Ako vypočítať odpor proti zostupnému napätiu: Vzorec poklesu odporu, online kalkulačka

Rezistor je jedným z najbežnejších prvkov v elektrickom obvode. S jeho pomocou je prúd obmedzený a napätie sa mení. Pri navrhovaní obvodov je často potrebné vypočítať odpor na zníženie napätia. To je dôležité pri stavbe rozdeľovačov pre digitálne zariadenia alebo napájacie zdroje, takže takéto výpočty by mal zvládnuť každý rádioamatér.

Fyzická definícia

Rezistor je prvok, ktorý sa používa v elektrickom obvode a na svoju činnosť nevyžaduje zdroj energie. Je určený na transformáciu prúdu na napätie a naopak. Okrem toho dokáže premeniť elektrickú energiu na teplo a obmedziť množstvo prúdu. Ale pred výpočtom poklesu napätia na rezistore je vhodné pochopiť podstatu tohto procesu.

Rezistor je veľmi bežný prvok, ktorý sa vyznačuje množstvom parametrov. Hlavné sú:

• odpor;
• množstvo rozptýlenej energie;
• prevádzkové napätie;
• moc;
• odolnosť voči vplyvom prostredia;
• parazitná zložka.

Pasívny elektrický prvok je na schéme označený ako obdĺžnik s dvoma vývodmi zo stredu jeho bočných strán. V strede obrázku môže byť sila označená rímskymi číslicami alebo pomlčkami. Napríklad zvislá čiara predstavuje výdrž článku 1 Watt. Prečiarknutý obdĺžnik v označeniach na diagrame naznačuje, že takýto odpor je premenlivý.

Rezistory môžu byť vyrobené s konštantným a premenlivým odporom. Rôzne posledné sú zastrihávače. Od premenných sa líšia iba spôsobom nastavenia požadovanej hodnoty.

Na schémach a v technickej literatúre je zariadenie označené latinským písmenom R, vedľa ktorého je uvedené sériové číslo a jeho označenie v súlade s Medzinárodným systémom jednotiek (SI). Napríklad R12 5kΩ je 5kΩ rezistor umiestnený v obvode pod číslom 12.

Pri výrobe prvku sa používa odporová vrstva, ktorá môže byť filmová alebo hromadná. Nanáša sa na dielektrickú základňu a na vrchu je pokrytá ochrannou fóliou.

Hodnota odporu

Odpor je základná veličina v elektrických procesoch. Jeho hodnota je vždy spojená s prúdom a napätím. Ich všeobecná závislosť je opísaná pomocou Ohmovho zákona: prúdová sila vznikajúca v obvode je priamo úmerné potenciálnemu rozdielu medzi krajnými bodmi tohto úseku a nepriamo úmerné jeho odpor. Odpor sa zistí z tohto zákona podľa nasledujúceho vzorca:

R = U / I, kde:

• R - odpor v úseku obvodu, Ohm.
• I je prúd pretekajúci touto sekciou, A.
• U je potenciálny rozdiel v uzloch časti obvodu, V.

V skutočnosti je odpor prvku určený jeho fyzikálnou štruktúrou a je spôsobený vibráciami atómov v kryštálovej mriežke. Preto sa všetky materiály líšia na vodiče, polovodiče a dielektrika v závislosti od schopnosti viesť elektrinu.

Prúd je riadený pohyb nosičov náboja. Pre jej vznik je potrebné, aby látka mala voľné elektróny. Ak sa na takéto fyzické telo aplikuje elektrické pole, potom náboje, ktoré pohybuje, začnú narážať na štrukturálne nehomogenity. Tieto defekty vznikajú v dôsledku rôznych nečistôt, narušenia periodicity mriežky a teplotných výkyvov. Elektrón, ktorý ich zasiahne, spotrebuje energiu, ktorá sa premení na teplo. V dôsledku toho náboj stráca hybnosť a veľkosť potenciálneho rozdielu sa znižuje.

Ohmov zákon však neplatí pre všetky látky. V elektrolytoch, dielektrikách a polovodičoch nie je vždy pozorovaný lineárny vzťah medzi týmito tromi veličinami. Odolnosť takýchto látok závisí od fyzikálnych parametrov vodiča, a to od jeho dĺžky a plochy prierezu, pričom je citlivý na zmeny teploty.

Táto závislosť je opísaná pomocou vzorca R = p * l / S. To znamená, že odpor je priamo úmerný dĺžke a nepriamo úmerný ploche vodiča. Hodnota p sa nazýva rezistivita a je určená typom materiálu. Jeho hodnota je prevzatá z adresára.

Impedancia odporu

Ohmov zákon platí pre ideálny odpor bez parazitného odporu. Impedancia (impedancia) je určená na základe ekvivalentného obvodu. Presný výpočet odporu na zníženie napätia sa musí vykonať pomocou iných vzorcov. Ekvivalentný odporový obvod okrem aktívnej impedancie obsahuje aj kapacitný a indukčný odpor.

Prvý vedie k pomalému hromadeniu náboja, ktorý sa rozptýli pri zmene smeru prúdu. Čím väčšia je parazitná kapacita, tým dlhšie trvá nabíjanie. V súlade s tým, čím rýchlejšie prúd mení svoj smer, tým nižší je jeho kapacitný odpor. Druhý je charakterizovaný magnetickým poľom, ktorého vzhľad zabraňuje zmene smeru prúdu, takže čím rýchlejšie prúd mení svoj pohyb, tým väčší je indukčný odpor.

Impedancia sa vypočíta pomocou vzorcaI = U/Z, kde Z = (R2 + (Xc-Xl)2) 1/2. Kde:

• R - aktívna hodnota, R = p * l / s.
• Xc - kapacitné množstvo, Xc = 1 / w * C.
• Xl - indukčná veličina, Xl = w * C.
• w je cyklická frekvencia, w = 2πƒ.

Keď poznáte celkový odpor odporu, môžete presnejšie vypočítať pokles napätia v ňom. Ale na meranie parazitných komponentov budete musieť použiť vysoko špecializované nástroje. V konvenčných výpočtoch sa odpor počíta iba s jeho aktívnou hodnotou a parazitné hodnoty sa považujú za zanedbateľné.

Paralelné pripojenie

V elektrických obvodoch sa na úsekoch obvodu používa paralelné aj sériové pripojenie. Prvým je obvod, v ktorom je každý z jeho prvkov spojený s druhým oboma kontaktmi, ale medzi jeho vlastnými svorkami neexistuje priame elektrické spojenie. T. e. existujú dva body (elektrické uzly), ku ktorým je pripojených niekoľko odporov.

Pri takomto zapnutí sa prúd prechádzajúci uzlom začne štiepiť a každým prvkom potečie iná hodnota. Množstvo prúdu na každom prvku bude priamo úmerné odporu odporu, takže celková vodivosť v tejto časti sa zvýši a jeho impedancia sa zníži.

Vzorec, pomocou ktorého môžete vypočítať celkovú vodivosť, vyzerá takto: G = 1 / Rtotal = 1 / R1 + 1 / R2 +… + 1 / Rn, kde n - označuje sériové číslo odporu v obvode.

Transformáciou tohto vzorca získate výraz v tvare: R celkom = 1 / G = (R1 * R2 *… * Rn) / (R1 * R2 + R2 * Rn +… + R1 * Rn. Po analýze možno usúdiť, že pri paralelnom zapojení bude impedancia vždy menšia ako najmenšia hodnota jednotlivca odpor.

Pri takomto spojení je napätie medzi uzlami súčasne celkovým rozdielom potenciálov pre celú sekciu a cez každý jednotlivý odpor. Ak teda vypočítame úbytok napätia na jednom zariadení, potom bude rovnaký na akomkoľvek paralelne pripojenom prvku: U celkom = U 1 = U 2 =… = U n.

Ale elektrický prúd prechádzajúci samostatným prvkom na základe Ohmovho zákona sa bude rovnať: I Rn = U Rn / R n.

Sekvenčné zaradenie

Toto je názov spojenia dvoch alebo viacerých rezistorov do jednej časti obvodu, v ktorej sú navzájom spojené iba v jednom bode. Impedancia v sériovom zapojení je definovaná ako súčet odporov každého jednotlivého prvku: Rtotal = R1 + R2 +… + Rn.

V dôsledku toho sa prúd pretekajúci takýmto obvodom bude po prechode cez sériovo zapojený odpor zmenšovať. Čím viac prvkov bude v reťazci, tým ťažšie bude pre neho prejsť všetkými. Jeho celková hodnota je teda definovaná ako Itotal = U / (R1 + R2 +… + Rn).

Preto možno tvrdiť, že v sériovom zapojení existuje len jedna cesta pre tok prúdu. Čím väčší je počet odporov v linke, tým menší prúd bude v tejto časti.

Pokles potenciálneho rozdielu pri tomto type pripojenia na každom prvku bude mať svoju vlastnú hodnotu. Určuje sa podľa vzorca URn = IRn * Rn a čím väčšia je impedancia prvku, tým viac energie sa v ňom uvoľní.

Výpočet deliča napätia

Odporový delič napätia je základným obvodom na znižovanie napätia. Môže pozostávať z dvoch alebo viacerých prvkov. Najjednoduchší oddeľovač môže byť reprezentovaný vo forme dvoch častí reťaze, ktoré sa nazývajú ramená. Jeden z nich, ktorý sa nachádza medzi kladným bodom potenciálu a nulovým bodom, je horný a druhý, medzi záporným a mínusovým bodom, je dolný.

Tento obvod sa používa na zníženie napätia v obvodoch jednosmerného aj striedavého prúdu. Podstata procesu je nasledovná.

• Napätie U sa aplikuje na odporový obvod z napájacieho zdroja.
• Prúd začne pretekať cez odpory v sériovej časti obvodu tvorenej odpormi R1 a R2.
• V dôsledku toho sa na každom z nich uvoľní určité množstvo energie, t.j. dochádza k poklesu napätia.

Súčet napätí na celom výkyve vedenia sa rovná hodnote rozdielu potenciálov zdroja energie. V súlade so vzorcom: U = I * R je pokles napätia priamo úmerný sile prúdu a hodnote odporu. Vzhľadom na to, že prúd pretekajúci cez odpory je rovnaký, budú platiť vzorce U1 = I * R1 a U2 = I * R2.

Potom sa celkový pokles napätia na úseku bude rovnať U = I * (R1 + R2). Na základe toho môžete nájsť aktuálnu silu: I = U / (R1 + R2). Pomocou týchto dvoch výrazov môžete získať konečné vzorce na výpočet poklesu napätia na každom prvku:

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

Praktická aplikácia takéhoto deliča je veľmi bežná kvôli jednoduchosti realizácie zníženia napätia. Predpokladajme napríklad, že napájací zdroj má výstup 12 V a záťaž musí byť napájaná 6 V, pričom jeho odpor je 10 kOhm. Na vyriešenie takéhoto problému sa odporúča použiť odpory, ktorých odpor je desaťkrát menší ako hodnota zaťaženia, preto ak vezmeme R 1 = 1 kΩ a dosadíme všetky známe hodnoty do vzorca pre napätie na rezistore, ukáže sa, že 6 = R 2 * 12 (1000+ R 2), teda R 2 = 1 kOhm.

Teraz, keď poznáte všetky hodnoty, môžete skontrolovať presnosť výpočtu. Pokles potenciálneho rozdielu na prvom prvku sa vypočíta ako U 1 = 1 000 * 12 / (1 000 + 1 000) = 6 V a celkové napätie - Utot = U 1 + U 2 = 12 V, čo zodpovedá hodnote zdroja energie.

Treba poznamenať, že použitie sťahovacích odporov sa používa iba pri nízkom výkone záťaže, keďže časť energie sa premieňa na teplo a účinnosť (účinnosť) je veľmi krátky.

Výpočty online

Pomocou programovacích jazykov (Java, Python, PHP) sa vytvárajú aplikácie, ktoré umožňujú online výpočet požadovaných parametrov rezistora na odstránenie požadovanej hodnoty napätia z neho. Skripty, ktoré píšu, obsahujú všetky potrebné vzorce a výpočtové algoritmy. Preto po zadaní počiatočných údajov bude možné získať výsledok doslova za sekundu.

Zvyčajne ponúkané online kalkulačky obsahujú pre prehľadnosť grafické znázornenie obvodu. Odporúčané charakteristiky pre vstup sú zvyčajne:

• vstupné napätie, V;
• podpätie, V;
• odpor Rn, Ohm.

Upozorňujeme, že všetky hodnoty sú zadané v súlade s SI.

Po zadaní údajov a stlačení tlačidla "Vypočítať" programy okrem priameho určenia požadovaného odporu najčastejšie udávajú minimálnu hodnotu požadovaného výkonu prvkov.

Preto nie je také ťažké vypočítať pokles napätia na odporovom prvku. Aby ste to dosiahli, musíte poznať vlastnosti paralelného a sériového pripojenia, ako aj Ohmov zákon. A ak je v reťazci veľa prvkov, môžete použiť online kalkulačky.