Tots els dispositius electrònics contenen resistències com a element principal. S'utilitza per canviar la quantitat de corrent en un circuit elèctric. L'article presenta les propietats de les resistències i els mètodes per calcular la seva potència.
Assignació de resistències
Les resistències s'utilitzen per regular el corrent en circuits elèctrics. Aquesta propietat està definida per la llei d'Ohm:
I=U/R (1)
A partir de la fórmula (1) es veu clarament que com més baixa és la resistència, més fort augmenta el corrent, i viceversa, com més petit és el valor de R, més gran és el corrent. És aquesta propietat de la resistència elèctrica que s'utilitza en enginyeria elèctrica. A partir d'aquesta fórmula, es creen circuits divisors de corrent, que s'utilitzen àmpliament en dispositius elèctrics.
En aquest circuit, el corrent de la font es divideix en dos, inversament proporcional a les resistències de les resistències.
A més de la regulació actual, les resistències s'utilitzen en divisors de tensió. En aquest cas, es torna a utilitzar la llei d'Ohm, però d'una forma lleugerament diferent:
U=I∙R (2)
De la fórmula (2) es dedueix que a mesura que augmenta la resistència, augmenta la tensió. Aquesta propietats'utilitza per construir circuits divisors de tensió.
A partir del diagrama i la fórmula (2) queda clar que les tensions entre les resistències es distribueixen en proporció a les resistències.
Imatge de resistències als diagrames
Segons la norma, les resistències es representen com un rectangle amb unes dimensions de 10 x 4 mm i es denoten amb la lletra R. La potència de les resistències s'indica sovint al diagrama. La imatge d'aquest indicador es realitza mitjançant línies obliqües o rectes. Si la potència és superior a 2 watts, la designació es fa en números romans. Això es fa normalment per a resistències bobinades. Alguns estats, com els Estats Units, utilitzen altres convencions. Per facilitar la reparació i l'anàlisi del circuit, sovint es dóna la potència de les resistències, la designació de les quals es realitza d'acord amb GOST 2.728-74.
Especificacions del dispositiu
La característica principal de la resistència és la resistència nominal Rn, que s'indica al diagrama proper a la resistència i a la seva caixa. La unitat de resistència és ohm, kiloohm i megaohm. Les resistències es fabriquen amb resistències des de fraccions d'un ohm fins a centenars de megaohms. Hi ha moltes tecnologies per a la producció de resistències, totes tenen avantatges i desavantatges. En principi, no hi ha cap tecnologia que permeti la fabricació absolutament precisa d'una resistència amb un valor de resistència determinat.
La segona característica important és la desviació de la resistència. Es mesura en % de R nominal. Hi ha un rang estàndard de desviació de resistència: ±20, ±10, ±5, ±2, ±1% i fins avalors ±0,001%.
La següent característica important és la potència de les resistències. Durant el funcionament, s'escalfen pel corrent que els travessa. Si la dissipació d'energia supera el valor permès, el dispositiu fallarà.
Les resistències canvien la seva resistència quan s'escalfen, de manera que per als dispositius que funcionen en un ampli rang de temperatures, s'introdueix una característica més: el coeficient de resistència de temperatura. Es mesura en ppm/°C, és a dir, 10-6 Rn/°C (milionèsima part de Rn per 1 °C).
Connexió en sèrie de resistències
Les resistències es poden connectar de tres maneres diferents: en sèrie, paral·lel i mixta. Quan es connecta en sèrie, el corrent passa per totes les resistències al seu torn.
Amb aquesta connexió, el corrent en qualsevol punt del circuit és el mateix, es pot determinar per la llei d'Ohm. La resistència total del circuit en aquest cas és igual a la suma de les resistències:
R=200+100+51+39=390 ohms;
I=U/R=100/390=0, 256 A.
Ara podeu determinar la potència quan les resistències estan connectades en sèrie, es calcula amb la fórmula:
P=I2∙R=0, 2562∙390=25, 55 W.
La potència de les resistències restants es determina de la mateixa manera:
P1=I2∙R1=0, 256 2∙200=13, 11 dimarts;
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 dimarts.
Si afegiu la potència de les resistències, obtindreu la P completa:
P=13, 11+6, 55+3, 34+2, 55=25, 55 dimarts.
Connexió paral·lel de resistències
En una connexió en paral·lel, tots els inicis de les resistències estan connectats a un node del circuit i els extrems a un altre. Amb aquesta connexió, el corrent es ramifica i flueix per cada dispositiu. La magnitud del corrent, segons la llei d'Ohm, és inversament proporcional a les resistències, i la tensió a totes les resistències és la mateixa.
Abans de trobar el corrent, cal calcular la conductivitat total de totes les resistències utilitzant la fórmula coneguda:
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.
La resistència és el recíproc de la conductivitat:
R=1/0, 06024=16,6 ohms.
Usant la llei d'Ohm, trobeu el corrent a través de la font:
I=U/R=100∙0, 06024=6, 024 A.
Coneixent el corrent a través de la font, troba la potència de les resistències connectades en paral·lel mitjançant la fórmula:
P=I2∙R=6, 0242∙16, 6=602, 3 dimarts.
Segons la llei d'Ohm, el corrent a través de les resistències es calcula:
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.
Es pot utilitzar una fórmula lleugerament diferent per calcular la potència de les resistències en connexió en paral·lel:
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 dimarts.
Si ho sumes tot, obtindràs la potència de totes les resistències:
P=P1+ P2+ P3+ P 4=50+100+195, 9+256, 4=602, 3 dimarts.
Connexió mixta
Els esquemes amb connexió mixta de resistències contenen connexió en sèrie i paral·lel alhora. Aquest circuit és fàcil de convertir substituint la connexió en paral·lel de resistències per sèries. Per fer-ho, primer substituïu les resistències R2 i R6 pel seu total R2, 6, utilitzant la fórmula següent:
R2, 6=R2∙R6/R 2+R6.
De la mateixa manera, dues resistències paral·leles R4, R5 es substitueixen per una R4, 5:
R4, 5=R4∙R5/R 4+R5.
El resultat és un circuit nou i més senzill. Els dos esquemes es mostren a continuació.
La potència de les resistències en un circuit de connexió mixta està determinada per la fórmula:
P=U∙I.
Per calcular aquesta fórmula, primer trobeu la tensió a cada resistència i la quantitat de corrent que la travessa. Podeu utilitzar un altre mètode per determinar la potència de les resistències. Per aixòs'utilitza la fórmula:
P=U∙I=(I∙R)∙I=I2∙R.
Si només es coneix la tensió entre les resistències, s'utilitza una altra fórmula:
P=U∙I=U∙(U/R)=U2/R.
Les tres fórmules s'utilitzen sovint a la pràctica.
Càlcul dels paràmetres del circuit
El càlcul dels paràmetres del circuit és trobar corrents i tensions desconegudes de totes les branques de les seccions del circuit elèctric. Amb aquestes dades, podeu calcular la potència de cada resistència inclosa en el circuit. Més amunt s'han mostrat mètodes de càlcul senzills, però a la pràctica la situació és més complicada.
En circuits reals, sovint es troba la connexió de resistències amb una estrella i un delta, la qual cosa crea dificultats importants en els càlculs. Per simplificar aquests esquemes, s'han desenvolupat mètodes per convertir una estrella en un triangle, i viceversa. Aquest mètode s'il·lustra al diagrama següent:
El primer circuit té una estrella connectada als nodes 0-1-3. La resistència R1 està connectada al node 1, R3 al node 3 i R5 al node 0. Al segon diagrama, les resistències triangulars estan connectades als nodes 1-3-0. Les resistències R1-0 i R1-3 estan connectades al node 1, R1-3 i R3-0 estan connectades al node 3, i R3-0 i R1-0 estan connectades al node 0. Aquests dos esquemes són completament equivalents.
Per passar del primer circuit al segon, es calculen les resistències de les resistències triangulars:
R1-0=R1+R5+R1∙R5/R3;
R1-3=R1+R3+R1∙R3/R5;
R3-0=R3+R5+R3∙R5/R1.
Les transformacions addicionals es redueixen al càlcul de resistències connectades en paral·lel i en sèrie. Quan es troba la impedància del circuit, el corrent a través de la font es troba segons la llei d'Ohm. Amb aquesta llei, no és difícil trobar els corrents a totes les branques.
Com determinar la potència de les resistències després de trobar tots els corrents? Per fer-ho, utilitzeu la coneguda fórmula: P=I2∙R, aplicant-la a cada resistència, trobarem la seva potència.
Determinació experimental de les característiques dels elements del circuit
Per determinar experimentalment les característiques desitjades dels elements, cal muntar un circuit determinat a partir de components reals. Després d'això, amb l'ajuda d'instruments de mesura elèctrics, es realitzen totes les mesures necessàries. Aquest mètode és costós i laboriós. Els dissenyadors de dispositius elèctrics i electrònics utilitzen programes de simulació per a aquesta finalitat. Amb l'ajuda d'ells, es fan tots els càlculs necessaris i es modela el comportament dels elements del circuit en diverses situacions. Només després d'això es munta un prototip d'un dispositiu tècnic. Un d'aquests programes comú és el potent sistema de simulació Multisim 14.0 de National Instruments.
Com determinar la potència de les resistències amb aquest programa? Això es pot fer de dues maneres. El primer mètode és mesurar el corrent i la tensió amb un amperímetre i un voltímetre. En multiplicar els resultats de la mesura, s'obté la potència requerida.
A partir d'aquest circuit determinem la potència de resistència R3:
P3=U∙I=1, 032∙0, 02=0, 02064 W=20,6 mW.
El segon mètode és la mesura directa de la potència autilitzant un vatímetre.
A partir d'aquest diagrama es pot veure que la potència de la resistència R3 és P3=20,8 mW. La discrepància deguda a l'error en el primer mètode és més gran. Els poders d' altres elements es determinen de la mateixa manera.
