Tất cả các thiết bị điện tử đều chứa điện trở làm thành phần chính của chúng. Nó được sử dụng để thay đổi lượng dòng điện trong mạch điện. Bài báo trình bày các đặc tính của điện trở và phương pháp tính công suất của chúng.
Chỉ định điện trở
Điện trở dùng để điều chỉnh dòng điện trong mạch điện. Thuộc tính này được định nghĩa bởi Định luật Ohm:
I=U / R (1)
Từ công thức (1) ta thấy rõ rằng điện trở càng thấp thì dòng điện tăng càng mạnh và ngược lại giá trị R càng nhỏ thì dòng điện càng lớn. Đó là tính chất này của điện trở được sử dụng trong kỹ thuật điện. Dựa trên công thức này, các mạch phân chia dòng điện được tạo ra, được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện.
Trong đoạn mạch này, cường độ dòng điện từ nguồn chia làm hai, tỉ lệ nghịch với điện trở của các điện trở.
Bên cạnh quy định hiện tại, điện trở được sử dụng trong bộ phân áp. Trong trường hợp này, định luật Ohm được sử dụng lại, nhưng ở dạng hơi khác:
Ư=I ∙ R (2)
Từ công thức (2) ta thấy rằng khi điện trở tăng, điện áp tăng. Tài sản nàydùng để chế tạo mạch phân áp.
Từ sơ đồ và công thức (2) rõ ràng là điện áp trên các điện trở được phân bố tương ứng với các điện trở.
Hình ảnh của điện trở trên sơ đồ
Theo tiêu chuẩn, điện trở được mô tả như một hình chữ nhật với kích thước 10 x 4 mm và được ký hiệu bằng chữ R. Công suất của điện trở thường được chỉ ra trên sơ đồ. Hình ảnh của chỉ số này được thực hiện bởi các đường xiên hoặc đường thẳng. Nếu công suất lớn hơn 2 watt, thì ký hiệu được thực hiện bằng số La Mã. Điều này thường được thực hiện đối với điện trở quấn dây. Một số tiểu bang, chẳng hạn như Hoa Kỳ, sử dụng các quy ước khác. Để tạo điều kiện thuận lợi cho việc sửa chữa và phân tích mạch, sức mạnh của các điện trở thường được đưa ra, việc chỉ định chúng được thực hiện theo GOST 2.728-74.
Thông số thiết bị
Đặc tính chính của điện trở là điện trở danh định Rn, được chỉ ra trên sơ đồ gần điện trở và trên vỏ của nó. Đơn vị của điện trở là ohm, kiloohm và megaohm. Điện trở được chế tạo với điện trở từ phần nhỏ của một ohm đến hàng trăm megaohms. Có rất nhiều công nghệ sản xuất điện trở, tất cả chúng đều có cả ưu điểm và nhược điểm. Về nguyên tắc, không có công nghệ nào cho phép sản xuất điện trở chính xác tuyệt đối với giá trị điện trở nhất định.
Đặc điểm quan trọng thứ hai là độ lệch điện trở. Nó được đo bằng% của R.giá trị ± 0,001%.
Đặc điểm quan trọng tiếp theo là sức mạnh của các điện trở. Trong quá trình hoạt động, chúng nóng lên do dòng điện đi qua chúng. Nếu công suất tiêu thụ vượt quá giá trị cho phép, thiết bị sẽ bị lỗi.
Điện trở thay đổi điện trở của chúng khi bị nung nóng, vì vậy, đối với các thiết bị hoạt động trong phạm vi nhiệt độ rộng, một đặc tính nữa được đưa ra - hệ số nhiệt độ của điện trở. Nó được đo bằng ppm / ° C, tức là 10-6Rn/ ° C (một phần triệu Rn x 1 ° C).
Kết nối loạt của điện trở
Điện trở có thể được kết nối theo ba cách khác nhau: nối tiếp, song song và hỗn hợp. Khi mắc nối tiếp, dòng điện lần lượt đi qua tất cả các điện trở.
Với cách mắc như vậy, cường độ dòng điện tại bất kỳ điểm nào trong mạch là như nhau, nó có thể được xác định bằng định luật Ôm. Tổng trở của đoạn mạch trong trường hợp này bằng tổng các điện trở:
R=200 + 100 + 51 + 39=390 Ohm;
I=U / R=100/390=0, 256 A.
Bây giờ bạn có thể xác định công suất khi các điện trở mắc nối tiếp, nó được tính theo công thức:
P=I2∙ R=0, 2562∙ 390=25, 55 W.
Công suất của các điện trở còn lại được xác định theo cách tương tự:
P1=I2∙ R1=0, 256 2∙ 200=13, 11 Thứ Ba;
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 Thứ Ba.
Nếu bạn thêm sức mạnh của các điện trở, bạn sẽ có đầy đủ P:
P=13, 11 + 6, 55 + 3, 34 + 2, 55=25, 55 Thứ Ba.
Kết nối song song các điện trở
Trong kết nối song song, tất cả các đầu của điện trở được nối với một nút của mạch và các đầu nối với một nút khác. Với kết nối này, dòng điện phân nhánh và chạy qua từng thiết bị. Độ lớn của dòng điện, theo định luật Ohm, tỷ lệ nghịch với các điện trở và hiệu điện thế trên tất cả các điện trở là như nhau.
Trước khi bạn tìm thấy dòng điện, bạn cần tính tổng độ dẫn điện của tất cả các điện trở bằng công thức nổi tiếng:
1 / R=1 / R1+ 1 / R2+ 1 / R3 + 1 / R4=1/200 + 1/100 + 1/51 + 1/39=0, 005 + 0, 01 + 0, 0196 + 0, 0256=0, 06024 1 / Ồ.
Điện trở là nghịch đảo của độ dẫn điện:
R=1/0, 06024=16,6 ohm.
Sử dụng định luật Ôm, tìm dòng điện qua nguồn:
I=U / R=100 ∙ 0, 06024=6, 024 A.
Biết cường độ dòng điện qua nguồn, tìm công suất của các điện trở mắc song song theo công thức:
P=I2∙ R=6, 0242∙ 16, 6=602, 3 Thứ Ba.
Theo định luật Ohm, dòng điện qua điện trở được tính:
I1=U / R1=100/200=0,5A;
I2=U / R2=100/100=1 A;
I3=U / R1=100/51=1, 96A;
I1=U / R1=100/39=2, 56 A.
Có thể sử dụng một công thức hơi khác để tính công suất của các điện trở mắc song song:
P1=U2/ R1=1002/ 200=50W;
P2=U2/ R2=1002/ 100=100W;
P3=U2/ R3=1002/ 51=195,9W;
P4=U2/ R4=1002/ 39=256, 4 Thứ Ba.
Nếu bạn cộng lại tất cả, bạn sẽ có được sức mạnh của tất cả các điện trở:
P=P1+ P2+ P3+ P 4=50 + 100 + 195, 9 + 256, 4=602, 3 Thứ Ba.
Kết nối hỗn hợp
Sơ đồ có kết nối hỗn hợp của các điện trở chứa kết nối nối tiếp và song song cùng một lúc. Mạch này dễ dàng chuyển đổi bằng cách thay thế kết nối song song của điện trở bằng mắc nối tiếp. Để làm điều này, trước tiên hãy thay thế các điện trở R2và R6bằng tổng R2, 6, sử dụng công thức bên dưới:
R2, 6=R2∙ R6/ R 2+ R6.
Theo cách tương tự, hai điện trở song song R4, R5được thay thế bằng một R4, 5:
R4, 5=R4∙ R5/ R 4+ R5.
Kết quả là một mạch mới đơn giản hơn. Cả hai chương trình đều được hiển thị bên dưới.
Công suất của điện trở trong mạch nối hỗn hợp được xác định theo công thức:
P=Ư ∙ I.
Để tính công thức này, trước tiên hãy tìm hiệu điện thế trên mỗi điện trở và cường độ dòng điện qua nó. Bạn có thể sử dụng một phương pháp khác để xác định công suất của các điện trở. Đối với điều nàycông thức được sử dụng:
P=U ∙ I=(I ∙ R) ∙ I=I2∙ R.
Nếu chỉ biết điện áp trên các điện trở, thì một công thức khác được sử dụng:
P=U ∙ I=U ∙ (U / R)=U2/ R.
Cả ba công thức thường được sử dụng trong thực tế.
Tính toán thông số mạch
Tính toán các thông số của mạch điện là tìm dòng điện và hiệu điện thế chưa biết của tất cả các nhánh trong các phần của mạch điện. Với dữ liệu này, bạn có thể tính toán công suất của mỗi điện trở có trong mạch. Các phương pháp tính toán đơn giản đã được trình bày ở trên, nhưng trong thực tế, tình hình phức tạp hơn.
Trong các mạch điện thực thường thấy kết nối của điện trở với hình sao và hình tam giác, điều này gây ra khó khăn đáng kể trong tính toán. Để đơn giản hóa các sơ đồ như vậy, các phương pháp đã được phát triển để chuyển đổi một ngôi sao thành một hình tam giác và ngược lại. Phương pháp này được minh họa trong sơ đồ dưới đây:
Mạch đầu tiên có một ngôi sao được kết nối với các nút 0-1-3. Điện trở R1 được kết nối với nút 1, R3 với nút 3 và R5 với nút 0. Trong sơ đồ thứ hai, các điện trở tam giác được kết nối với các nút 1-3-0. Các điện trở R1-0 và R1-3 được kết nối với nút 1, R1-3 và R3-0 được kết nối với nút 3, và R3-0 và R1-0 được kết nối với nút 0. Hai chương trình này hoàn toàn tương đương.
Để đi từ mạch thứ nhất sang mạch thứ hai, điện trở của các điện trở tam giác được tính:
R1-0=R1 + R5 + R1 ∙ R5 / R3;
R1-3=R1 + R3 + R1 ∙ R3 / R5;
R3-0=R3 + R5 + R3 ∙ R5 / R1.
Các phép biến đổi khác được giảm bớt để tính điện trở mắc nối tiếp và song song. Khi tổng trở của đoạn mạch thì cường độ dòng điện qua nguồn tuân theo định luật Ôm. Sử dụng định luật này, không khó để tìm ra các dòng điện trong tất cả các nhánh.
Làm thế nào để xác định công suất của các điện trở sau khi tìm thấy tất cả các dòng điện? Để làm điều này, hãy sử dụng công thức nổi tiếng: P=I2∙ R, áp dụng công thức này cho mỗi điện trở, chúng ta sẽ tìm ra công suất của chúng.
Thực nghiệm xác định đặc tính của các phần tử mạch
Để xác định bằng thực nghiệm các đặc tính mong muốn của các phần tử, cần phải lắp ráp một mạch nhất định từ các thành phần thực. Sau đó, với sự hỗ trợ của các dụng cụ đo điện, tất cả các phép đo cần thiết được thực hiện. Phương pháp này tốn nhiều công sức và tốn kém. Các nhà thiết kế thiết bị điện và điện tử sử dụng các chương trình mô phỏng cho mục đích này. Với sự giúp đỡ của họ, tất cả các tính toán cần thiết được thực hiện và hành vi của các phần tử mạch trong các tình huống khác nhau được mô hình hóa. Chỉ sau đó là một nguyên mẫu của một thiết bị kỹ thuật được lắp ráp. Một trong những chương trình phổ biến đó là hệ thống mô phỏng Multisim 14.0 mạnh mẽ của National Instruments.
Làm thế nào để xác định công suất của điện trở bằng cách sử dụng chương trình này? Điều này có thể được thực hiện theo hai cách. Phương pháp đầu tiên là đo dòng điện và hiệu điện thế bằng ampe kế và vôn kế. Bằng cách nhân kết quả đo, công suất cần thiết sẽ thu được.
Từ mạch này ta xác định được điện trở R3:
P3=U ∙ I=1, 032 ∙ 0, 02=0, 02064 W=20,6mW.
Phương pháp thứ hai là phép đo trực tiếp công suất tạisử dụng oát kế.
Từ sơ đồ này có thể thấy rằng công suất của điện trở R3 là P3=20,8 mW. Sự khác biệt do lỗi trong phương pháp đầu tiên là lớn hơn. Quyền hạn của các phần tử khác được xác định theo cách tương tự.
