) 9/22000=400мкА откуда взялись ваши 50-100 мА? великий Ом отдыхает? смешнобл

применяй закон ома, все просто U=IR, I — сила тока, а R — сопротивление
АДМИНИСТРАТОР ЗЛАМудрец (12677) 12 лет назад

Питание 9 вольт, предположительно 50-100мА (угольно-цинковая крона) , резистор 22к.

По вашей формуле выходит что напряжение после резистора вычисляется, это 0.075ампера, умножить на 22000ом , поулчается 1650 вольт! Вам не смешно?

Uпосле = Uдо — Uизмеренное на концах сопротивления
I=const

Как рассчитать падение напряжения на резисторе

При помощи резисторов можно корректировать ток или напряжение, чтобы уберечь другие элементы от выхода из строя. Но следует понимать, как включение определенных элементов влияет на остальные, расположенные в том же контуре. Сделать это позволяют основные законы электротехники, на которых базируется работа с линейными цепями.

Так выглядят резисторы

Применение основных законов

Следует сказать, что такое явление как падение напряжения на резисторе, будет сложно понять без знания тех законов, по которым работают линейные цепи.

Закон Ома

Существует связь между сопротивлением, током и напряжением, которая описывается законом Ома.

Но на практике часто приходится работать с переменным током. Тогда следует заменить сопротивление R на электрический импеданс Z. Последний присутствует не только у резисторов, но и у катушек, и конденсаторов.

Законы Кирхгофа

Простые правила, описывающие узлы цепи, сформулированы немецким физиком еще в 19 веке. Он изучил разные контуры и сделал следующие выводы:

• Сумма токов втекающих в какой-либо узел равна сумме токов из него вытекающих. Эта часть по смыслу является законом сохранения заряда, если применить его к электрическим цепям.
• Действующая в цепи ЭДС соответствует сумме падений напряжения на всех ее элементах. Это правило применимо для замкнутых контуров.

Законы Кирхгофа

Расчет импеданса

Закон Ома справедлив для идеального резистора, у которого нет паразитных сопротивлений, а для реального элемента следует знать, как рассчитать импеданс. Полное сопротивление (импеданс) содержит емкостную и индуктивную составляющие. Первая способствует медленному накоплению заряда, но когда ток меняет направление, заряд рассеивается. Чем быстрее меняется направление тока, тем меньше емкостное сопротивление.

Индуктивное сопротивление связано с магнитным полем. Его наличие не дает току менять свое направление. Поэтому чем быстрее меняется направление тока, тем большим становится индуктивное сопротивление.

Для вычисления импеданса используется формула:

Формула импеданса

Зная импеданс, можно более точно определить падение напряжения на резисторе. Но обычно при выполнении вычислений находят только активное значение сопротивления, а паразитные составляющие условно считают ничтожно малыми.

Виды цепей в электротехнике

По способу подключения выделяют последовательное и параллельное соединение элементов. В зависимости от этого ток и напряжение по-разному распределяются в цепи. Поэтому расчет параметров для каждого из этих двух вариантов соединения элементов имеет свои особенности.

Последовательное подключение резисторов

Вариант, когда резисторы соединены только одним контактом друг с другом, а к другим концам подключен источник питания или прочие элементы, называют последовательным соединением. Величина протекающего через такую цепь тока будет уменьшаться после его прохождения через каждый резистор. Чем больше количество резисторов, тем меньше ток на участке цепи.

Пример последовательного соединения

В этом случае общее сопротивление рассчитывают как сумму сопротивлений всех элементов.

Вычисление общего сопротивления

Закон Ома может быть применен как к любому отдельному резистору, так и ко всем вместе. Поэтому можно вычислить падение напряжения на резисторе, не рассматривая остальные элементы в цепи.

Параллельное подключение резисторов

При параллельном соединении каждый элемент подключается к другому обоими своими выводами, между которыми прямая электрическая связь отсутствует. Следовательно, в цепи есть два электрических узла, к которым подключают несколько резисторов. При таком соединении электроток, пройдя через узел, разделяется, поэтому на каждый элемент попадает разное его значение. Это значение прямо пропорционально зависит от сопротивления.

Параллельное соединение

Чтобы посчитать общее сопротивление, понадобится такая формула:

Общее сопротивление при параллельном соединении

Более понятная формула получается путем сложения дробей. Она выглядит следующим образом:

Формула общего сопротивления

Отсюда видно, что даже при включении элементов одинакового номинала сопротивление в цепи уменьшается, что способствует увеличению тока.

Падение напряжения при последовательном соединении

При последовательном соединении можно рассчитать падение напряжения на каждом из резисторов. Требуется сначала определить сопротивление каждого элемента и протекающий по ним ток. Если известно напряжение источника, то общий ток для всех резисторов можно найти по формуле:

Определение силы тока

Используя это выражение и закон Ома, получим формулу для определения падения напряжения на резисторе:

Падение напряжения на резисторах

Отсюда видно, что разделение напряжения пропорционально сопротивлению каждого элемента. Если по номиналу они одинаковы, то полученное от источника напряжение будет поделено поровну. Когда сопротивления различаются, то большее падение будет наблюдаться на том участке, где импеданс выше.

Падение напряжение при параллельном соединении

Если элементы подключены параллельно, то падение напряжения для всех одинаково, а распределение тока зависит от номинала сопротивления. То есть, чтобы найти падение напряжения на каждом резисторе, надо напряжение источника питания разделить на количество резисторов в цепи.

Мощность резистора

Резистор совершает работу, которая выражается снижением силы тока. При этом выделяется тепло. Если совершаемая работа слишком велика и тепло выделяется очень быстро, то резистор может перегреться и сгореть. Поэтому следует рассчитывать мощность элемента. Она характеризирует максимальную величину силы тока, которую способен выдержать резистор без перегрева. При расчете мощности учитывается падение напряжения на элементе. Формула выглядит так:

Формула мощности

Как используются разные типы подключения резисторов

При помощи пары резисторов можно создать делитель напряжения или тока. Это позволит подключить схему, не предназначенную для работы с параметрами выдаваемыми источником, без негативных последствий для нее.

Делитель напряжения

Если в схеме с двумя резисторами к одному из элементов параллельно подключить нагрузку, то можно ограничить напряжение на ее контактах. Этот способ часто применяют для снижения напряжения, поскольку он прост и позволяет запитать цепь даже от не самого подходящего по номиналу источника. Главное, чтобы сопротивление нагрузки значительно превосходило сопротивление резисторов. Тогда оно не внесет изменений, не зависимо от того, как упадет напряжение на выбранных резисторах.

Делитель напряжения

Делитель тока

Чтобы снизить протекающий ток, также потребуются два резистора. А еще следует вспомнить законы Ома и Кирхгофа, чтобы понять, какой именно ток потечет по каждому из них.

Делитель тока

Как подобрать резисторы для делителя напряжений

Хотя расчет достаточно прост, но собрать схему и протестировать в эмуляторе иногда не помешает. Благо программ, которые можно установить на компьютер или планшет, в сети множество:

• EasyEDA — онлайн инструмент для работы с электрическими схемами. Он позволяет прямо в окне браузера нарисовать схему и проверить, как она заработает.
• KiCad — бесплатная программа, которая поможет в расчете схемы. Пользователь перетаскивает мышкой все элементы, после чего запускает симуляцию, чтобы проверить напряжения и токи на элементах. Также этот вариант подходит для создания печатных плат.
• Electrical Calculations — простое приложение для мобильных устройств, где можно узнать падение напряжения на резисторе или другие параметры цепи. Оно содержит необходимые формулы для этого. А также в приложении можно найти другие полезные при планировании схемы советы.

Эмуляторы позволят понять, как будет падать напряжение при включении нагрузки, при этом риска повредить саму схему, нет. Они просты для работы. Можно подобрать программу с понятным интерфейсом и хорошей библиотекой, чтобы была возможность включать в схемы не только резисторы, катушки и конденсаторы, но и усилители, транзисторы и прочие элементы.

Падение напряжения на резисторе: формула расчета

Компоненты электрической цепи

Автор Aluarius На чтение 9 мин. Просмотров 48.3k. Опубликовано 17.05.2020

Резистор — элемент в электрической цепи, служащий для снижения напряжения на выходе. Его название происходит от лат. «resisto» — «сопротивляюсь». Из этой статьи вы узнаете, как с помощью резисторов понижается напряжение, об их характеристиках, а также о том, как произвести расчёт резистора, гасящего ток для понижения напряжения.

Что такое падение напряжения на резисторе

Электрический ток, проходя по цепи, испытывает сопротивление, которое может изменяться под воздействием разнообразных условий внешней среды (экстремально низкие температуры или нагрев) и может зависеть от характеристик конкретного проводника. Например, чем тоньше проводник или длиннее – тем оно выше.

На значение его величины влияют следующие факторы:

• сила тока;
• длина проводящих частей;
• напряжение;
• материал проводниковых элементов;
• нагрев (температура);
• площадь поперечного сечения.

Резисторы можно разделить на постоянные, переменные и подстроечные. Главное их отличие друг от друга — возможность изменения показателя сопротивления. Чаще всего встречаются постоянные резисторы – данный показатель в них нельзя изменить, поэтому они и получили такое название. Переменные отличаются тем, что величину сопротивления в них можно настраивать. В подстроечном резисторе её также можно изменять, но отличие данной разновидности в том, что он не рассчитан на частое изменение параметра. Подстроечные резисторы выполняются в более компактном корпусе по сравнению с переменными.

Чтобы вычислить падение напряжения на резисторе, нужно помнить, что снижение нагрузки, приложенной ко всей цепи (то есть, напряжения, подключённого к контуру) может быть получено как для всего контура, так и для любого элемента цепи. Напряжение понижается за счёт сопротивления, которым обладают проводники.

Падение напряжения на резисторе зависит от силы проходящего тока и характеристик проводников. Температура и показатели тока также имеют значение. Например, напряжение, измеренное вольтметром на лампочке, подключённой к сети 220 В, будет немного ниже за счёт сопротивления, которым обладает лампочка.

Источники питания имеют разную величину напряжения. Это значение может превышать то, которое бывает необходимо на выходе. Чтобы нагрузка, которую требуется запитать, не сгорела, часто возникает необходимость в понижении вольтажа, в том числе с помощью резисторов.

Сравнительная таблица напряжений

Источник питания	Напряжение
NiCd аккумулятор	1,2 В
Литий-железо-фосфатный аккумулятор	3,3 В
Батарея типа «Крона»	9 В
Автомобильный аккумулятор	12 В
Аккумулятор для грузовых автомобилей	24 В

В этом случае резистор должен уменьшить протекающий по цепи ток. При этом ток не превращается в тепло, происходит именно его ограничение. То есть при включении резистора в цепь ток упадёт – в этом и состоит работа резистора, при совершении которой элемент нагревается.

В общем случае падения напряжения можно рассчитать, используя простую формулу, связывающее показатели между собой.

Но в ряде случаев, например, при параллельном подключении сопротивлений, посчитать необходимую величину уже сложнее. В этом случае по специальной формуле потребуется привести сопротивление параллельных веток к одному числу:

При необходимости также учитываются другие сопротивления, суммирующиеся с этим значением (например, сопротивление провода и источника питания).

Закон Ома для электрической цепи

В основе расчёта входного и выходного напряжения цепи лежит закон Ома, знакомый ещё со школы по курсу физики. Базовая формула расчёта напряжения на участке цепи выглядит так:

Определить напряжение в цепи переменного тока можно по следующей формуле:

в этой формуле Z означает сопротивление (Ом), которое было получено на протяжении всей цепи.

В ряде случаев показатели не могут быть рассчитаны по этим фармулам напрямую.

1. В случаях нахождения проводников или диэлектриков под воздействием высокого напряжения.
2. В случаях быстро изменяющихся электромагнитных полей при прохождении токов высокой частоты. В этом случае требуется учитывать также инерцию переносящих заряд частиц.
3. В условиях возникновении свойств сверхпроводимости, если цепи работают при экстремально низких температурах.
4. При нагреве проводника протекающим по нему током.
5. Для светодиодов. Зависимость между током и падением напряжения в этом случае нелинейная.
6. Для процессов в устройствах на основе полупроводников.

Читайте также: Обозначение мощности резисторов на схеме: буквенная маркировка

В зависимости от того, как элементы включены в цепь — последовательно или параллельно — общее сопротивление рассчитывают по-разному.

Расчёт при последовательном подключении

При последовательном соединении элементы идут друг за другом, и выход предыдущего соединяется с входом последующего. Общее сопротивление в этом случае можно посчитать по формуле:

R₁…R_n – сопротивления n-элементов (Ом).

Расчёт при параллельном подключении

При параллельном соединении оба элемента цепи включаются параллельно друг другу. Сопротивление в этом случае получают через дробь, формула для его расчёта выглядит так:

R₁ … R_n – сопротивления n-элементов (Ом).

Внимание! При разработке схем устройств обычно используются комбинированные соединения. Для расчёта сопротивления схема упрощается, и общее сопротивление сперва определяется для участков с параллельным соединением, а потом суммируется как для цепи с последовательными соединениями элементов.

Для упрощения и ускорения расчётов можно это сделать онлайн.

Единица измерения сопротивления резистора

В Международной системе единиц (СИ) сопротивление измеряется в омах – единице измерения, названной так в честь физика Георга Ома, который также открыл знаменитый закон для электрической цепи. Международное обозначение выглядит так: Ω. Физический смысл этой единицы заключается в следующем:

Сопротивление проводника равно 1 Ом при силе тока, равной 1 А, и напряжении на концах проводников, равном 1 В.

Оно может быть измерено с помощью прибора, называющегося омметр.

Для справки. В системе СГС сопротивление не имеет определённого названия, но в её расширениях используются статом (1 statΩ; рассчитываетсся как ток 1 статампер разделить на напряжение 1 статвольт) и абом (1 abΩ = 1*10 -9 Ом, наноом; его расчёт — ток 1 абампер разделить на напряжение величиной 1 абвольт). Размерность этой величины в СГСЭ и гауссовой системе равна TL −1 , в СГСМ — LT −1 . Обратная величина — электропроводность, её единица измерения — сименс (См), статсименс или абсименс для разных систем соотвественно.

Существует большое разнообразие резисторов с широкой линейкой стандартных величин сопротивления. Рассмотрим соотношение этих номиналов и различные приставки, использующиеся для их обозначения.

Приставка кило- (килоом):

1 КОм равен 1000 Ом

Приставка мега- (мегаом):

1 МОм соответствует 1000 КОм или 1 000 000 Ом

Часто показатели резисторов наносятся непосредственно на их корпус. Это очень удобно. Рассмотрим обозначение их номиналов более подробно.

Номинал резистора — это то же самое, что его сопротивление. Раньше резисторы были достаточно крупными, поэтому все значения прописывались целиком на их корпусах с использованием обычных букв. Помимо сопротивления на резисторе могли указать ещё и класс точности или мощность рассеивания.

Сопротивление – основная характеристика резистора. О том, что оно из себя представляет и как рассчитывается, было рассказано выше, поэтому сейчас подробнее остановимся на особенностях их обозначений.

Для простановки значения, не привышающего 1КОм после цифры, обозначающей величину сопротивления, ставится R (или величина указывается совсем без буквы). На резисторах, выпускавшихся давно, можно встретить слово Ом. Позже принятая маркировка изменилась, теперь она используется в формате:

целая величина — R — дробный остаток

300 = 300 Ом
200 R = 200 Ом

Современные обозначения выглядят так:

4R02 = 4,02 Ом
2R2 = 2,2 Ом

Если значение меньше 1 ома, то ноль в начале обозначения опускают:

Если сопротивление больше тысячи ом, то применяются специальные приставки (мега-, кило-) для упрощения написания. Очень большие значения этой величины почти не встречаются, поэтому необходимость в префиксах Тера- и Гига- возникает крайне редко. Примеры обозначений:

Читайте также: Как правильно проверить сопротивление мультиметром

K200 = 200 Ом
2К0 = 2 КОм = 2000 Ом
M200 = 0,2 МОм = 200 KОм = 100 000 Ом
3М0 = 3 МОм = 3 000 КОм = 3 000 000 Ом

Дополнительно можно рассмотреть следующую характеристику — удельное сопротивление.

Бывает, что возникает необходимость также рассчитать удельное сопротивление. Оно измеряется величиной Ом*м.

Для однородного проводника вычисляемое удельное сопротивление находится так:

l — длина отрезка проводника (м),

S — площадь сечения проводникового элемента (м 2 )

Подробнее о буквенной маркировке резисторов читайте здесь.

Характеристика мощности резистора

Мощность электрического тока на участке цепи можно узнать через произведение силы тока для него и напряжения на данном участке. Формула имеет следующий вид:

P= I * U (произведение силы тока и напряжения), где

P — значение мощности (Вт).

Резистор совершает работу по снижению силы тока, при этом он выделяет тепло в окружающее пространство. Но если работа по ограничению тока очень велика и тепло вырабатывается слишком быстро, то он перегреется и может сгореть, так как не будет успевать его рассеивать. Следует учитывать этот момент, подбирая мощность резистора

Важно! Мощность резистора — это очень важный параметр, который обязательно нужно учитывать при разработке электрических схем устройств Мощность резистора характеризуется максимальной величиной силы тока, которую он может выдерживать без перегрева и не выходя из строя.

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:

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:

U_вх – напряжение на входе, В;

U_вых – 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;

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.