Расчет мощности — как найти силу тока, сопротивление

Калькулятор закона Ома:

Команда онлайн-калькулятора предоставила простой и эффективный инструмент, известный как «Калькулятор закона Ома», с помощью которого вы можете легко узнать значение напряжения (V), тока (I), мощности (P) и сопротивления (R) по формуле простого закона Ома.

Однако вы должны знать два из этих значений, чтобы рассчитать оставшиеся два значения.

Поэтому помните, что вы получите результаты относительно выбранных вами условных единиц!

Характеристика мощности резистора

Мощность электрического тока на участке цепи можно найти через произведение силы тока в нем на напряжение на этом участке. Формула выглядит следующим образом:

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

P — значение мощности (Вт).

Резистор работает на уменьшение силы тока, при этом выделяя тепло в окружающее пространство. Однако если работа по ограничению тока очень велика и тепло выделяется слишком быстро, то он перегреется и может перегореть, так как не успеет его рассеять. Этот момент следует учитывать при выборе мощности резистора

Важно! Резистивная мощность — очень важный параметр, который необходимо учитывать при разработке электрических схем устройств.Омическая мощность характеризуется максимальным током, который он может выдержать без перегрева и без выхода из строя.

Расчет величины резистора-токоограничителя

На практике применяют два вида расчетов — графический, по ВАХ конкретного диода, и математический — по паспортным данным.

Принципиальная схема подключения излучателя к источнику тока.

На рисунке:

• E — источник тока с выходным значением E;
• «+»/»-» — полярность подключения светодиода: «+» — анод, на схемах изображен треугольником, «-» — катод, на схемах — поперечная линия;
• R — токоограничивающий резистор;
• Unled — прямой, он же рабочее напряжение;
• I — рабочий ток через устройство;
• обозначим напряжение на резисторе как UR.

Тогда форма расчета будет иметь вид:

Схема расчета сопротивления.

Рассчитать сопротивление для ограничения тока. Напряжение U в цепи будет распределяться следующим образом:

U = UR + Uled или UR + I × Rled, в вольтах,

где Rled — внутреннее дифференциальное сопротивление p-n перехода.

Путем математических преобразований получаем формулу:

R = (U-Uлед)/I, в Ом.

Значение Uled может быть выбрано из значений прохода.

Рассчитаем номинал токоограничивающего резистора для светодиода Cree модели Cree XM–L, имеющего корпус T6.

Паспортные данные: типовое номинальное ULED = 2,9 В, максимальное ULED = 3,5 В, рабочий ток ILED = 0,7 А.

Для расчета используем ULED = 2,9 В.

R = (U-Uлед) / I = (5-2,9) / 0,7 = 3 Ом.

Расчетное значение составляет 3 Ом. Выбираем элемент с допуском точности ±5%. Этой точности более чем достаточно, чтобы установить рабочую точку на уровне 700 мА.

Округлите значение сопротивления. Это уменьшит силу тока, световой поток диода и повысит эксплуатационную надежность при более щадящем тепловом режиме кристалла.

Рассчитайте требуемую мощность потерь на этом резисторе:

P = I² × R = 0,7² × 3 = 1,47 Вт

Для надежности округлим до ближайшего большего значения — 2 Вт.

Последовательные и параллельные схемы светодиодов широко используются и демонстрируют характеристики этих типов соединения. Последовательное соединение одинаковых элементов делит между собой напряжение источника поровну. С разными внутренними сопротивлениями — по отношению к резисторам. При параллельном соединении напряжение одинаково, а ток обратно пропорционален внутренним сопротивлениям элементов.

При последовательном соединении LED

При последовательном соединении первый диод в цепочке подключается анодом к «+» источника тока, а катодом к аноду второго диода. И так до последнего в цепочке, катод которого подключен к истоку «-». Ток в последовательной цепи одинаков во всех элементах. Те, что проходят через любую единицу света, имеют одинаковый размер.

Внутреннее сопротивление открытого, т е излучающего свет кристалла, составляет десятки и сотни Ом. Если по цепи с сопротивлением 100 Ом протекает 15-20 мА, на каждый элемент будет приходиться 1,5-2 В. Сумма напряжений на всех устройствах должна быть меньше, чем на источнике тока. Разницу обычно гасят специальным резистором, выполняющим две функции:

• ограничивает номинальный рабочий ток;
• дает номинальное прямое напряжение светодиода.
  

Подключить светодиод к 12 вольтам

При параллельном соединении

Параллельное соединение может быть выполнено двумя способами.

Электрическая схема с параллельным соединением.

Верхнее изображение показывает, как активировать его не желательно. При таком соединении резистор обеспечит выравнивание токов только при идеальных кристаллах и одинаковой длине подводящих проводов. Но разброс параметров полупроводниковых приборов при производстве не позволяет сделать их равными. И выбор тот же — резко увеличивает цену.

Разница может достигать 50-70% и более. После сборки конструкции вы получите разницу в свечении не менее 50-70%. Кроме того, выход из строя одного излучателя изменит работу всех: при обрыве цепи один погаснет, остальные будут светить ярче на 33% и будут горячее. Их деградации будет способствовать перегрев – изменение оттенка свечения и снижение яркости.

В случае короткого замыкания в результате перегрева и перегорания кристалла может выйти из строя токоограничивающий резистор.

Нижний вариант позволяет установить нужную рабочую точку для любых диодов, даже при разной их номинальной мощности.

Схема последовательно-параллельного соединения устройств.

Для напряжения 4,5 В последовательно соединены три светодиодных элемента и токоограничивающий резистор. Полученные цепочки соединяются параллельно. Через каждый диод протекает 20 мА, а через все — 60 мА. На каждом из них получается менее 1,5 В, а на ограничителе тока — не менее 0,2-0,5 В. Интересно, что если использовать блок питания на 4,5 В, то с ним могут работать только инфракрасные диоды с прямым напряжением менее чем 1,5 В, либо нужно увеличить питание хотя бы до 5 В.

Онлайн калькулятор для расчета светодиодов

Для автоматического расчета необходимы следующие данные:

• напряжение источника или источника питания, В;
• номинальное прямое напряжение устройства, В;
• постоянный номинальный рабочий ток, мА;
• количество светодиодов в цепочке или подключенных параллельно;
• схема подключения светодиодов).

Первые данные можно получить из паспорта диода.

Введя их в соответствующие окна калькулятора, нажмите на кнопку «Рассчитать» и получите номинал сопротивления и его мощность.

Тип соединения	Светодиод Последовательное соединение Параллельное соединение
Напряжение питания		Вольт
Прямое напряжение светодиода		Вольт
Ток через светодиод		Миллиампер
Количество светодиодов		пКС.
Точное значение сопротивления		Ом
Значение сопротивления по умолчанию		Ом
Эффект минимального сопротивления		Вт
Общая потребляемая мощность		Вт

Параллельное соединение

В электрических цепях на участках цепи применяют как параллельные, так и последовательные соединения. Первая представляет собой схему, в которой каждый из элементов соединен с другим обоими контактами, но прямой электрической связи между собственными выводами нет. То есть есть две точки (электрические узлы), к которым присоединено несколько резисторов.

При таком включении ток, проходящий через узел, начинает разделяться, и через каждый элемент будет протекать разная его величина. Величина тока на каждом элементе будет прямо пропорциональна сопротивлению резистора, поэтому общая проводимость этой детали увеличится, а полное сопротивление уменьшится.

Формула, по которой можно рассчитать общую проводимость, выглядит так: G = 1 / Rобщ = 1 / R1 + 1 / R2 +… + 1 / Rn, где n — порядковый номер резистора в цепи.

Преобразовав эту формулу, получим выражение вида: R общ = 1/G = (R1*R2*…* Rn) / (R1*R2 + R2*Rn +…+ R1*Rn. Проанализировав его, находим можно сделать вывод, что при параллельном соединении импеданс всегда будет меньше наименьшего значения отдельного сопротивления.

При таком соединении напряжение между узлами является одновременно полной разностью потенциалов для всей секции и для каждого отдельного резистора. Следовательно, если рассчитать падение напряжения на устройстве, то оно будет одинаковым на любом параллельно включенном элементе: U общ = U 1 = U 2 =…= U н.

А вот электрический ток, проходящий через отдельный элемент, исходя из закона Ома, будет равен: I Рн = U Рн / R н.

Параметры резисторного элемента

Текущее сопротивление: формула

Когда вы рисуете на схемах графическое обозначение элемента сопротивления, на нем указывают некоторые параметры.

Графическое обозначение сопротивления на схемах

К основным параметрам и элементарным свойствам относятся:

• номинальное значение сопротивления;
• температурный коэффициент;
• максимальная потеря мощности;
• допустимое рабочее напряжение;
• коэффициент шума;
• относительное отклонение от номинального значения;
• устойчивость элемента к высокой температуре и влажности.

На чертежах и схемах резистор маркируется буквой R с нанесенным серийным номером.

Расчёт делителя напряжения

Резистивный делитель напряжения представляет собой элементарную схему для понижения напряжения. Он может состоять из двух и более элементов. Простейшую разделительную линию можно представить в виде двух частей цепочки, которые называются плечами. Один из них, расположенный между положительной точкой потенциала и нулем, является верхним, а другой, между отрицательным и отрицательным, — нижним.

Такая схема используется для снижения напряжения как в постоянных, так и в переменных цепях. Суть процесса заключается в следующем.

• На резистивную цепь подается напряжение U от источника тока.
• Через сопротивления последовательной части цепи, образованные резисторами R1 и R2, начинает протекать ток.
• В результате на каждом из них выделяется определенное количество энергии, то есть происходит падение напряжения.

Сумма напряжений по всему диапазону линии равна величине разности потенциалов источника тока. По формуле: U=I*R падение напряжения прямо пропорционально силе тока и величине сопротивления. Учитывая, что ток, протекающий через резисторы, одинаков, будут справедливы формулы U1=I*R1 и U2=I*R2.

Тогда полное падение напряжения на секции будет равно U=I*(R1+R2). Исходя из этого, можно найти силу тока: I = U/(R1+R2). Используя эти два выражения, можно получить окончательные формулы для расчета падения напряжения на каждом элементе:

• U1 = R1*U/(R1+R2);
• U2 = R2*U/(R1+R2).

Практическое использование такого делителя очень распространено из-за простой реализации снижения напряжения. Например, пусть в блоке питания 12 В, а в нагрузку надо подать 6 В, при этом сопротивление 10 кОм. Для решения такой задачи рекомендуется использовать резисторы, сопротивление которых в десятки раз меньше значения нагрузки, поэтому, приняв R 1 = 1 кОм и подставив все известные значения в формулу напряжения над резистором, получается что 6 = R 2 * 12 (1000 + R 2) отсюда R 2 = 1 кОм.

Теперь, когда вы знаете все значения, можно проверить правильность расчета. Падение разности потенциалов на первом элементе рассчитывается как U 1 = 1000 * 12 / (1000 + 1000) = 6 В, а полное напряжение Uобщ = U 1+ U 2 = 12 В, что соответствует величине тока источник.

Следует отметить, что применение подтягивающих резисторов используется только для маломощных нагрузок, так как часть энергии преобразуется в тепло, а коэффициент полезного действия (КПД) очень низкий.

Примеры расчетов

Пример 2: Батарея с ЭДС ℰ = 14,5 В подает ток 25 Вт на внешний нагрузочный резистор. Напряжение на клеммах аккумулятора равно 11,9 В. Определить внутреннее сопротивление аккумулятора. Совет: используйте наш калькулятор закона Ома, чтобы определить ток, протекающий через нагрузочный резистор. Затем используйте этот калькулятор для определения внутреннего сопротивления.

Пример 3. Лампа накаливания сопротивлением 4 Ом подключена к батарее с внутренним сопротивлением 0,15 Ом. Вольтметр, подключенный к клеммам аккумулятора, показывает 11,5 В. Аккумуляторℰ Что такое ЭДС ?

Пример 4. Две галогенные лампы мощностью 55 Вт, установленные в фарах грузового автомобиля, соединены параллельно и подключены к клеммам аккумуляторной батареи с внутренним сопротивлением 0,02 Ом. Напряжение на клеммах аккумулятора 23,6 В. Чему равна ЭДС ℰ аккумулятора? Совет: Используйте наш калькулятор постоянного тока, чтобы определить сопротивление нагревательных ламп. Затем используйте наш калькулятор параллельного сопротивления, чтобы найти сопротивление двух ламп, соединенных параллельно. И, наконец, введите полученные данные в этот калькулятор для определения ЭДС аккумулятора.

Пример 5. Определить ток короткого замыкания автомобильного аккумулятора напряжением 12 В с ЭДС ℰ = 13,5 В и внутренним сопротивлением 0,04 Ом. Подсказка: 12 В — это номинальное напряжение батареи, которое не используется в расчетах.

Пример 6. Батарея с ЭДС ℰ = 1,5 В закорочена реальным амперметром с внутренним сопротивлением 0,02 Ом, что показывает силу тока 2,7 А. Определить внутреннее сопротивление батареи и ток, который рассеивается батарея. Совет: Сначала используйте этот калькулятор, чтобы определить внутреннее сопротивление батареи, а затем используйте наш калькулятор постоянного тока, чтобы определить ток, рассеиваемый батареей.

Пример 7. Модель пульта управления запуском ракеты запускает ракетный двигатель, нагревая нихромовую проволоку воспламенителя. Пульт питается от четырех последовательно соединенных батареек типа АА 1,5 В. Каждая батарейка имеет внутреннее сопротивление 200 мОм. Сопротивление двух зубьев 0,7 Ом и 3 Ом. Определите ток через воспламенитель на 0,7 Ом и воспламенитель на 3 Ом. Подсказка: напряжение четырех батарей, соединенных последовательно, составляет 1,5 × 4 = 6 В, а их общее внутреннее сопротивление равно 200 × 4 = 0,8 Ом.

Читайте также: Программное обеспечение для расчета почвы: обзор 7 лучших

Вас могут заинтересовать и другие калькуляторы из группы «Электротехнические и радиотехнические калькуляторы»:

Калькулятор RC цепи

Калькулятор параллельного резистора

Калькулятор параллельной индуктивности

Последовательный конденсатор Калькулятор емкости

Калькулятор импеданса конденсатора

Калькулятор импеданса индуктора

Калькулятор взаимной индукции

Параллельная индуктивность Калькулятор взаимной индуктивности

Калькулятор взаимной индуктивности — последовательное соединение катушек индуктивности

Калькулятор импеданса параллельной RC-цепи

Калькулятор импеданса параллельной LC-цепи

Калькулятор импеданса параллельной цепи RL

Калькулятор импеданса параллельной цепи RLC

Калькулятор импеданса цепи RC

Калькулятор импеданса цепи серии LC

Калькулятор импеданса цепи серии RL

Калькулятор импеданса последовательной цепи RLC

Калькулятор батареи

Калькулятор литий-полимерных аккумуляторов для дронов

Калькулятор индуктивности однослойной катушки

Калькулятор индуктивности плоской спиральной катушки для устройств радиочастотной идентификации (RFID) и связи ближнего поля (NFC

Коаксиальный калькулятор

Светодиодный калькулятор. Расчет предельного сопротивления для одиночных светодиодов и светодиодных матриц

Калькулятор цветового кода резистора

Калькулятор максимальной дальности радара

Калькулятор зависимости дальности для однозначного определения дальности РЛС от периода следования импульсов

Вычислитель радиогоризонта и дальности прямой радиовидимости до РЛС

Калькулятор радиогоризонта

Калькулятор эффективной площади антенны

Симметричный вибратор

Калькулятор паразитной субгармонической (алиасинговой) частоты для дискретизации

Калькулятор постоянного тока

Калькулятор переменного тока

Калькулятор перевода ВА в ватты

Калькулятор трехфазного переменного тока

Калькулятор для преобразования алгебраической формы комплексного числа в тригонометрическую

Калькулятор гармонических искажений

Калькулятор закона Ома и Джоуля-Ленца

Калькулятор времени перевода

Калькуляторы Электротехнические и радиотехнические калькуляторы

Единица измерения сопротивления резистора

В Международной системе единиц (СИ) сопротивление измеряется в омах, единица, названная в честь физика Георга Ома, который также открыл известный закон электрических цепей. Международное обозначение выглядит так: Ω. Физический смысл этой единицы следующий:

Сопротивление проводника 1 Ом при силе тока 1 А и напряжении на концах проводников 1 В.

Его можно измерить с помощью прибора, называемого омметром.

Для справки. В системе CGS сопротивление не имеет определенного названия, но в расширениях используется стат (1 статОм; рассчитывается как ток 1 стат-ампер, деленный на напряжение 1 статвольт) и абом (1 абОм = 1 * 10-9 Ом, наноом; его расчет равен току 1, который делит абампер на напряжение 1 абвольт). Размерность этой величины в СГСЭ и системе Гаусса равна TL-1, в СГСМ — LT-1. Обратная величина – электрическая проводимость, ее единица измерения – сименс (См), статический сименс или абсименс для разных систем соответственно.

Существует большое разнообразие резисторов с широким диапазоном стандартных значений сопротивления. Рассмотрим связь между этими наименованиями и различными префиксами, используемыми 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 значения противников наносятся прямо на их прикрытие. Это очень удобно. Рассмотрим номинал вашей деноминации более подробно.

Номинал резистора равен сопротивлению. Раньше оппоненты были достаточно крупными, поэтому все значения писались исключительно на их корпусах обычными буквами. Помимо сопротивления резистора, они могут также указывать класс точности или эффект рассеяния.

Сопротивление является основной характеристикой резистора. Что это такое и как рассчитывается, было описано выше, поэтому теперь подробнее рассмотрим особенности их обозначения.

Для обозначения значения, не превышающего 1 КОм, после цифры, обозначающей значение сопротивления, ставится R (или значение указывается вообще без буквы). На резисторах, которые производятся давно, можно встретить слово Ом. Позже принятое обозначение было изменено, теперь оно используется в формате:

целочисленное значение — R — дробный остаток

Примеры обозначения:

300 = 300 Ом

200 Р = 200 Ом

Современные обозначения выглядят так:

4R02 = 4,02 Ом

2R2 = 2,2 Ом

Если значение меньше 1 Ом, ноль в начале обозначения опускается:

0R5=R5=0,5 Ом

Если сопротивление больше тысячи Ом, для упрощения записи используют специальные приставки (мега-, кило-). Очень большие значения этого значения практически не встречаются, поэтому потребность в префиксах Tera и Giga возникает крайне редко. Примеры обозначения:

К200 = 200 Ом

2К0 = 2 КОм = 2000 Ом

M200 = 0,2 МОм = 200 кОм = 100 000 Ом

3M0 = 3 МОм = 3 000 КОм = 3 000 000 Ом

Кроме того, можно учитывать следующую характеристику – удельное сопротивление.

Бывает, что необходимо также рассчитать удельное сопротивление. Измеряется в Ом*м.

Для однородного проводника расчетное удельное сопротивление находится следующим образом:

R = (p*l)/S, где

l – длина отрезка проводника (м),

S — площадь поперечного сечения элемента проводника (м2)

Подробнее о буквенной маркировке противников читайте здесь.

Определения и формулы

Согласно теореме Тевенина-Гельмгольца, любую линейную цепь с любым количеством источников напряжения (например, шесть аккумуляторов, соединенных последовательно в автомобильном аккумуляторе) можно заменить источником ЭДС (ℰ) или эквивалентным источником напряжения холостого хода UNL соединенные последовательно с внутренним сопротивлением RI или полным сопротивлением ZI. В результате приложения напряжения UNL к внешней нагрузке с сопротивлением RL в ней протекает ток I.

Ток, подаваемый аккумулятором в нагрузку, определяется сопротивлением нагрузки и в то же время этот ток ограничивается внутренним сопротивлением аккумулятора. Внутреннее сопротивление батареи состоит из сопротивления электродов (например, пластин), активной массы и электролита.

Свинцово-кислотные аккумуляторы имеют очень низкое внутреннее сопротивление (обычно порядка 0,01 Ом), поэтому они могут обеспечивать большой ток, необходимый для запуска двигателя. Внутреннее сопротивление свинцово-кислотных аккумуляторов такое низкое, потому что в каждой аккумуляторной ячейке отрицательные и положительные пластины соединены параллельно.

Кроме того, расстояние между отрицательной и положительной пластинами очень мало, и поэтому толщина слоя электролита между ними также очень мала, что приводит к еще большему снижению внутреннего сопротивления. Если батарея обеспечивает большой ток, это внутреннее сопротивление будет рассеивать тепло, вызывая нагрев батареи.

Внутреннее сопротивление аккумулятора можно рассчитать, зная его напряжение холостого хода UNL (NL — от англ no load — без нагрузки), напряжение, измеренное на нагрузке UL (L — от англ load — нагрузка) и нагрузку сопротивление РЛ. Измеренное напряжение холостого хода соответствует электродвижущей силе (ЭДС) аккумулятора.

Ток течет через нагрузочный резистор

Падение напряжения на внутреннем сопротивлении:

Внутреннее сопротивление:

Полная формула для определения внутреннего сопротивления:

Внутреннее сопротивление батареи также можно рассчитать по току в нагрузочном резисторе IL, напряжению батареи без нагрузки UNL и нагрузочном резисторе RL.

Напряжение по сопротивлению нагрузки

Падение напряжения на внутреннем сопротивлении:

Внутреннее сопротивление:

Полная формула для этого метода расчета:

Измерение внутреннего сопротивления батареи

Как мы уже отмечали, для определения внутреннего сопротивления необходимо иметь три начальных значения:

• напряжение холостого хода UNL, напряжение, измеренное на нагрузке UL, и сопротивление нагрузки RL.

или же

• ток в сопротивлении нагрузки IL, напряжение ненагруженной батареи UNL и сопротивление нагрузки RL.

Для правильного определения внутреннего сопротивления необходимо провести несколько измерений с разными резисторами.

Также следует отметить, что внутреннее сопротивление изменяется с температурой, а также зависит от срока службы батареи и других факторов. Поэтому ваше измерение является лишь оценкой, а точного внутреннего сопротивления нет в принципе, так как его нельзя точно измерить.

На внутреннее сопротивление аккумулятора влияет несколько факторов, в том числе емкость аккумулятора, протекающая в нем электрохимическая реакция, количество элементов, срок службы аккумулятора, температура и режим (скорость) разряда. Для получения дополнительной информации об аккумуляторах и других источниках питания см наши калькуляторы аккумуляторов для дронов и литий-полимерных аккумуляторов.

Для измерения напряжения на нагрузке, подключенной к аккумулятору, параллельно нагрузке к клеммам аккумулятора подключают вольтметр. Если сопротивление нагрузки намного меньше внутреннего сопротивления вольтметра, он показывает достаточно точный результат.

Для измерения тока, подаваемого аккумулятором в нагрузку, амперметр включают в разомкнутую цепь между нагрузкой и аккумулятором, как показано на схеме выше. Если внутреннее сопротивление амперметра относительно мало по сравнению с сопротивлением нагрузки, измерение можно считать достаточно точным.

Конечно, теоретически и даже практически (например, для марганцево-цинкового элемента) измерить ток короткого замыкания аккумулятора прямым методом, замкнув аккумулятор амперметром, вполне возможно. Однако, если батарея способна отдавать значительный ток, она может перегреться или даже загореться при коротком замыкании. Литий-ионные батареи могут даже взорваться, если их клеммы замкнуты накоротко. Поэтому ток почти всегда измеряется при подключении аккумулятора к нормальной нагрузке.

Для измерения напряжения аккумуляторной батареи без нагрузки к клеммам аккумуляторной батареи без нагрузки подключают вольтметр. Если внутреннее сопротивление вольтметра намного выше внутреннего сопротивления батареи, можно предположить, что напряжение холостого хода будет измерено достаточно точно.

Сопротивление нагрузки также должно быть измерено, если только не используется прецизионное сопротивление. Следует помнить, что если нагрузочный резистор сильно нагреется, сопротивление будет увеличиваться, поэтому измерение тока батареи следует производить достаточно быстро.

После того, как все замеры сделаны, вы можете вставить их результаты в наш калькулятор и получить значение внутреннего сопротивления аккумулятора. Конечно, доступны измерители внутреннего сопротивления аккумуляторов, и зарядные устройства с расширенными функциями также способны его измерять.

Для полноты картины следует отметить, что любая батарея имеет ряд внутренних сопротивлений и для их измерения часто используется сложная схема, управляемая источником переменного тока с частотой от нескольких герц до нескольких килогерц. Внутреннее сопротивление обычно характеризуется графиками его зависимости от различных факторов.

Виды и принцип действия

В данной публикации подробно рассматривается резистивный делитель напряжения. Подразумевается линейность схемной характеристики. В таких схемах упрощается расчет сопротивления для снижения напряжения до необходимого уровня. При подключении источника постоянного тока напряжение делится прямо пропорционально значениям электрических сопротивлений нижнего и верхнего плеча.

Реактивные цепи Что такое электрическое сопротивление

Если делать аналогичную схему с конденсаторами, то на вход нужно подать синусоиду для сохранения нормальной работоспособности. В этом случае также будет осуществляться распределение напряжений на элементах с емкостными свойствами. Однако этот процесс необходимо рассматривать в динамике с учетом частоты и соответствующего изменения амплитуды. Аналогичная методика используется при работе с индуктивными компонентами.

Значения реактивного сопротивления:

• Rc=l/(2*f*n*C);
• RL=2*f*π*С.

Из формул видно, что сопротивление конденсатора/катушки обратно (прямо) пропорционально емкости/индуктивности. Соответственно номиналы элементов выбираются для деления напряжения.

В представленных примерах внутреннее сопротивление нагрузки предполагается бесконечно большим. Для реальных расчетов используются более сложные формулы с поправочными коэффициентами. Учитываются реальные комплексные характеристики цепей.

Примечание. В стабилизаторах напряжения и некоторых других устройствах сопротивление делительного плеча имеет нелинейные параметры.

Последовательное включение

Это название, данное комбинации двух или более резисторов на участке цепи, где они соединены друг с другом только в одной точке. Полное сопротивление при последовательном соединении определяется как сумма сопротивлений каждого отдельного элемента: Rобщ = R1+R2+…+Rn.

Поэтому ток, протекающий по такой цепи, будет постепенно уменьшаться после прохождения через последовательное сопротивление. Чем больше элементов в цепочке, тем сложнее ему будет пройти их все. Таким образом, его суммарное значение определяется как Itot = U / (R1+R2+…+Rn).

Следовательно, можно утверждать, что при последовательном соединении есть только один способ протекания тока. Чем больше количество резисторов в линии, тем меньше будет ток на этом участке.

Падение разности потенциалов при таком типе соединения на каждом элементе будет иметь свое значение. Он определяется по формуле URn = IRn*Rn, и чем больше импеданс элемента, тем больше в нем будет выделяться энергии.

Как работает наш расчет мощности?

Нет необходимости прибегать к конкретным математическим расчетам для определения значений напряжения (V), тока (I), мощности (P) и сопротивления (R). Наш калькулятор сопротивления сделает все за вас за несколько секунд. Наш (Калькулятор Закона Ома) не только прост в использовании, но и работает эффективно! Давайте взглянем!

• В приведенном выше калькуляторе закона Ома вы можете найти четыре поля: напряжение (V), ток (I), сопротивление (R) и мощность (P.
• Вам нужно только ввести два из этих значений в единицах СИ.
• После того, как вы выбрали два значения и их единицы СИ, вам просто нужно нажать кнопку расчета, чтобы получить оставшиеся два значения.

Как упоминалось выше, вы получите свои результаты по отношению к единицам СИ, которые вы выбрали перед расчетом!

Ограничения в применении

Из примеров расчета, приведенных в таблице, видно, как значительно увеличиваются потери при уменьшении сопротивления цепи. Энергия расходуется на обогрев окружающей среды. При больших потерях мощности необходимо использовать системы принудительного охлаждения, пассивные радиаторы.

Приведенные выше расчеты не учитывали нагрузку. Если добавить сопротивление, соответствующее реальным условиям, в параллельной цепи образуются дополнительные потери.

Влияние сопротивления нагрузки

В первой части рисунка показана типовая деталь, дающая выходное напряжение 5 В. При токе потребления 0,01 А сопротивление нагрузки составит 0,5 кОм. Используя расчетную формулу для параллельной цепи, легко узнать общее значение R = 1/(1/R2 + 1/Rload) = 0,25 кОм. Это дополнение уменьшит целевое значение Uвых до 3,46 В.

Уменьшив R2 можно уменьшить вредное влияние на выходное напряжение (4,75 В). Однако этот способ, показанный во второй части рисунка, сопровождается значительными потерями энергии. Ток будет проходить через участок с меньшим сопротивлением, не выполняя полезных функций. В данном примере необходимо выбрать R1 мощностью не менее 2 Вт, чтобы обеспечить надежную работу устройства.

Применение

Следующие примеры демонстрируют использование таких схем на практике. Для расчетов электрических параметров без учета сопротивления нагрузки подходят рассмотренные выше ручной и автоматизированный методы.

Потенциометры

Если резистор оснащен ползунком и подходящим приводом, резисторы можно менять плавно. Такое решение позволяет более точно изменять выходное напряжение по сравнению с дискретными схемами. Основным недостатком является сложность конструкции, что, помимо увеличения затрат, снижает надежность. Необходимо обеспечить герметичность рабочей зоны для исключения загрязнения и предотвращения коррозионных процессов.

Принципиальная схема потенциометра

Резистивные датчики

В этом варианте используется способность некоторых материалов увеличивать/уменьшать электрическое сопротивление под действием температуры, светового тока и других внешних воздействий. Датчик, выполненный на основе этих принципов, установлен в разделительном рукаве. Изменение соответствующих параметров управляется уровнем выходного напряжения.

Цепи обратной связи в усилителях

Это решение обеспечивает необходимый коэффициент усиления. На диаграмме ниже этот параметр никогда не будет меньше единицы. Для повышения уровня преобразования увеличьте номинал резистора R2 относительно R1.

Делители напряжения в цепи обратной связи

Простейшие электрические фильтры

Для фильтрации резисторы R1 или R2 замените конденсатором. В первом варианте устройство свободно пропускает высокочастотные составляющие. Когда частота падает до определенного уровня, реактивное сопротивление увеличивается, препятствуя прохождению тока. Аналогично вносятся изменения в нижний рычаг перегородки для отсекания низких частот.

Усилитель напряжения

Переменный резистор изменяет уровень сигнала для достижения нужной громкости звука. В таких устройствах используются элементы с логарифмической характеристикой изменения сопротивления, что хорошо согласуется с естественным механизмом восприятия органами слуха человека.

Параметрический стабилизатор напряжения

В таких схемах нижнее плечо делителя можно сделать с помощью стабилитрона. Его вольт-амперные характеристики подобраны таким образом, чтобы выходное напряжение сохраняло заданное значение при изменении входных параметров.

Схема делителя напряжения на резисторах

Термопара: что это такое

Такие схемы используются для снижения выходного напряжения до нужного значения. Деление осуществляется в пропорциях, заданных инженерным проектом. Необходимо учитывать реальный эффект нагрузки. Укажите потребляемый ток, чтобы выбрать соответствующий резистор нижнего плеча.

Зависимость сопротивления от температуры

Применение резисторов в качестве термометров обусловлено практически линейной зависимостью их сопротивления от температуры. Это относится к тем резисторам, в которых в качестве резистивного материала используется проволока или металл. Формула зависимости:

R = R0+α(t-t0),

• α – температурный коэффициент, К-1;
• R0 — сопротивление проводника при 00К;
• t0 – температура проводника при 00К.

Речь идет о значении температуры в Кельвинах. При температурах, приближающихся к нулю Кельвина (-273 °С), для многих металлов при охлаждении R резко падает до нуля. В этом случае можно говорить о сверхпроводимости.

Интересно. Металлы, обладающие хорошей проводимостью при нормальной температуре, могут не быть сверхпроводниками при критическом уровне этой физической величины. Сверхпроводники в обычном состоянии имеют большее сопротивление, чем традиционные силовые провода: медные, серебряные или золотые.

При нагреве проводников изменение сопротивления происходит в основном за счет изменения его удельного значения и имеет линейную зависимость.

Закон Ома для электрической цепи

Расчет входного и выходного напряжения схемы основан на законе Ома, известном еще со школьной скамьи по физике. Основная формула расчета напряжения на участке цепи выглядит так:

Определить напряжение в цепи переменного тока можно по следующей формуле:

U=I/Z, где

в этой формуле Z обозначает сопротивление (Ом), полученное по всей цепи.

В некоторых случаях показатели не могут быть рассчитаны непосредственно по этим формулам.

1. В случаях, когда проводники или диэлектрики подвергаются воздействию высокого напряжения.
2. В случаях быстро меняющихся электромагнитных полей при прохождении токов высокой частоты. В этом случае также необходимо учитывать инерцию частиц, несущих заряд.
3. В условиях появления сверхпроводящих свойств, если цепи работают при экстремально низких температурах.
4. Когда проводник нагревается током, протекающим по нему.
5. Для светодиодов. Зависимость между током и падением напряжения в этом случае нелинейна.
6. Для процессов в устройствах на основе полупроводников.

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

Расчет при последовательном соединении

При последовательном соединении элементы следуют друг за другом, а выход предыдущего подключается ко входу следующего. Общее сопротивление в этом случае можно рассчитать по формуле:

R = R1 + R2 +… + Rn, где

R1…Rn – сопротивление n элементов (Ом).

Расчет для параллельного соединения

При параллельном соединении оба элемента схемы соединены параллельно друг с другом. В этом случае сопротивление получается через дробь, формула для расчета выглядит так:

1/R = 1/R1 + 1/R2 + … + 1/Rn, где

R1… Rn — сопротивление n элементов (Ом).

Обратите внимание на следующее! При проектировании схем агрегатов обычно применяют комбинированные соединения. Для расчета сопротивления схему упрощают, причем сначала определяют полное сопротивление для участков с параллельным соединением, а затем суммируют, как для цепи с последовательным соединением элементов.

Для упрощения и ускорения расчетов можно сделать это онлайн.

Делитель напряжения — калькулятор онлайн

Нормативно-техническая документация

Изучить стандарты на эту тему можно в ГОСТ 11282-93. Стандарт вступает в силу 1 января 1996 г. Последние изменения внесены 12 сентября 2018 г.

В документе приведены сведения о допустимых погрешностях, допусках и других нормативах.