Visu elektronisko ierīču galvenais elements ir rezistori. To izmanto, lai mainītu strāvas stiprumu elektriskā ķēdē. Rakstā ir izklāstītas rezistoru īpašības un to jaudas aprēķināšanas metodes.
Rezistoru piešķiršana
Rezistori tiek izmantoti, lai regulētu strāvu elektriskajās ķēdēs. Šo īpašību nosaka Oma likums:
I=U/R (1)
No formulas (1) ir skaidri redzams, ka jo mazāka pretestība, jo spēcīgāka palielinās strāva, un otrādi, jo mazāka ir R vērtība, jo lielāka ir strāva. Tieši šo elektriskās pretestības īpašību izmanto elektrotehnikā. Pamatojoties uz šo formulu, tiek izveidotas strāvas sadalītāja ķēdes, kuras plaši izmanto elektroierīcēs.
Šajā shēmā strāva no avota ir sadalīta divās daļās, kas ir apgriezti proporcionāla rezistoru pretestībām.
Papildus strāvas regulēšanai sprieguma dalītājos tiek izmantoti rezistori. Šajā gadījumā atkal tiek izmantots Oma likums, bet nedaudz citā formā:
U=I∙R (2)
No formulas (2) izriet, ka, pieaugot pretestībai, palielinās spriegums. Šis īpašumsizmanto, lai izveidotu sprieguma dalītāju ķēdes.
No diagrammas un formulas (2) ir skaidrs, ka spriegumi pāri rezistoriem tiek sadalīti proporcionāli pretestībām.
Rezistoru attēls diagrammās
Saskaņā ar standartu rezistori ir attēloti kā taisnstūris ar izmēriem 10 x 4 mm un tiek apzīmēti ar burtu R. Rezistoru jauda bieži ir norādīta diagrammā. Šī indikatora attēlu veic ar slīpām vai taisnām līnijām. Ja jauda ir lielāka par 2 vatiem, tad apzīmējumu veido romiešu cipari. To parasti dara stiepļu rezistoriem. Daži štati, piemēram, ASV, izmanto citas konvencijas. Lai atvieglotu ķēdes remontu un analīzi, bieži tiek norādīta rezistoru jauda, kuru apzīmējums tiek veikts saskaņā ar GOST 2.728-74.
Ierīces specifikācijas
Galvenais rezistora raksturlielums ir nominālā pretestība Rn, kas norādīta diagrammā pie rezistora un tā korpusā. Pretestības mērvienība ir omi, kiloomi un megaomi. Rezistori ir izgatavoti ar pretestību no omu daļām līdz simtiem megaomu. Rezistoru ražošanai ir daudz tehnoloģiju, tām visām ir gan priekšrocības, gan trūkumi. Principā nav tādas tehnoloģijas, kas ļautu absolūti precīzi izgatavot rezistoru ar noteiktu pretestības vērtību.
Otrs svarīgais raksturlielums ir pretestības novirze. To mēra % no nominālā R. Pastāv standarta pretestības novirzes diapazons: ±20, ±10, ±5, ±2, ±1% un tālāk līdz.vērtības ±0,001%.
Nākamais svarīgais raksturlielums ir rezistoru jauda. Darbības laikā tie uzsilst no strāvas, kas iet caur tiem. Ja jaudas izkliede pārsniedz pieļaujamo vērtību, ierīce neizdosies.
Rezistori sildot maina savu pretestību, tāpēc ierīcēm, kas darbojas plašā temperatūras diapazonā, tiek ieviests vēl viens raksturlielums - pretestības temperatūras koeficients. To mēra ppm/°C, t.i., 10-6 Rn/°C (miljonā daļa no Rn par 1°C).
Rezistoru sērijveida savienojums
Rezistorus var savienot trīs dažādos veidos: virknē, paralēli un jauktu. Savienojot virknē, strāva iet cauri visām pretestībām pēc kārtas.
Ar šādu savienojumu strāva jebkurā ķēdes punktā ir vienāda, to var noteikt pēc Oma likuma. Ķēdes kopējā pretestība šajā gadījumā ir vienāda ar pretestību summu:
R=200+100+51+39=390 omi;
I=U/R=100/390=0, 256 A.
Tagad varat noteikt jaudu, kad rezistori ir savienoti virknē, to aprēķina pēc formulas:
P=I2∙R=0, 2562∙390=25, 55 W.
Pārējo rezistoru jauda tiek noteikta tādā pašā veidā:
P1=I2∙R1=0, 256 2∙200=13, 11 otrdiena;
P2=I2∙R2=0, 256 2∙100=6,55 W;
P3=I2∙R3=0, 256 2∙51=3, 34W;
P4=I2∙R4=0, 256 2∙39=2, 55 Otr.
Ja pievienojat rezistoru jaudu, jūs iegūsit pilnu P:
P=13, 11+6, 55+3, 34+2, 55=25, 55 otrdiena.
Rezistoru paralēlais savienojums
Paralēlā savienojumā visi rezistoru sākumi ir savienoti ar vienu ķēdes mezglu, bet gali - ar citu. Ar šo savienojumu strāva atzarojas un plūst cauri katrai ierīcei. Strāvas stiprums saskaņā ar Oma likumu ir apgriezti proporcionāls pretestībām, un spriegums visos rezistoros ir vienāds.
Pirms atrodat strāvu, jums ir jāaprēķina visu rezistoru kopējā vadītspēja, izmantojot labi zināmo formulu:
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/Om.
Pretestība ir vadītspējas apgrieztā vērtība:
R=1/0, 06024=16,6 omi.
Izmantojot Oma likumu, atrodiet strāvu caur avotu:
I=U/R=100∙0, 06024=6, 024 A.
Zinot strāvu caur avotu, atrodiet paralēli savienoto rezistoru jaudu pēc formulas:
P=I2∙R=6, 0242∙16, 6=602, 3 otrdiena.
Saskaņā ar Oma likumu strāva caur rezistoriem tiek aprēķināta:
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.
Lai aprēķinātu paralēlā savienojuma rezistoru jaudu, var izmantot nedaudz atšķirīgu formulu:
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 Otr.
Ja to visu saskaitīsit, iegūsit visu rezistoru jaudu:
P=P1+ P2+ P3+ P 4=50+100+195, 9+256, 4=602, 3 otrdiena.
Jaukts savienojums
Shēmas ar jauktu rezistoru savienojumu satur seriālo un paralēlo savienojumu vienlaikus. Šo shēmu ir viegli pārveidot, aizstājot rezistoru paralēlo savienojumu ar sērijveida. Lai to izdarītu, vispirms nomainiet pretestības R2 un R6 ar kopējo R2, 6., izmantojot tālāk norādīto formulu:
R2, 6=R2∙R6/R 2+R6.
Tādā pašā veidā divi paralēli rezistori R4, R5 tiek aizstāti ar vienu R4, 5:
R4, 5=R4∙R5/R 4+R5.
Rezultāts ir jauna, vienkāršāka shēma. Abas shēmas ir parādītas zemāk.
Rezistoru jaudu jauktā savienojuma ķēdē nosaka pēc formulas:
P=U∙I.
Lai aprēķinātu šo formulu, vispirms atrodiet katras pretestības spriegumu un caur to plūstošās strāvas daudzumu. Lai noteiktu rezistoru jaudu, varat izmantot citu metodi. Priekš šītiek izmantota formula:
P=U∙I=(I∙R)∙I=I2∙R.
Ja zināms tikai spriegums pāri rezistoriem, tad tiek izmantota cita formula:
P=U∙I=U∙(U/R)=U2/R.
Praksē bieži tiek izmantotas visas trīs formulas.
Ķēdes parametru aprēķins
Ķēdes parametru aprēķins ir visu atzaru nezināmās strāvas un spriegumu atrašana elektriskās ķēdes posmos. Izmantojot šos datus, jūs varat aprēķināt katra ķēdē iekļautā rezistora jaudu. Vienkāršas aprēķinu metodes ir parādītas iepriekš, taču praksē situācija ir sarežģītāka.
Reālās shēmās bieži tiek konstatēts rezistoru savienojums ar zvaigzni un trīsstūri, kas rada ievērojamas grūtības aprēķinos. Lai vienkāršotu šādas shēmas, ir izstrādātas metodes zvaigznes pārvēršanai trīsstūrī un otrādi. Šī metode ir parādīta zemāk esošajā diagrammā:
Pirmajā ķēdē ir zvaigznīte, kas savienota ar mezgliem 0-1-3. Rezistors R1 ir savienots ar mezglu 1, R3 ar mezglu 3 un R5 ar mezglu 0. Otrajā diagrammā trīsstūra rezistori ir savienoti ar mezgliem 1-3-0. Rezistori R1-0 un R1-3 ir savienoti ar mezglu 1, R1-3 un R3-0 ir savienoti ar mezglu 3, un R3-0 un R1-0 ir savienoti ar mezglu 0. Šīs divas shēmas ir pilnīgi līdzvērtīgas.
Lai pārietu no pirmās ķēdes uz otro, aprēķina trīsstūra rezistoru pretestības:
R1-0=R1+R5+R1∙R5/R3;
R1-3=R1+R3+R1∙R3/R5;
R3-0=R3+R5+R3∙R5/R1.
Turpmākās transformācijas tiek reducētas līdz paralēlo un virknē savienoto pretestību aprēķināšanai. Kad tiek atrasta ķēdes pretestība, strāva caur avotu tiek atrasta saskaņā ar Oma likumu. Izmantojot šo likumu, nav grūti atrast straumes visos atzaros.
Kā noteikt rezistoru jaudu pēc visu strāvu atrašanas? Lai to izdarītu, izmantojiet labi zināmo formulu: P=I2∙R, piemērojot to katrai pretestībai, mēs atradīsim to spēku.
Ķēdes elementu raksturlielumu eksperimentāla noteikšana
Lai eksperimentāli noteiktu vēlamās elementu īpašības, ir jāsamontē dotā ķēde no reāliem komponentiem. Pēc tam ar elektrisko mērinstrumentu palīdzību tiek veikti visi nepieciešamie mērījumi. Šī metode ir darbietilpīga un dārga. Elektrisko un elektronisko ierīču dizaineri šim nolūkam izmanto simulācijas programmas. Ar to palīdzību tiek veikti visi nepieciešamie aprēķini, modelēta ķēdes elementu uzvedība dažādās situācijās. Tikai pēc tam tiek samontēts tehniskās ierīces prototips. Viena no šādām izplatītām programmām ir National Instruments jaudīgā Multisim 14.0 simulācijas sistēma.
Kā noteikt rezistoru jaudu, izmantojot šo programmu? To var izdarīt divos veidos. Pirmā metode ir strāvas un sprieguma mērīšana ar ampērmetru un voltmetru. Mērījumu rezultātus reizinot, tiek iegūta nepieciešamā jauda.
No šīs ķēdes mēs nosakām pretestības jaudu R3:
P3=U∙I=1, 032∙0, 02=0, 02064 W=20,6 mW.
Otrā metode ir tieša jaudas mērīšana pieizmantojot vatmetru.
No šīs diagrammas var redzēt, ka pretestības R3 jauda ir P3=20,8 mW. Neatbilstība pirmās metodes kļūdas dēļ ir lielāka. Citu elementu jaudas tiek noteiktas tādā pašā veidā.
