Miten vastusten teho määritetään. Vastusten teho rinnakkaisliitännässä

2024 Kirjoittaja: Trinity Chesterton | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-02 00:32

Kaikkien elektronisten laitteiden pääelementtinä on vastukset. Sitä käytetään muuttamaan virran määrää sähköpiirissä. Artikkelissa esitellään vastusten ominaisuudet ja niiden tehon laskentamenetelmät.

Vastuksen määritys

Vastuksia käytetään sähköpiirien virran säätelyyn. Tämä ominaisuus määritellään Ohmin lailla:

I=U/R (1)

Kaavasta (1) nähdään selvästi, että mitä pienempi vastus, sitä voimakkaammin virta kasvaa, ja päinvastoin, mitä pienempi R:n arvo, sitä suurempi virta. Tätä sähkövastuksen ominaisuutta käytetään sähkötekniikassa. Tämän kaavan perusteella luodaan virranjakajapiirejä, joita käytetään laaj alti sähkölaitteissa.

Tässä piirissä lähteestä tuleva virta on jaettu kahteen osaan, kääntäen verrannollinen vastusten resistanssiin.

Virransäädön lisäksi jännitteenjakajissa käytetään vastuksia. Tässä tapauksessa käytetään jälleen Ohmin lakia, mutta hieman eri muodossa:

U=I∙R (2)

Kaavasta (2) seuraa, että kun vastus kasvaa, jännite kasvaa. Tämä ominaisuuskäytetään jännitteenjakajapiirien rakentamiseen.

Kaaviosta ja kaavasta (2) käy selväksi, että vastusten jännitteet jakautuvat suhteessa vastuksiin.

Kuva vastuksista kaavioissa

Standardin mukaan vastukset on kuvattu suorakulmiona, jonka mitat ovat 10 x 4 mm ja merkitty kirjaimella R. Vastusten teho ilmoitetaan usein kaaviossa. Tämän indikaattorin kuva suoritetaan vinoilla tai suorilla viivoilla. Jos teho on yli 2 wattia, merkintä tehdään roomalaisin numeroin. Tämä tehdään yleensä lankavastuksille. Jotkut osav altiot, kuten Yhdysvallat, käyttävät muita sopimuksia. Piirin korjaamisen ja analysoinnin helpottamiseksi annetaan usein vastusten teho, jonka nimitys suoritetaan GOST 2.728-74:n mukaisesti.

Laitteen tekniset tiedot

Vastuksen pääominaisuus on nimellisresistanssi R_{n, joka on merkitty vastuksen vieressä olevaan kaavioon ja sen koteloon. Resistanssin yksikkö on ohm, kiloohm ja megaohm. Vastukset valmistetaan ohmin murto-osista satoihin megaohmiin. Vastusten valmistukseen on olemassa monia tekniikoita, joilla kaikilla on sekä etuja että haittoja. Periaatteessa ei ole olemassa tekniikkaa, joka mahdollistaisi vastuksen ehdottoman tarkan valmistuksen tietyllä resistanssiarvolla.}

Toinen tärkeä ominaisuus on vastuksen poikkeama. Se mitataan prosentteina nimellisestä R:stä. Resistanssipoikkeama on vakioalue: ±20, ±10, ±5, ±2, ±1 % ja edelleenarvot ±0,001%.

Seuraava tärkeä ominaisuus on vastusten teho. Käytön aikana ne lämpenevät niiden läpi kulkevasta virrasta. Jos tehohäviö ylittää sallitun arvon, laite epäonnistuu.

Vastukset muuttavat vastustaan kuumennettaessa, joten laajalla lämpötila-alueella toimiville laitteille otetaan käyttöön vielä yksi ominaisuus - vastuksen lämpötilakerroin. Se mitataan yksikköinä ppm/°C, eli 10^-6 R_n/°C (miljoonasosa R_{n 1 °C:lla).}

Vastasten sarjaliitäntä

Vastukset voidaan kytkeä kolmella eri tavalla: sarjaan, rinnan ja sekoitettuna. Sarjaan kytkettynä virta kulkee vuorotellen kaikkien vastusten läpi.

Tällaisella kytkennällä virta missä tahansa piirin kohdassa on sama, se voidaan määrittää Ohmin lailla. Piirin kokonaisresistanssi tässä tapauksessa on yhtä suuri kuin vastusten summa:

R=200+100+51+39=390 ohmia;

I=U/R=100/390=0, 256 A.

Nyt voit määrittää tehon, kun vastukset on kytketty sarjaan, se lasketaan kaavalla:

P=I²∙R=0, 256^{2∙390=25, 55 W.}

Jäljellä olevien vastusten teho määritetään samalla tavalla:

P₁=I²∙R₁=0, 256 2^{∙200=13, 11 ti;}

P₂=I²∙R₂=0, 256 2^{∙100=6,55W;}

P₃=I²∙R₃=0, 256 2^{∙51=3, 34W;}

P₄=I²∙R₄=0, 256 2^{∙39=2, 55 ti.}

Jos lisäät vastusten tehon, saat täyden P:

P=13, 11+6, 55+3, 34+2, 55=25, 55 ti.

Vastasten rinnakkaiskytkentä

Rinnakkaiskytkennässä kaikki vastusten alkupäät on kytketty yhteen piirin solmuun ja päät toiseen. Tällä liitännällä virta haarautuu ja kulkee jokaisen laitteen läpi. Ohmin lain mukaan virran suuruus on kääntäen verrannollinen vastuksiin, ja jännite kaikissa vastuksissa on sama.

Ennen kuin löydät virran, sinun on laskettava kaikkien vastusten kokonaisjohtavuus käyttämällä tunnettua kaavaa:

1/R=1/R₁+1/R₂+1/R_{3 +1/R}4_{=1/200+1/100+1/51+1/39=0, 005+0, 01+0, 0196+0, 0256=0, 06024 1/Ohm.}

Resistanssi on johtavuuden käänteisluku:

R=1/0, 06024=16,6 ohm.

Hae Ohmin lain avulla virta lähteestä:

I=U/R=100∙0, 06024=6, 024 A.

Kun tiedät lähteen läpi kulkevan virran, määritä rinnan kytkettyjen vastusten teho kaavalla:

P=I²∙R=6, 024^{2∙16, 6=602, 3 ti.}

Ohin lain mukaan vastusten läpi kulkeva virta lasketaan:

I₁=U/R_{1=100/200=0,5A;}

I₂=U/R_{2=100/100=1 A;}

I₃=U/R_{1=100/51=1, 96A;}

I₁=U/R_{1=100/39=2, 56 A.}

Rinnakkaisliitännässä olevien vastusten tehon laskemiseen voidaan käyttää hieman erilaista kaavaa:

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 tiistai.}

Jos lasket kaikki yhteen, saat kaikkien vastusten tehon:

P=P₁+ P₂+ P₃+ P 4_{=50+100+195, 9+256, 4=602, 3 tiistai.}

Sekayhteys

Järjestelmät, joissa vastukset ovat sekoitettu, sisältävät sarja- ja rinnakkaisliitännän samanaikaisesti. Tämä piiri on helppo muuntaa korvaamalla vastusten rinnakkaiskytkentä sarjaan. Voit tehdä tämän korvaamalla ensin vastukset R₂ ja R₆ niiden kokonaisarvolla R_{2, 6, käyttämällä alla olevaa kaavaa:}

R_{2, 6}=R₂∙R₆/R 2_+R6.

Samalla tavalla kaksi rinnakkaista vastusta R₄, R₅ korvataan yhdellä R_{4, 5:}

R_{4, 5}=R₄∙R₅/R 4_+R5_.

Tuloksena on uusi, yksinkertaisempi piiri. Molemmat mallit on esitetty alla.

Vastasten teho sekakytkentäpiirissä määritetään kaavalla:

P=U∙I.

Tämän kaavan laskemiseksi etsi ensin kunkin resistanssin jännite ja sen läpi kulkevan virran määrä. Voit käyttää toista menetelmää vastusten tehon määrittämiseen. Tätä vartenkäytetään kaavaa:

P=U∙I=(I∙R)∙I=I2∙R.

Jos tunnetaan vain jännite vastusten yli, käytetään toista kaavaa:

P=U∙I=U∙(U/R)=U2/R.

Kaikki kolme kaavaa käytetään usein käytännössä.

Piiriparametrien laskenta

Piiriparametrien laskenta on löytää tuntemattomat virrat ja jännitteet kaikista sähköpiirin osista. Näillä tiedoilla voit laskea jokaisen piiriin kuuluvan vastuksen tehon. Yksinkertaiset laskentamenetelmät on esitetty yllä, mutta käytännössä tilanne on monimutkaisempi.

Todellisissa piireissä vastusten kytkentä tähteen ja kolmioon löytyy usein, mikä aiheuttaa merkittäviä vaikeuksia laskelmissa. Tällaisten järjestelmien yksinkertaistamiseksi on kehitetty menetelmiä tähden muuntamiseksi kolmioksi ja päinvastoin. Tämä menetelmä on kuvattu alla olevassa kaaviossa:

Ensimmäisessä piirissä on tähti, joka on kytketty solmuihin 0-1-3. Vastus R1 on kytketty solmuun 1, R3 solmuun 3 ja R5 solmuun 0. Toisessa kaaviossa kolmiovastukset on kytketty solmuihin 1-3-0. Vastukset R1-0 ja R1-3 on kytketty solmuun 1, R1-3 ja R3-0 on kytketty solmuun 3 ja R3-0 ja R1-0 on kytketty solmuun 0. Nämä kaksi järjestelmää ovat täysin samanlaisia.

Ensimmäisestä piiristä toiseen siirtymiseksi lasketaan kolmiovastusten resistanssit:

R1-0=R1+R5+R1∙R5/R3;

R1-3=R1+R3+R1∙R3/R5;

R3-0=R3+R5+R3∙R5/R1.

Lisämuunnokset rajoittuvat rinnakkaisten ja sarjaan kytkettyjen vastusten laskemiseen. Kun piirin impedanssi löydetään, virtalähteen läpi kulkeva virta löydetään Ohmin lain mukaan. Tätä lakia käyttämällä ei ole vaikea löytää virtoja kaikissa haaroissa.

Kuinka määrittää vastusten teho, kun kaikki virrat on löydetty? Käytä tätä varten hyvin tunnettua kaavaa: P=I2∙R, soveltamalla sitä jokaiseen vastukseen, löydämme niiden tehon.

Piirielementtien ominaisuuksien kokeellinen määritys

Elementtien haluttujen ominaisuuksien kokeellisen määrittämiseksi on koottava tietty piiri todellisista komponenteista. Sen jälkeen sähköisten mittauslaitteiden avulla suoritetaan kaikki tarvittavat mittaukset. Tämä menetelmä on työvoimav altainen ja kallis. Sähkö- ja elektroniikkalaitteiden suunnittelijat käyttävät tähän tarkoitukseen simulaatioohjelmia. Niiden avulla tehdään kaikki tarvittavat laskelmat ja mallinnetaan piirielementtien käyttäytymistä eri tilanteissa. Vasta sen jälkeen kootaan teknisen laitteen prototyyppi. Yksi tällainen yleinen ohjelma on National Instrumentsin tehokas Multisim 14.0 -simulointijärjestelmä.

Kuinka määrittää vastusten teho tämän ohjelman avulla? Tämä voidaan tehdä kahdella tavalla. Ensimmäinen menetelmä on mitata virta ja jännite ampeerimittarilla ja volttimittarilla. Kertomalla mittaustulokset saadaan tarvittava teho.

Tästä piiristä määritetään vastusteho R3:

P_{3=U∙I=1, 032∙0, 02=0, 02064 W=20,6 mW.}

Toinen menetelmä on tehon suora mittauswattimittarilla.

Tästä kaaviosta voidaan nähdä, että vastuksen R3 teho on P_{3=20,8 mW. Ensimmäisen menetelmän virheestä johtuva ero on suurempi. Muiden elementtien tehot määritetään samalla tavalla.}