Come calcolare la resistenza alla tensione di riduzione: formula di caduta del resistore, calcolatrice online

Il resistore è uno degli elementi più comuni in un circuito elettrico. Con il suo aiuto, la corrente è limitata e la tensione cambia. Quando si progettano circuiti, è spesso necessario calcolare la resistenza per ridurre la tensione. Questo è importante quando si costruiscono divisori per dispositivi digitali o alimentatori, quindi ogni radioamatore dovrebbe essere in grado di eseguire tali calcoli.

Definizione fisica

Un resistore è un elemento che viene utilizzato in un circuito elettrico e non richiede una fonte di alimentazione per il suo funzionamento. È progettato per trasformare la corrente in tensione e viceversa. Inoltre, può convertire l'energia elettrica in calore e limitare la quantità di corrente. Ma prima di calcolare la caduta di tensione attraverso il resistore, è consigliabile comprendere l'essenza di questo processo.

Un resistore è un elemento molto comune, caratterizzato da una serie di parametri. I principali sono:

• resistenza;
• la quantità di energia dissipata;
• tensione di esercizio;
• potenza;
• resistenza alle influenze ambientali;
• componente parassita.

Un elemento elettrico passivo è indicato nello schema come un rettangolo con due conduttori dal centro dei suoi lati laterali. Al centro della figura, la potenza può essere indicata in numeri romani o trattini. Ad esempio, la barra verticale rappresenta la potenza di tenuta della cella di 1 Watt. Il rettangolo barrato nelle designazioni sul diagramma indica che tale resistore è variabile.

I resistori possono essere prodotti con resistenza costante e variabile. Una varietà di questi ultimi sono trimmer. Differiscono dalle variabili solo nel modo di impostare il valore desiderato.

Sugli schemi e nella letteratura tecnica, il dispositivo è indicato dalla lettera latina R, accanto alla quale sono indicati il ​​numero di serie e la sua denominazione secondo il Sistema Internazionale di Unità (SI). Ad esempio, R12 5kΩ è un resistore da 5kΩ situato nel circuito al numero 12.

Nella fabbricazione dell'elemento viene utilizzato uno strato resistivo, che può essere film o bulk. Viene applicato su una base dielettrica e ricoperto sulla parte superiore con una pellicola protettiva.

Valore di resistenza

La resistenza è una grandezza fondamentale nei processi elettrici. Il suo valore è invariabilmente correlato alla corrente e alla tensione. La loro dipendenza generale è descritta usando la legge di Ohm: la forza attuale che sorge nella sezione del circuito è direttamente proporzionale alla differenza di potenziale tra i punti estremi di questa sezione e inversamente proporzionale alla sua resistenza. La resistenza si trova da questa legge secondo la seguente formula:

R = U/I, dove:

• R - resistenza nella sezione del circuito, Ohm.
• I è la corrente che scorre attraverso questa sezione, A.
• U è la differenza di potenziale ai nodi di una parte del circuito, V.

Infatti la resistenza di un elemento è determinata dalla sua struttura fisica ed è dovuta alle vibrazioni degli atomi nel reticolo cristallino. Pertanto, tutti i materiali si differenziano in conduttori, semiconduttori e dielettrici, a seconda della capacità di condurre elettricità.

La corrente è il movimento diretto dei portatori di carica. Per il suo verificarsi, è necessario che la sostanza abbia elettroni liberi. Se un campo elettrico viene applicato a un tale corpo fisico, le cariche che muove inizieranno a scontrarsi con disomogeneità strutturali. Questi difetti si formano a causa di varie impurità, violazione della periodicità reticolare e fluttuazioni termiche. Colpendoli, l'elettrone consuma energia, che viene convertita in calore. Di conseguenza, la carica perde quantità di moto e l'entità della differenza di potenziale diminuisce.

Ma la legge di Ohm non è applicabile a tutte le sostanze. Negli elettroliti, nei dielettrici e nei semiconduttori non si osserva sempre una relazione lineare tra le tre quantità. La resistenza di tali sostanze dipende dai parametri fisici del conduttore, ovvero dalla sua lunghezza e dalla sua sezione trasversale, mentre è sensibile alle variazioni di temperatura.

Questa dipendenza è descritta usando la formula R = p * l / S. Cioè, la resistenza è direttamente proporzionale alla lunghezza e inversamente proporzionale all'area del conduttore. Il valore p è chiamato resistività ed è determinato dal tipo di materiale. Il suo valore è preso dalla directory.

Impedenza del resistore

La legge di Ohm si applica a un resistore ideale senza resistenza parassita. L'impedenza (impedenza) è determinata in base al circuito equivalente. Il calcolo esatto della resistenza per abbassare la tensione deve essere effettuato utilizzando altre formule. Il circuito del resistore equivalente, oltre all'impedenza attiva, contiene anche una resistenza capacitiva e induttiva.

Il primo porta ad un lento accumulo di carica, che si dissipa quando cambia la direzione della corrente. Maggiore è la capacità parassita, maggiore è il tempo necessario per caricare. Di conseguenza, più velocemente la corrente cambia direzione, minore è la sua resistenza capacitiva. Il secondo è caratterizzato da un campo magnetico, il cui aspetto impedisce alla corrente di cambiare direzione, quindi, più velocemente la corrente cambia il suo moto, maggiore diventa la resistenza induttiva.

L'impedenza si calcola con la formula: I = U / Z, dove Z = (R2 + (Xc-Xl) 2) ½. In cui si:

• R - valore attivo, R = p * l / s.
• Xc - quantità capacitiva, Xc = 1 / w * C.
• Xl - quantità induttiva, Xl = w * C.
• w è la frequenza ciclica, w = 2πƒ.

Conoscendo la resistenza totale del resistore, è possibile calcolare con maggiore precisione la caduta di tensione al suo interno. Ma per misurare i componenti parassiti, sarà necessario utilizzare strumenti altamente specializzati. Nei calcoli convenzionali, la resistenza viene calcolata tenendo conto solo del suo valore attivo e i valori parassiti sono considerati trascurabili.

Connessione parallela

Nei circuiti elettrici, sulle sezioni del circuito vengono utilizzate sia la connessione parallela che quella seriale. Il primo è un circuito in cui ciascuno dei suoi elementi è collegato all'altro da entrambi i contatti, ma non esiste un collegamento elettrico diretto tra i propri terminali. T. e. ci sono due punti (nodi elettrici) a cui sono collegati più resistori.

Con una tale accensione, la corrente che passa attraverso il nodo inizia a dividersi e un valore diverso scorrerà attraverso ciascun elemento. La quantità di corrente su ciascun elemento sarà direttamente proporzionale alla resistenza del resistore, quindi la conduttanza totale in questa sezione aumenterà e la sua impedenza diminuirà.

La formula con cui è possibile calcolare la conducibilità totale si presenta così: G = 1 / Rtotal = 1 / R1 + 1 / R2 +… + 1 / Rn, dove n - indica il numero di serie del resistore nel circuito.

Trasformando questa formula, si ottiene un'espressione della forma: R totale = 1 / G = (R1 * R2 *… * Rn) / (R1 * R2 + R2 * Rn +… + R1 * Rn. Dopo averlo analizzato, si può concludere che quando collegati in parallelo, l'impedenza sarà sempre inferiore al valore più piccolo dell'individuo resistore.

Con una tale connessione, la tensione tra i nodi è contemporaneamente la differenza di potenziale totale per l'intera sezione e attraverso ogni singolo resistore. Pertanto, se calcoliamo la caduta di tensione su un dispositivo, sarà la stessa su qualsiasi elemento collegato in parallelo: U total = U 1 = U 2 =… = U n.

Ma la corrente elettrica che passa attraverso un elemento separato, in base alla legge di Ohm, sarà uguale a: I Rn = U Rn / R n.

Inclusione sequenziale

Questo è il nome della combinazione di due o più resistori in una sezione del circuito, in cui sono collegati tra loro solo in un punto. L'impedenza nel collegamento in serie è definita come la somma delle resistenze di ogni singolo elemento: Rtotale = R1 + R2 +… + Rn.

Di conseguenza, la corrente che scorre attraverso un tale circuito diventerà sempre meno dopo aver attraversato un resistore collegato in serie. Più elementi ci sono nella catena, più difficile sarà per lui attraversarli tutti. Pertanto, il suo valore complessivo è definito come Itotal = U / (R1 + R2 +… + Rn).

Pertanto, si può sostenere che nella connessione in serie esiste un solo percorso per il flusso di corrente. Maggiore è il numero di resistori nella linea, minore sarà la corrente in questa sezione.

Il calo della differenza di potenziale con questo tipo di connessione ad ogni elemento avrà un suo valore. È determinato dalla formula URn = IRn * Rn e maggiore è l'impedenza dell'elemento, più energia verrà rilasciata in esso.

Calcolo del partitore di tensione

Un partitore di tensione resistivo è un circuito di base per abbassare la tensione. Può essere costituito da due o più elementi. Il divisore più semplice può essere rappresentato sotto forma di due sezioni della catena, chiamate spalle. Uno di questi, che si trova tra il punto positivo del potenziale e il punto zero, è quello superiore e l'altro, tra quello negativo e quello negativo, è quello inferiore.

Questo circuito viene utilizzato per ridurre la tensione in entrambi i circuiti CC e CA. L'essenza del processo è la seguente.

• La tensione U viene applicata al circuito resistivo dall'alimentatore.
• La corrente inizia a fluire attraverso i resistori nella sezione in serie del circuito formato dai resistori R1 e R2.
• Di conseguenza, su ciascuno di essi viene rilasciata una certa quantità di energia, ad es. si verifica una caduta di tensione.

La somma delle tensioni su tutta l'oscillazione della linea è uguale al valore della differenza di potenziale della fonte di alimentazione. Secondo la formula: U = I * R, la caduta di tensione è direttamente proporzionale all'intensità della corrente e al valore della resistenza. Considerando che la corrente che scorre attraverso i resistori è la stessa, saranno valide le formule U1 = I * R1 e U2 = I * R2.

Quindi la caduta di tensione totale attraverso la sezione sarà uguale a U = I * (R1 + R2). Sulla base di questo, puoi trovare la forza attuale: I = U / (R1 + R2). Usando queste due espressioni, puoi ottenere le formule finali per calcolare la caduta di tensione su ciascun elemento:

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

L'applicazione pratica di un tale divisore è molto comune a causa della semplicità dell'implementazione della riduzione della tensione. Ad esempio, supponiamo che l'alimentatore emetta 12 V e che il carico debba essere alimentato con 6 V, mentre la sua resistenza è 10 kOhm. Per risolvere un tale problema, si consiglia di utilizzare resistori la cui resistenza è dieci volte inferiore al valore di carico, quindi, prendendo R 1 = 1 kΩ e sostituendo tutti i valori noti nella formula per la tensione ai capi del resistore, risulta che 6 = R 2 * 12 (1000+ R 2) quindi R 2 = 1 kOhm.

Ora, conoscendo tutti i valori, puoi verificare l'accuratezza del calcolo. La caduta della differenza di potenziale attraverso il primo elemento viene calcolata come U 1 = 1000 * 12 / (1000 + 1000) = 6 V e la tensione totale - Utot = U 1+ U 2 = 12 V, che corrisponde al valore della fonte di alimentazione.

Va notato che l'uso di resistori pull-down viene utilizzato solo con bassa potenza carichi, poiché parte dell'energia viene convertita in calore e l'efficienza (efficienza) è molto breve.

Calcoli online

Con l'aiuto dei linguaggi di programmazione (Java, Python, PHP), vengono create applicazioni che consentono il calcolo online dei parametri del resistore richiesti per rimuovere da esso il valore di tensione richiesto. Gli script da loro scritti contengono tutte le formule e gli algoritmi di calcolo necessari. Pertanto, dopo aver inserito i dati iniziali, letteralmente in un secondo sarà possibile ottenere il risultato.

Di solito, i calcolatori online offerti contengono una rappresentazione grafica del circuito per chiarezza. Le caratteristiche suggerite per l'input sono solitamente:

• tensione di ingresso, V;
• sottotensione, V;
• resistenza Rn, Ohm.

Si prega di notare che tutti i valori sono inseriti in conformità con il SI.

Dopo aver inserito i dati e aver premuto il pulsante "Calcola", oltre a determinare direttamente la resistenza richiesta, i programmi più spesso forniscono il valore minimo della potenza richiesta degli elementi.

Pertanto, non è così difficile calcolare la caduta di tensione su un elemento resistivo. Per fare ciò, è necessario conoscere le caratteristiche della connessione parallela e seriale, nonché la legge di Ohm. E se ci sono molti elementi nella catena, puoi usare i calcolatori online.