Как рассчитать падение напряжения на резисторах?
Познавательное
Автор Савельев Николай На чтение 3 мин Просмотров 28.7к. Опубликовано 15.12.2020 Обновлено 16.12.2020
Простая электрическая цепь состоит из источника питания, проводников и сопротивлений. На практике же электроцепи редко бывают простыми и включают в себя несколько различных ответвлений и повторных соединений.
В больших масштабах в роли сопротивлений может выступать бытовая техника, осветительные приборы и другие потребители. Давайте разберемся, что происходит с током и напряжением на каждом таком потребителе или резисторе с точки зрения электротехники.
Основы электротехники
Закон Ома гласит, что напряжение равно силе тока умноженной на сопротивление. Это может относиться к цепи в целом, участку цепи или к конкретному резистору. Самая распространенная форма этого закона записывается:
Параллельная цепь
В этом случае проводник разветвляется на два или более других проводника, на каждом из которых имеется своё сопротивление. В этом случае полное сопротивление определяется как:
1/Rо = 1/R1 + 1/R2 + … + 1/R N (параллельная цепь)
Если взглянуть на эту формулу, можно сделать вывод, что добавляя сопротивления одинаковой величины, вы уменьшаете сопротивление цепи в целом. Согласно закону Ома это фактически увеличивает ток!
Если это кажется нелогичным, представьте себе поток автомобилей, которые выезжают с парковки через один шлагбаум и тот же самый поток который выезжает со стоянки, которая имеет несколько выездов. Несколько выездов явно увеличит поток покидающих стоянку машин.
Падение напряжения в последовательной цепи
Если вы хотите найти падение напряжения на отдельных резисторах в цепи, выполните следующие действия:
- Рассчитайте общее сопротивление, сложив отдельные значения R.
- Рассчитайте ток в цепи, который одинаков для каждого резистора, поскольку в цепи только один проводник.
- Рассчитайте падение напряжения на каждом резисторе, используя закон Ома.
Пример: источник питания 24 В и три резистора подключены последовательно, где R1 = 4 Ом, R2 = 2 Ом и R3 = 6 Ом. Чему равно падение напряжения на каждом резисторе?
- Сначала рассчитаем общее сопротивление: 4 + 2 + 6 = 12 Ом.
- Далее рассчитываем ток: 24 В / 12 Ом = 2 А
- Теперь используем ток, чтобы вычислить падение напряжения на каждом резисторе. Используя Закон Ома (U = IR) для каждого резистора, получим значения R1, R2 и R3 равными 8 В, 4 В и 12 В соответственно.
Падение напряжения в параллельной цепи
Пример: источник питания 24 В и три резистора подключены параллельно, где R1 = 4 Ом, R2 = 2 Ом и R3 = 6 Ом, как и в предыдущей схеме. Чему будет равно падение напряжения на каждом резисторе?
В этом случае все проще: независимо от значения сопротивления падение напряжения на каждом резисторе одинаково. Это означает, что падение напряжения на каждом из них — это просто общее напряжение цепи, деленное на количество резисторов в цепи, или 24 В / 3 = 8 В.
Применяя эти несложные правила вы сможете рассчитать падение напряжения даже в сложной цепи, достаточно лишь разделить её на простые участки.
Савельев Николай
Инженер по телевизионному оборудованию Электрика и электроника, это не только моё хобби, но и работа
Что такое падение напряжения?
Под термином падение напряжения понимают снижение напряжения вдоль проводника, которое обусловлено наличием сопротивления проводника. Другое определение величины падения напряжения связано с характеристикой электростатического поля, называемой электростатическим потенциалом φ.
Что означает падение напряжения
Сила воздействия поля на заряды добавляет им порцию энергии, то есть производится работа. Частное от деления работы А, произведённой полем по перемещению заряженной частицы из начальной точки в конечную, к количеству заряда q и есть электрическое напряжение U между данными точками:
Из формулы следует, что электрическое напряжение — это работа по передвижению заряда размером в 1 кулон из начальной точки в конечную. Воспользовавшись предыдущей формулой, можно получить формулу для вычисления произведённой работы:
Потенциал
Силовой характеристикой поля Е является его напряжённость. Понятие потенциала было введено для количественной характеристики энергетических способностей поля. Потенциал поля — это потенциальная энергия Wp заряда, делённая на его величину:
Тогда напряжение U равно:
Таким образом, напряжение — это разность потенциалов.
От уменьшения потенциала к падению напряжения
По мере протекания тока по цепи происходит изменение электрического потенциала в меньшую сторону и, как следствие, уменьшение напряжения, которое определяется термином «падение напряжения» (от англ. voltage drop). Для того чтобы падение напряжения на потребителях электроэнергии (элементах схем, бытовых приборах, электродвигателях и т.д.) было в пределах, обеспечивающих нормальную работу, необходимо минимизировать потери напряжения на сопротивлении источника, соединительных проводов, контактов и разъёмов, на которых бесполезно рассеивается энергия заряженных частиц.
Как рассчитать
Оценки и точные расчёты величины падения напряжения основаны на фундаментальном физическом законе Ома, названным в честь немецкого исследователя Георга Ома, открывшего этот закон в 1826 г.
- I — ток в цепи (измеряется в амперах, А);
- U — падение напряжения (измеряется в вольтах, В);
- R — сопротивление, единицей измерения которого является Ом, названная также в честь немецкого первооткрывателя.
Таким образом, значение силы тока I в электрической цепи находится в прямой пропорциональной зависимости от величины U и в обратной пропорциональной зависимости от величины сопротивления R. Формула является базовой для расчёта падения напряжения, при этом в зависимости от имеющихся справочных или измерительных данных могут быть два варианта вычислений.
Через силу тока и сопротивление
Воспользовавшись формулой выше, можно получить следующее выражение:
То есть, зная величину протекающего тока, которая может быть измерена прибором (амперметром), и величину сопротивления, получаем искомое значение U с помощью умножения величины тока I на значение сопротивления R. Если значение R заранее неизвестно, то основная формула, применяемая для вычисления R, выглядит следующим образом:
- L — длина проводника, м;
- S — площадь поперечного сечения, м 2 ;
- ρ — удельное сопротивление.
Длина и площадь легко измеряются доступными средствами. Величины удельных сопротивлений всех электротехнических материалов давно измерены, сведены в таблицы и находятся в открытом доступе. Величина ρ равна сопротивлению проводника длиной 1 м, имеющего площадь поперечного сечения 1 м 2 .
Через мощность и силу тока
Второй вариант вычисления основан на формуле, связывающей мощность P электрической энергии, выделяемой на нагрузке, с током I и падением напряжения U:
Формула является следствием закона Джоуля-Ленца, открытого почти одновременно двумя физиками (английским и русским) в 1841 г.
- I — ток, А;
- R — сопротивление, Ом;
- t — время измерения, с;
- Q — количество тепла, Дж.
Мощность P, по определению — это энергия, в данном случае Q, выделяемая в единицу времени. То есть, поделив обе части уравнения на время t, получим выражение для мощности P:
Воспользовавшись формулой, получаем выражение для P:
Следовательно, зная ток, протекающий через нагрузку и потребляемую ей мощность, можем рассчитать падение напряжения:
Формула верна для случая цепей постоянного тока. Для расчётов цепей переменного напряжения и тока справедлива следующая формула:
В данном случае буквой φ обозначается коэффициент мощности, значение которого определяется свойствами нагрузки. Для электроприборов, имеющих исключительно активную нагрузку (нагревательные элементы, лампы накаливания), коэффициент cos φ практически равен единице. Для учёта возможной реактивной составляющей при работе таких устройств хорошим приближением считается значение cos φ равное 0,95. Для электрооборудования с существенным присутствием реактивной компоненты (трансформаторы, электродвигатели, конденсаторы) cos φ принимается равным 0,8.
К чему приводит потеря напряжения
В силу различных причин, входное напряжение, подающееся для энергоёмких потребителей (здания, промышленные объекты), может быть ниже установленных нормативов. Например, падение по длине кабеля обусловлено протеканием больших токов, вызывающих рост сопротивления. Потери возрастают на протяжённых линиях электропередач. При отклонении входных напряжений ниже установленных нормативов возможны следующие негативные последствия:
- Возможны сбои в работе промышленных установок и осветительного оборудования.
- При низких значениях входного напряжения возникает большая вероятность выхода из строя электроприборов.
- Падает вращающий момент, необходимый для запуска компрессорной техники и электродвигателей.
- Возникает нежелательный дисбаланс в токовой нагрузке в начале линии и на её конце.
- Осветительное оборудование начинает функционировать «вполнакала», что не допускается нормами СанПиНа и требованиями техники безопасности.
- Деформируются выходные характеристики и режимы эксплуатации электрических приборов. Типичным примером является возрастание времени, требуемого для нагрева воды бойлером.
- Резко повышается вероятность спонтанных сбоев в работе электроники.
От чего зависит
Потери электроэнергии, связанные с её транспортировкой по проводам, неизбежны в силу вышеизложенных физических причин. Основная причина связана с падением напряжения на сопротивлении проводов. Из закона Ома следует, что чем выше сопротивление провода, тем больше на нём падение напряжения (потери). Для низковольтных сетей с параметрами 220-380 В потери минимизируются с помощью выбора кабеля, имеющего оптимальную площадь сечения.
Из формулы следует, что сопротивление падает при увеличении площади сечения и, наоборот, растёт при увеличении длины провода. Очевидно также, что чем меньше удельное сопротивление металла, из которого изготовлен провод, тем меньше R. Всегда предпочтительнее выбор провода с медной жилой по сравнению с алюминиевой, т.к. ρмеди = 0,0175 Ом*мм 2 /м, в то время как ρалюминия = 0,028 Ом*мм 2 /м. Следует учитывать, что вариант использования медного провода дороже алюминиевого. Подводя итог этого раздела, можно сказать, что для уменьшения потерь электроэнергии следует:
- Оптимизировать длину прокладываемых проводов — убрать «всё лишнее».
- По возможности использовать провода с медной жилой.
- Рассчитать оптимальное сечение используемого провода при максимально допустимой нагрузке.
Допустимые значения
Основным документом, устанавливающим рамки допустимых отклонений, является ГОСТ 29322-2014 «Межгосударственный стандарт. Напряжения стандартные». ГОСТ устанавливает понятия краткосрочного и длительного допустимого отклонения.
В соответствии с данным документом краткосрочно допустимы отклонения на 10% как в большую, так и в меньшую сторону. Например, для типичного напряжения 220 В значения в диапазоне 207-253 В на короткое время считаются допустимыми. Длительное допустимое отклонение должно быть не более 5%. Для 220 В диапазон сужается до 218-242 В.
При выходе напряжения из допустимых границ следует действовать следующим образом:
- Обратиться с заявлением в энергосбытовую или управляющую компанию.
- Присутствовать при проведении контрольных замеров, подтверждающих факт недопустимых отклонений.
- Зафиксировать проведённые замеры и причину недопустимых отклонений.
- При длительном бюрократическом пути решения данной проблемы самостоятельно задача решается путем установки за свой счёт необходимого количества источников бесперебойного питания.
Как понизить напряжение с помощью резистора
При использовании серийных источников питания в виде аккумуляторов или батарей часто возникает необходимость в понижении этого напряжения до значения, которое обеспечивает нормальную работоспособность схемы или устройства. Проще всего такие задачи решаются с помощью резисторов, выполняющих роль делителя напряжения. Типичная схема такого делителя приведена на Рис.3.
Рис.3. Принципиальная схема делителя напряжения (GND – «земля»)
Напряжение от источника U0 = +5 В подаётся на два последовательно подключённых резистора R1 и R2. При последовательном соединении через оба резистора протекает одинаковый ток I, следовательно, согласно закону Ома, падение напряжение на каждом резисторе будет составлять:
Формулы отражают суть делителя напряжения, а на Рис.3 показаны три варианта такого делителя.
Заключение
Падение напряжения, связанное с потерями электрической энергии, присутствует во всех электрических цепях и сетях. Минимизации этих потерь можно добиться правильным выбором проводов (материал жилы, длина и сечение), по которым идет трансфер электроэнергии. Допустимые отклонения напряжения регулируются нормативными документами.
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.
- В случаях нахождения проводников или диэлектриков под воздействием высокого напряжения.
- В случаях быстро изменяющихся электромагнитных полей при прохождении токов высокой частоты. В этом случае требуется учитывать также инерцию переносящих заряд частиц.
- В условиях возникновении свойств сверхпроводимости, если цепи работают при экстремально низких температурах.
- При нагреве проводника протекающим по нему током.
- Для светодиодов. Зависимость между током и падением напряжения в этом случае нелинейная.
- Для процессов в устройствах на основе полупроводников.
Читайте также: Маркировка SMD резисторов — таблица обозначений
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…Rn – 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 … Rn – 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: Разбираемся как проверить тиристор 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:
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;
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.