Jak vypočítat odpor proti poklesu napětí: Vzorec poklesu odporu, online kalkulačka

Rezistor je jedním z nejběžnějších prvků v elektrickém obvodu. S jeho pomocí se omezuje proud a mění se napětí. Při návrhu obvodů je často nutné vypočítat odpor pro snížení napětí. To je důležité při stavbě děličů pro digitální zařízení nebo napájecí zdroje, takže takové výpočty by měl umět každý radioamatér.

Fyzikální definice

Rezistor je prvek, který se používá v elektrickém obvodu a ke své činnosti nepotřebuje zdroj energie. Je určen k přeměně proudu na napětí a naopak. Navíc dokáže přeměnit elektrickou energii na teplo a omezit množství proudu. Ale před výpočtem poklesu napětí na rezistoru je vhodné pochopit podstatu tohoto procesu.

Rezistor je velmi běžný prvek, který se vyznačuje řadou parametrů. Hlavní jsou:

• odpor;
• množství rozptýlené energie;
• provozní napětí;
• Napájení;
• odolnost vůči vlivům prostředí;
• parazitní složka.

Pasivní elektrický prvek je ve schématu označen jako obdélník se dvěma vývody ze středu jeho bočních stran. Uprostřed obrázku může být síla označena římskými číslicemi nebo pomlčkami. Například svislý pruh představuje výdrž článku 1 Watt. Přeškrtnutý obdélník v označení na diagramu znamená, že takový odpor je proměnný.

Rezistory lze vyrábět s konstantním a proměnným odporem. Různé posledně jmenované jsou zastřihovače. Od proměnných se liší pouze způsobem nastavení požadované hodnoty.

Na schématech a v technické literatuře je zařízení označeno latinským písmenem R, vedle kterého je uvedeno sériové číslo a jeho označení v souladu s Mezinárodní soustavou jednotek (SI). Například R12 5kΩ je 5kΩ rezistor umístěný v obvodu pod číslem 12.

Při výrobě prvku se používá odporová vrstva, která může být filmová nebo objemná. Nanáší se na dielektrickou základnu a nahoře je pokryta ochrannou fólií.

Hodnota odporu

Odpor je základní veličinou v elektrických procesech. Jeho hodnota je vždy závislá na proudu a napětí. Jejich obecná závislost je popsána pomocí Ohmova zákona: proudová síla vznikající v obvodové části je přímo úměrné potenciálnímu rozdílu mezi krajními body tohoto úseku a nepřímo úměrné jeho odpor. Odpor se zjistí z tohoto zákona podle následujícího vzorce:

R = U / I, kde:

• R - odpor v části obvodu, Ohm.
• I je proud protékající touto sekcí, A.
• U je potenciální rozdíl v uzlech části obvodu, V.

Ve skutečnosti je odpor prvku určen jeho fyzikální strukturou a je způsoben vibracemi atomů v krystalové mřížce. Proto se všechny materiály v závislosti na schopnosti vést elektřinu liší na vodiče, polovodiče a dielektrika.

Proud je řízený pohyb nosičů náboje. Pro jeho výskyt je nutné, aby látka měla volné elektrony. Pokud se na takové fyzické tělo aplikuje elektrické pole, pak náboje, které pohybuje, začnou kolidovat se strukturálními nehomogenitami. Tyto defekty vznikají v důsledku různých nečistot, porušení periodicity mřížky a teplotních výkyvů. Při jejich dopadu elektron spotřebovává energii, která se přeměňuje na teplo. V důsledku toho náboj ztrácí hybnost a velikost rozdílu potenciálů se snižuje.

Ohmův zákon ale neplatí pro všechny látky. V elektrolytech, dielektrikách a polovodičích není vždy pozorován lineární vztah mezi těmito třemi veličinami. Odolnost těchto látek závisí na fyzikálních parametrech vodiče, konkrétně na jeho délce a ploše průřezu, přičemž je citlivý na změny teploty.

Tato závislost je popsána pomocí vzorce R = p * l / S. To znamená, že odpor je přímo úměrný délce a nepřímo úměrný ploše vodiče. Hodnota p se nazývá rezistivita a je určena typem materiálu. Jeho hodnota je převzata z adresáře.

Impedance rezistoru

Ohmův zákon platí pro ideální rezistor bez parazitního odporu. Impedance (impedance) je určena na základě ekvivalentního obvodu. Přesný výpočet odporu pro snížení napětí musí být proveden pomocí jiných vzorců. Obvod ekvivalentního rezistoru obsahuje kromě aktivní impedance také kapacitní a indukční odpor.

První vede k pomalému hromadění náboje, který se při změně směru proudu rozptýlí. Čím větší je parazitní kapacita, tím déle trvá nabíjení. V souladu s tím, čím rychleji proud mění svůj směr, tím nižší je jeho kapacitní odpor. Druhý je charakterizován magnetickým polem, jehož vzhled brání proudu ve změně směru, takže čím rychleji proud mění svůj pohyb, tím větší je indukční odpor.

Impedance se vypočítá pomocí vzorce: I = U/Z, kde Z = (R2 + (Xc-Xl) 2) 1/2. Kde:

• R - aktivní hodnota, R = p * l / s.
• Xc - kapacitní veličina, Xc = 1 / w * C.
• Xl - indukční veličina, Xl = w * C.
• w je cyklická frekvence, w = 2πƒ.

Když znáte impedanci rezistoru, můžete přesněji vypočítat pokles napětí na něm. Ale k měření parazitních složek budete muset použít vysoce specializované přístroje. V konvenčních výpočtech se odpor počítá pouze s jeho aktivní hodnotou a parazitní hodnoty jsou brány jako zanedbatelné.

Paralelní připojení

V elektrických obvodech se na úsecích obvodu používá paralelní i sériové zapojení. První je obvod, ve kterém je každý jeho prvek spojen s druhým oběma kontakty, ale mezi jeho vlastními svorkami není žádné přímé elektrické spojení. T. E. existují dva body (elektrické uzly), ke kterým je připojeno několik rezistorů.

S tímto zahrnutím se proud procházející uzlem začne dělit a každým prvkem poteče jiná hodnota. Velikost proudu na každém prvku bude přímo úměrná odporu rezistoru, takže celková vodivost v této sekci se zvýší a jeho impedance se sníží.

Vzorec, pomocí kterého můžete vypočítat celkovou vodivost, vypadá takto: G = 1 / Rtotal = 1 / R1 + 1 / R2 +… + 1 / Rn, kde n - označuje sériové číslo rezistoru v obvodu.

Transformací tohoto vzorce získáte výraz ve tvaru: R celkem = 1 / G = (R1 * R2 *… * Rn) / (R1 * R2 + R2 * Rn +… + R1 * Rn. Po analýze lze usoudit, že při paralelním zapojení bude impedance vždy menší než nejmenší hodnota jednotlivce odpor.

Při takovém zapojení je napětí mezi uzly současně celkovým rozdílem potenciálů pro celý úsek a na každém jednotlivém rezistoru. Pokud tedy spočítáme úbytek napětí na jednom zařízení, pak bude stejný na jakémkoli paralelně připojeném prvku: U celkem = U 1 = U 2 =… = U n.

Ale elektrický proud procházející samostatným prvkem na základě Ohmova zákona bude roven: I Rn = U Rn / R n.

Sekvenční zařazení

Toto je název spojení dvou nebo více rezistorů do jednoho úseku řetězce, ve kterém jsou vzájemně spojeny pouze v jednom bodě. Impedance v sériovém zapojení je definována jako součet odporů každého jednotlivého prvku: Rtotal = R1 + R2 +… + Rn.

V důsledku toho se proud protékající takovým obvodem bude po průchodu sériově zapojeným odporem zmenšovat. Čím více prvků bude v řetězci, tím obtížnější pro něj bude všechny projít. Jeho celková hodnota je tedy definována jako Itot = U / (R1 + R2 +… + Rn).

Proto lze tvrdit, že v sériovém zapojení existuje pouze jedna cesta pro tok proudu. Čím větší je počet rezistorů ve vedení, tím menší proud bude v této sekci.

Pokles potenciálového rozdílu u tohoto typu připojení u každého prvku bude mít svou vlastní hodnotu. Je určena vzorcem URn = IRn * Rn a čím větší impedance prvku, tím více energie se v něm uvolní.

Výpočet děliče napětí

Odporový dělič napětí je základní obvod pro snižování napětí. Může se skládat ze dvou nebo více prvků. Nejjednodušší oddělovač může být reprezentován ve formě dvou částí řetězce, které se nazývají ramena. Jeden z nich, který se nachází mezi kladným bodem potenciálu a nulovým bodem, je horní a druhý, mezi záporným a mínusovým bodem, je spodní.

Tento obvod se používá ke snížení napětí ve stejnosměrném i střídavém obvodu. Podstata procesu je následující.

• Napětí U je přivedeno do odporového obvodu z napájecího zdroje.
• Proud začíná protékat odpory v sériové části obvodu tvořeného odpory R1 a R2.
• Díky tomu se na každém z nich uvolní určité množství energie, tzn. dochází k poklesu napětí.

Součet napětí na celém výkyvu vedení se rovná hodnotě rozdílu potenciálů zdroje. Podle vzorce: U = I * R je pokles napětí přímo úměrný síle proudu a hodnotě odporu. Vzhledem k tomu, že proud protékající odpory je stejný, budou platit vzorce U1 = I * R1 a U2 = I * R2.

Potom bude celkový úbytek napětí na úseku roven U = I * (R1 + R2). Na základě toho můžete zjistit aktuální sílu: I = U / (R1 + R2). Pomocí těchto dvou výrazů můžete získat konečné vzorce pro výpočet poklesu napětí na každém prvku:

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

Praktická aplikace takového děliče je velmi častá z důvodu jednoduchosti provedení redukce napětí. Předpokládejme například, že napájecí zdroj má výstup 12 V a zátěž potřebuje napájet 6 V, přičemž jeho odpor je 10 kOhm. K vyřešení takového problému se doporučuje použít rezistory, jejichž odpor je desetkrát menší než hodnota zatížení, proto, vezmeme-li R 1 = 1 kΩ a dosadíme všechny známé hodnoty do vzorce pro napětí na rezistoru, ukáže se, že 6 = R 2 * 12 (1000+ R 2), tedy R 2 = 1 kOhm.

Nyní, když znáte všechny hodnoty, můžete zkontrolovat přesnost výpočtu. Pokles potenciálového rozdílu na prvním prvku se vypočítá jako U 1 = 1000 * 12 / (1000 + 1000) = 6 V a celkové napětí - Utot = U 1+ U 2 = 12 V, což odpovídá hodnotě zdroje energie.

Je třeba poznamenat, že použití pull-down rezistorů se používá pouze s nízkým výkonem zatížení, protože část energie se přemění na teplo a účinnost (účinnost) je velmi krátký.

Výpočty online

S pomocí programovacích jazyků (Java, Python, PHP) jsou vytvářeny aplikace, které umožňují online výpočet požadovaných parametrů rezistoru pro odstranění požadované hodnoty napětí z něj. Jimi napsané skripty obsahují všechny potřebné vzorce a výpočetní algoritmy. Proto po zadání počátečních údajů bude možné získat výsledek doslova za sekundu.

Obvykle nabízené online kalkulačky obsahují pro přehlednost grafické znázornění obvodu. Doporučené vlastnosti pro vstup jsou obvykle:

• vstupní napětí, V;
• podpětí, V;
• odpor Rn, Ohm.

Vezměte prosím na vědomí, že všechny hodnoty jsou zadány v souladu s SI.

Po zadání údajů a stisknutí tlačítka "Vypočítat" programy kromě přímého určení požadovaného odporu nejčastěji vydávají minimální hodnotu požadovaného výkonu prvků.

Není tedy tak obtížné vypočítat úbytek napětí na odporovém prvku. Chcete-li to provést, musíte znát vlastnosti paralelního a sériového připojení a také Ohmův zákon. A pokud je v řetězci mnoho prvků, můžete použít online kalkulačky.