Какой формулой рассчитать мощность резисторов
Резисторы применяются практически во всех электросхемах. Это наиболее простой компонент, в основном, служащий для ограничения или регулирования тока, благодаря наличию сопротивления при его протекании.
Резисторы
Виды резисторов
Внутреннее устройство детали может быть различным, но преимущественно это изолятор цилиндрической формы, с нанесённым на его внешнюю поверхность слоем либо несколькими витками тонкой проволоки, проводящими ток и рассчитанными на заданное значение сопротивления, измеряемое в омах.
Существующие разновидности резисторов:
- Постоянные. Имеют неизменное сопротивление. Применяются, когда определенный участок электроцепи требует установки заданного уровня по току или напряжению. Такие компоненты необходимо рассчитывать и подбирать по параметрам;
- Переменные. Оснащены несколькими выводными контактами. Их сопротивление поддается регулировке, которая может быть плавной и ступенчатой.
Пример использования – контроль громкости в аудиоаппаратуре; - Подстроечные – представляют собой вариант переменных. Разница в том, что регулировка подстроечных резисторов производится очень редко;
- Есть еще резисторы с нелинейными характеристиками – варисторы, терморезисторы, фоторезисторы, сопротивление которых меняется под воздействием освещения, температурных колебаний, механического давления.
Пример использования – контроль громкости в аудиоаппаратуре;Важно! Материалом для изготовления практически всех нелинейных деталей, кроме угольных варисторов, применяемых в стабилизаторах напряжения, являются полупроводники.
Параметры резисторного элемента
- Для резисторов применяется понятие мощности. При прохождении через них электротока происходит выделение тепловой энергии, рассеиваемой в окружающее пространство. Мощность детали является параметром, который показывает, сколько энергии она может выделить в виде тепла, оставаясь работоспособной. Мощность зависит от габаритов детали, поэтому у маленьких зарубежных резисторов ее определяют на глаз, сравнивая с российскими, технические характеристики которых известны;
Важно! Импортные резисторные элементы идентичной мощности имеют несколько меньшие размеры, так как российские производятся с некоторым запасом по этому показателю.
На схеме мощность показана следующим образом.
Условное обозначение мощности
- Второй параметр – сопротивление элемента. На российских деталях типа МЛТ и крупных импортных образцах оба параметра указываются на корпусе (мощность – Вт, сопротивление – Ом, кОм, мОм). Для визуального определения сопротивления миниатюрных импортных элементов применяется система условных обозначений с помощью цветных полосок;
Цветовая маркировка резисторов
- Допуски. Невозможно изготовить деталь с номинальным сопротивлением, в точности соответствующим заявленному значению. Поэтому всегда указываются границы погрешности, называемые допуском. Его величина – 0,5-20%;
- ТКС – коэффициент температуры. Показывает, как варьируется сопротивление при изменении внешней температуры на 1°С. Желательно, но не обязательно подбирать элементы с близким или идентичным значением этого показателя для одной цепи.
Расчет резисторов
Для расчета сопротивления резистора формула применяемая в первую очередь – это закон Ома:
I = U/R.
Исходя из этой формулы, можно вывести выражение для сопротивления:
R = U/I,
где U – разность потенциалов на выводных контактах резистора.
Пример. Необходимо провести зарядку аккумулятора 2,4 В зарядным током 50 мА от автомобильной 12-вольтовой батареи. Прямое соединение сделать нельзя из-за слишком высоких показателей по току и напряжению. Но возможно поставить в схему сопротивление, которое обеспечит нужные параметры.
Предварительно нужно рассчитать резистор:
- Расчет начинается с определения падения напряжения, которое должен обеспечить резисторный элемент:
U = 12-2,4 = 9,6 B
- Протекающий по детали ток – 50 мА. Следовательно, R = 9,6/0,05 = 192 Ом
Теперь можно уже подобрать нужный резистор по одному показателю.
Если рассчитанной детали не нашлось, можно применить соединение из нескольких резисторных элементов, установив их последовательно или параллельно.
Расчет сопротивлений при этом имеет свои особенности.
Последовательное соединение
Последовательно соединенные сопротивления складываются:
R = R1+ R2.
Если нужно получить общий результат 200 Ом, и имеется один резистор на 120 Ом, то расчет другого:
R2 = R-R1 = 200-120 = 80 Ом.
Последовательное соединение
Параллельное соединение
При параллельной схеме другая зависимость:
1/R = 1/R1 + 1/R2.
Или преобразованный вариант:
R = (R1 x R2)/ (R1 + R2).
Важно! Параллельное соединение можно использовать, когда в наличии детали с большим сопротивлением, чем требуется, последовательное наоборот.
Пример. Необходимо сопротивление 200 Ом. Имеется деталь R2 на 360 Ом. Какое сопротивление подобрать еще? R1 = R2/(R2/R-1) = 360/(360/200-1) = 450 Ом.
Параллельное соединение
Смешанное соединение
В смешанных схемах присутствуют последовательно-параллельные комбинации.
Расчет таких схем сводится к их упрощению путем преобразований. На рисунке ниже представлено, как упростить схему, рассчитывая общий показатель для шести резисторов с учетом их соединения.
Расчет сопротивления в смешанной схеме
Мощность
Определив сопротивление, еще нельзя выбрать деталь. Чтобы обеспечить надежную работу схемы, необходимо найти и другой параметр – мощность. Для этого надо знать, как рассчитать мощность резисторного элемента.
Формулы, по которым можно рассчитать мощность резистора:
Пример. I = 50 мА; R = 200 Ом. Тогда P = I² x R = 0,05² x 200 = 0,5 Вт.
Если не учитывать значение тока, расчет мощности резистора ведется по другой формуле.
Пример. U = 9,6 В, R = 200 Ом. P = U²/R = 9,6²/200 = 0,46 Вт. Получился тот же результат.
Теперь, зная точные параметры рассчитываемого резисторного элемента, подберем радиодеталь.
Важно! При выборе деталей возможно их заменить на резисторы с мощностью, больше рассчитанной, но обратный вариант не подходит.
Это основные формулы для расчета резисторных деталей, на основании которых производится анализ узлов схемы, где главным является определение токов и напряжений, протекающих через конкретный элемент.
Видео
Оцените статью:Зависимость мощности от силы тока, формула мощности, физический смысл
Первое упоминание об электричестве встречается в опытах древнегреческого философа Фалеса. Именно он первым обнаружил, что предметы при трении притягиваются. Одноименный термин был введен в начале 17-го века английским физиком Гилбертом, после опытов, проведенных с магнитами. Отцом же науки об электричестве считается французский ученый Кулон – именно после открытия закона, получившего его имя, электротехника начала свою победную поступь, которая продолжается до сих пор.
Этот закон утверждает, что два точечных заряда в безвоздушной среде взаимодействуют с силой, прямо пропорциональной их модулям и обратно – расстоянию между ними, возведенному в квадрат.
Выясним, что же представляет собой понятие электричество?
Если коротко, то это – направленное движение потока заряженных частиц. Тела, через которые они проходят, называются проводниками. Каждый проводник имеет определенное сопротивление электрическому току, которое раз
И, перед тем, как перейти к основным законам, несколько слов о заряженных частицах: они бывают, условно говоря, положительными и отрицательными. Одноименные заряды отталкиваются, а разноименные – притягиваются.
А теперь, перейдем к главному.
Основа-основ науки об электричестве – закон Ома.
Эксперимент, который провел этот немецкий физик, привел его к следующему убеждению: сила тока I, проходящего через металлический проводник, пропорциональна напряжению на его концах, или I = U/R
Здесь напряжением называется разность, образно говоря, «давлений», созданных двумя точками электрической цепи.
Измеряют его в вольтах. Электрический ток представляет собой число электронов, которые пропускает участок электрической цепи и измеряется в амперах. Сопротивлением считается свойство цепи помешать этому движению. В честь упомянутого физика, его измеряют в омах. Иначе говоря, проводник, через который проходит ток в 1 ампер при напряжении в 1 вольт, обладает сопротивлением в 1 ом.
Вся остальная электротехника «пляшет» от этого.
О мощности электрического тока
В физике мощностью считают скорость выполнения работы. Неважно, какой. Чем эта операция проводится быстрее, тем большей считается мощность того, кто ее исполняет, будь то человек, механическое устройство или что-то еще.
Так же и в случае с электрическим током: ее мощность представляет собой отношение работы, произведенной движущимися электрическими зарядами к промежутку времени, которое для этого понадобилось.
Проще говоря, для того, чтобы получить электрическую мощность в 1 ватт, когда источник тока имеет напряжение 1 вольт, необходимо пропустить через проводник ток в 1 ампер.
Другими словами, мощность (P) можно посчитать, перемножив друг на друга электрическое напряжение и ток:P = U*I.
Запомнив эту нехитрую формулу, на практике можно рассчитать мощность. Например, если известны значения тока и сопротивления, а о напряжении сведений нет, можем воспользоваться законом Ома, подставив в формулу вместо него I*R. Получится, что мощность равна квадрату электрического тока, помноженному на сопротивление.
Этот закон точно так же придет на помощь, если известны величины напряжения и сопротивления. В этом случае подставив вместо значения тока I = U/R, получим значение мощности, равное квадрату напряжения, поделенному на сопротивление.
Вот так – ничего сложного!
основные понятия, нахождение через силу тока и сопротивление
При проектировании схем различных устройств радиолюбителю необходимо производить точные расчеты c помощью измерительных приборов и формул. В электротехнике используются формулы для вычислений величин электричества (формулы напряжения, сопротивления, силы тока и так далее).
Общие сведения об электрическом токе
Электрическим током является процесс движения заряженных частиц (свободных электронов), имеющий вектор направленности. Частицы перемещаются под действием напряженности электрического поля, имеющей векторное направление. Это поле совершает работу по перемещению этих частиц. Влияют на работу электрического поля сила тока, напряжение и сопротивление.
Физический смысл
Под физическим смыслом понимается работа тока на участке, соотносящаяся с величиной заряда. Положительный заряд перемещается из одной точки, обладающей одним потенциалом, в другую, причем потенциал в этой точке отличается от предыдущего. В результате этого и возникает разность потенциалов, именуемая напряжением или ЭДС (электродвижущей силой).
Для полного понимания этого физического процесса и выяснения физического смысла напряжения необходимо провести аналогию с трубой.
Допустим, труба наполнена водой и к ней прикручен кран для слива воды. Эта труба также оборудована краном для заливания воды с помощью мощного насоса.
Для демонстрации аналогии нужно открыть кран полностью, вода начнет выливаться и можно сделать вывод о незначительном давлении. Во втором случае спускной кран открыт не полностью и происходит набор воды при помощи насоса. В трубе создается давление и напор усиливается. Насос, создающий давление, и является в этом примере напряженностью электрического поля.
Электричество, если его не контролировать и не знать о пагубном влиянии на организм человека, способно создать множество проблем начиная от сгорания приборов и пожаров, и заканчивая угрозой жизни и здоровью человека. Техника безопасности очень важна в любой сфере.
Пагубное влияние на человека
Электричество очень опасно и является причиной несчастных случаев. Радиолюбители подвержены риску поражения электрическим током довольно часто.
Некоторые радиолюбители пробуют наличие напряжения пальцами и пренебрегают техникой безопасности. Большинство из них считает опасным для жизни напряжение от 500 В, а 110 и 220 — не наносящими вреда здоровью. Удары от маломощных источников тока (маломощный силовой трансформатор, конденсатор), по их мнению, являются неопасными.
Согласно технике безопасности при работах с электричеством, они ошибаются, но есть и другая сторона этого вопроса: организм каждого человека индивидуален, обладает разными параметрами. Из этого утверждения следует, что смертельные характеристики электричества (напряжение и ток) индивидуальны для каждого человека. Одних может ударить 36 В, а других не пробивает и 220 В.
Действие электричества на организм человека зависит от нескольких факторов: силы и частоты, времени и пути прохождения через организм, сопротивления организма или участка тела, по которому протекает ток.
Исследованиями ученых установлено, что величина смертельного тока, поражающего сердце, составляет более 100 мА. Токи от 50 мА до 100 мА вызывают потерю сознания при кратковременном касании к поверхности, которая проводит ток. Токи до 50 мА могут стать причиной травм, например, падения с лестницы, выпускания из рук токоведущего проводника и т. д.
Влияние на фактор поражения еще оказывает и сопротивление тела человека. Сопротивление для каждого индивида определить сложно и диапазон его составляет от 30 кОм до 200 кОм. Эта величина зависит от множества факторов: толщины кожи, влажности тела и окружающей среды, усталости, нервно-эмоционального состояния, болезни и других факторов. Сопротивление резко уменьшается при повышенной влажности воздуха и работе на влажных участках.
Формула расчета напряжения, опасного для жизни, предполагая, что Rч = 2кОм и I = 60 мА, выглядит так: U = I * R = 0,06 * 2000 = 120 В. В этой ситуации опасным напряжением можно считать 120 В и выше.
Частота тока является еще одной опасной характеристикой, обладающей поражающим действием. При увеличении частоты опасность уменьшается прямо пропорционально. Ток оказывает и тепловое действие, поэтому считать высокочастотные токи безопасными нельзя.
Травмы, происходящие из-за электричества, называются электротравмами. Каждая из них несет в себе меньшую или большую опасность. Наиболее опасными являются травмы, полученные от электрической дуги, которая обладает высокой температурой от 5 тыс. до 12 тыс. градусов по Цельсию. Виды электрических травм:
- Электрические ожоги происходят при тепловом воздействии на ткани организма человека, по которым течет ток.
- Обожженные участки на коже возникают при прямом контакте ее с токоведущей частью проводника. Пораженный участок приобретает серый или бледно-серый цвет.
- Металлизация кожи — пропитывание кожи частицами металла при коротком замыкании или сварке.
- Механические повреждения — самопроизвольная судорога мышц, приводящая к падению. При падении происходят переломы, ушибы вывихи суставов и т. д.
- Электроофтальмия — воспаление слизистой оболочки глаз при воздействии излучения электрической дуги.
Существует еще один вид поражения — электрический удар. Этот вид поражения можно условно разделить на 5 групп: без потери сознания; с потерей сознания, связанной с нарушением сердечной деятельности или без нее; клиническая смерть и электрический шок.
Единицы измерения
Работа электрического поля по перемещению заряда измеряется в Дж (Джоуль), заряд в Кл (кулон). Вот, как обозначается напряжение или его единица измерения: отношение этих величин (работа по перемещению в Дж к электрическому заряду в Кл) и является разностью потенциалов, измеряется в вольтах (В) и обозначается U. Разность потенциалов бывает:
- Переменной (амплитуда и полярность изменяются с течением времени, в зависимости от характерной частоты).
- Постоянной (имеет постоянное значение амплитуды и полярность есть величина постоянная).
А также у единиц измерения есть приставки, например, кВ (Киловольт = 1000В) и МВ (мегавольт = 1000000В). Существуют о совсем низкие значения, например, мВ (милливольт = 0,001В).
Цепи переменного и постоянного тока
В цепях постоянного и переменного тока U обладает различными свойствами и производит иные влияния на проводники. Для постоянного напряжения существуют законы по вычислению его характеристик, но для переменного способы вычисления показателей заметно отличаются. Разберем более подробно все различия и сходства.
Расчет и анализ цепей выполняется при помощи закона Ома : сила тока полной цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сумме сопротивлений цепи и источника питания.
Следствие из закона при условии пренебрежения внутренним сопротивлением источника электричества: сила тока участка цепи прямо пропорциональна ЭДС и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка.
Запись закона Ома, из которого следует формула напряжения, тока и сопротивления: I = U / (Rц + Rвн), где I — сила тока, U — ЭДС, Rц — сопротивление цепи, Rвн — внутреннее сопротивление источника питания.
Формула силы тока через сопротивление и напряжение: I = U / Rц.
Формула напряжения электрического тока: U = I * Rц.
Для расчета мощности необходимо U умножить на I: P = U * I = U * U / R, где P — мощность.
Переменное однофазное напряжение
В цепях для переменного тока происходят совершенно другие явления и процессы, для них справедливы другие законы. Различают такие основные виды:
- Мгновенное (разность потенциалов в конкретный промежуток времени: u = u (t)).
- Амплитудное значение (максимальное значение мгновенного U в момент времени: u (t) = Uм * sin (wt + f), где w — угловая частота, t — конкретный момент времени и f — угол начальной фазы напряжения).
- Среднее значение (для синусоиды равно нулю).
- Среднеквадратичное — Uq (U за весь период колебаний и для синусоиды имеет вид: Uq = 0,707 * Uм).
- Средневыпрямленное — Uv (среднее значение модуля U: Um примерно равно 0,9 * Uq).
В цепях 3-фазного тока различают 2 вида напряжений: линейное (фаза-фаза) и фазное (фаза-ноль). При соединении в цепь «треугольником» фазное и линейное U равны. В случае соединения «звездой» — фазное в 1,732050808 раз меньше линейного.
Рекомендации по выбору прибора
Для расчетов необходимо измерять значения величин электричества. Существуют специальные приборы, которые помогают произвести точные расчеты. Для измерения разности потенциалов применяют вольтметр.
Вольтметр (вольт — единица измерения ЭДС, метр — измеряю) — прибор для измерения ЭДС в цепи, подключаемый параллельно участку, на котором необходимо провести замер.
Для конкретного случая необходимо применять тот или иной прибор. Для более точных расчетов приобретаются приборы с высоким классом точности. Классификация вольтметров:
- Принцип действия: электромеханические (стрелочные) и электронные.
- Назначение: постоянного и переменного тока, импульсные, селективные и универсальные.
- Конструктивное исполнение: щитовые, переносные и стационарные.
Аналоговый электромеханический вольтметр имеет большие погрешности измерений в высокоомных цепях, но отлично зарекомендовал себя в низкоомных цепях и возможностью модернизации (увеличение значений измерения U за счет добавочного резистора).
Выпрямительный вольтметр обладает более высоким классом точности. Состоит из самого измерительного прибора (обладает чувствительностью к постоянному току) и выпрямительного устройства. Они получили не очень широкое распространение из-за высоких погрешностей, и применяются в качестве сигнальных приборов (примерное значение U).
Цифровые вольтметры применяются в комбинированных приборах-мультиметрах. Поступающее напряжение на клеммы (измерительные щупы) прибора преобразовывается в сигнал при помощи аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Происходит отображение на цифровом табло. Этот вид приборов получил широкое применение благодаря высокой точности и универсальности.
Импульсный вольтметр необходимо применять при измерении амплитуд импульсных сигналов и одиночных импульсов.
Основным применением фазочувствительных вольтметров является измерение квадратурных составляющих комплексного напряжения (наличие мнимой и действительной частей) первичной гармоники. Они, как правило, снабжены 2-мя индикаторами для выявления мнимой и действительной частей. Они получили широкое применение в измерении АФХ (амплитудно-фазовая характеристика) для подбора деталей и настройки усилителей.
Для измерения номинала постоянного напряжения используются вольтметры подгруппы В2 (вольтметры для постоянного напряжения), а также В7 (универсальные).
Для определения переменного напряжения необходимо использовать устройства из подгруппы В3 или универсального типа (В7). Однако часто в этих вольтметрах применяются специальные преобразователи из переменного напряжения в постоянное.
В3 и В7 рассчитаны только для определения среднеквадратического гармонического напряжения. В этих электроизмерительных приборах возможно применение детекторов (преобразователей): пикового, выпрямительного и квадратичного. Оптимальным вариантом является вольтметр на квадратичном детекторе, при этом измеряемое значение выдается напрямую без всяких преобразований. Измерительные приборы на пиковых и выпрямительных детекторах пересчитывают значения, тем самым уменьшая точность измерений. Для измерения периодического негармонического напряжения выбирают вольтметр на квадратичном детекторе.
Таким образом, расчет напряжения играет важную роль в электротехнике. Расчеты для переменных и постоянных цепей электрического тока существенно отличаются, в результате чего необходимо определить сначала тип тока, а затем производить расчеты. Но также необходимо соблюдать технику безопасности при работах с электричеством. Ведь ее основные положения основаны на горьком опыте человечества.
определяем число ватт и ампер > Флэтора
Расшифровка и технические характеристики ВББШВНГ-кабеляРасшифровка и технические характеристики кабеля В Б Б Ш В Н Г. Маркировка жил на основе алюминия согласно Г О С Т. В Б Б Ш В Н Г-кабель: области применения, правила монтажа и эксплуатационный срок. Конструкция провода В Б Б Ш В Н Г….
26 04 2021 7:56:23
Проверка стабилитрона на плате с помощью мультиметраСтабилитрон и его свойства. Проверка стабилитрона мультиметром на плате: порядок действий. Определение теплового пробоя. Проверка исправных стабилитронов. Пороговое значение напряжения. Можно ли проверить стабилитрон не выпаивая….
21 04 2021 20:13:21
Душ с подсветкой: классификация, выборДанная подсветка душа рассматривается многими людьми как вещь совершенно ненужная, но помимо эстетичного вида она имеет ещё определённую полезность….
16 04 2021 6:47:36
Пульт дистанционного управления или пдуПринцип работы П Д У. Варианты и назначение пультов дистанционного управления. Программируемые П Д У и работа с ними. Как запрограммировать универсальный пульт. Какими устройствами можно управлять с помощью программируемого П Д У….
09 04 2021 7:57:50
Формула расчета частоты вращенийЧастота вращения: формула. Синхронные и асинхронные электромашины. Синхронная скорость и скольжение. Расчет и регулировка частоты вращений. Номинальная скорость вращения в двигателях постоянного тока….
30 03 2021 7:45:36
Металлоискатель: основные принципы действия металлодетектораОпределение металлоискателя. Металлоискатель: принцип работы прибора. Комплектующие изделия и их назначение. Электронный чувствительный контур, управляющий узел. Типы металлоискателей и различия в принципе действия. Ручная и автоматическая настройка металлодетекторов….
29 03 2021 21:49:51
Закон Ома для неоднородного участка цепиПонятие и классическая формулировка закона Ома для неоднородного участка цепи. Что такое неоднородная цепь. Применение закона для неоднородных участков….
27 03 2021 13:12:35
Определение постоянного и переменного электрического токаПонятие о постоянном и переменном токе. Сравнительные характеристики постоянного и переменного токов. Постоянный и переменный ток: различия при транспортировке. Достоинства и недостатки переменных и постоянных электротоков….
09 03 2021 5:33:32
Электроснабжение кухни — советы экспертовСовременная кухня это основной потребитель электроэнергии в квартире, чтобы избежать проблем с электропроводкой нужно правильно произвести её комплектацию….
20 02 2021 19:26:52
Схема осцилятора (плазмотрона) для сварки алюминия своими рукамиХарактеристики и устройство осцилятора (электронная схема). Типы осцилляторов по принципу непрерывного действия и импульсному способу питания дуги. Порядок изготовления плазмотрона своими руками в домашних условиях. Схема осциллятора для инвертора….
15 02 2021 16:10:12
Какой формулой рассчитать мощность резисторовСуществующие разновидности резисторов и формулы расчета их мощности и сопротивления. Параметры резисторного элемента. Как подобрать резистор. Величина напряжения обеспеченная резисторным элементом….
31 01 2021 2:48:11
Как отремонтировать стабилизатор напряжения своими рукамиДиагностика повреждений и методика проверки стабилизатора. Ремонт электромеханических и релейных стабилизаторов напряжения. Ремонт платы управления стабилизатора своими руками. Степень сложности ремонта различных видов стабилизаторов….
14 01 2021 13:52:59
Соединения СИП-кабеля с медными проводами проколом и соединителемУстройство и характеристики С И П-кабеля. Преимущества С И П-проводов. Марки С И П. Способы соединения разнородных проводов: прокалывающие зажимы, болтовое сочленение и клеммные соединения. Правила соединения С И П-кабеля с медными проводами проколом и соединителем….
06 01 2021 15:52:24
Измерение тока прикосновения и напряженияЧто такое напряжение прикосновения и методы его измерения. Приборы предназначенные для измерения тока напряжения. Меры электробезопасности. Электротравмы: местные и общие (общее поражение электрическим током)….
27 12 2020 0:51:37
Солнечная батарея: подключение внешних аккумуляторовОсобенности подключения аккумуляторов к солнечным батареям. Как рассчитать основные параметры А К Б для солнечных батарей. Основные виды аккумуляторных батарей для гелиосистем. Гелиосистема с AGM-накопителями….
07 12 2020 17:26:33
инструменты и методы технического волшебства
Самая главная формула для любого инженера-электрика — это закон Ома, который определяет соотношение между напряжением (измеряется в вольтах), током (измеряется в амперах) и сопротивлением (измеряется в Омах) в цепи. Схема представляет собой замкнутый контур с источником электрической энергии ( например, батареей 9 В) и нагрузкой (чем-то, что расходует энергию, как светодиод). Прежде всего, важно понять физический смысл каждого термина:
• напряжение представляет собой разность электрических потенциалов между двумя точками;
• ток течет от точки с более высокой потенциальной энергией, чтобы снизить потенциальную энергию. Пользуясь аналогией, электрический ток можно предста
— 46 —
вить как поток воды, а напряжение — как высоту перепада. Вода (или ток) всегда течет из точки с большей высотой (более высокое напряжение) к точке с меньшей высотой (или более низкому напряжению). Ток, как вода в реке, всегда будет идти по пути наименьшего сопротивления в цепи;
• по аналогии сопротивление является отверстием для протекания тока. Когда вода (ток) течет через узкую трубу, за одинаковое количество времени проходит меньшее количество, чем через широкую трубу. Узкая труба эквивалентна большему сопротивлению, потому что вода будет течь медленнее. Широкая труба эквивалентна малому сопротивлению, потому что вода (ток) может течь быстрее.
Закон Ома определяется следующим образом:
U = I·R, где U — напряжение в вольтах; I — ток в амперах; R — сопротивление в омах.
В электрической цепи каждый компонент обладает некоторым сопротивлением, что снижает напряжение. Закон Ома очень удобен для подбора значения резистора, подкточаемого последовательно со светодиодом. Светодиоды характеризуются определенной величиной падения напряжения и заданным значением рабочего тока. Чем больше ток через светодиод (не превышая максимально допустимого), тем ярче он светится. Для наиболее распространенных светодиодов максимальный ток равен 20 мА. Типовое значение падения напряжения для светодиода составляет около 2 в.
Рассмотрим схему, изображенную на рис. 2.3, и применим закон Ома для подбора резистора R1.
Рис. 2.3. Схема включения светодиода
Предположим, что LED 1 — стандартный светодиод с прямым током 20 мА и падением напряжения 2 В. Напряжение питания 5 В должно перераспределиться между светодиодом и резистором. Поскольку доля светодиода составляет 2 В, оставшиеся 3 В должны быть приложены к резистору. Зная максимальное значение прямого тока через светодиод (20 мА), можно найти номинал резистора:
R = U/I= 3/0,02 = 150 Ом.
Таким образом, при сопротивлении резистора 150 Ом через него и светодиод протекает ток 20 мА. По мере увеличения сопротивления ток будет уменьшаться.
Резистор 220 Ом обеспечивает достаточную яркость свечения светодиода, к тому же этот номинал очень распространен.
Еще одно важное соотношение — формула для расчета мощности, которая показывает, сколько ватт рассеивается на каждом компоненте. Увеличение мощности рас
— 47 —
сеивания связано с ростом тепловыделения прибора. Для каждого компонента, как правило, задается максимально допустимая мощность. Максимальная мощность резистора в нашем примере равна 0,125 Вт. Формула для расчета мощности выглядит следующим образом:
Р = U·I, где Р — мощность, Вт; U- напряжение, В; I — сила тока, А.
Для резистора из схемы на рис. 2.3 при падении напряжения 3 В и силе тока 20 мА мощность равна
Р = 3·0,02 = 0,06 Вт.
Поскольку 60 мВт< 0,125 Вт = 125 мВт, следовательно, данный резистор не перегреется.
Формулы для расчета электрических величин.
Проводя диагностику и ремонт холодильников Стинол, мастер периодически сталкивается с необходимостью проводить
измерения электрических величин. По результатам измерения делаются выводы о работоспособности той или иной
детали электрооборудования холодильника.
На практике, рассматривая какую-либо электрическую нагрузку, полезно заранее знать, какое сопротивление
соответствует какой мощности и ток какой величины потечет через эту нагрузку при подаче на нее питающего
напряжения 220 Вольт. Если немного упростить теорию, все это не сложно вычислить, пользуясь формулами,
приведенными ниже.
Обозначения:
- I — Сила тока в цепи, единицы измерения - Амперы (А)
- U — Напряжение, единицы измерения - Вольты (В или V)
- R — Сопротивление нагрузки, единицы измерения — Омы (Ом или Ohm)
- P — Электрическая мощность нагрузки, единицы измерения — Ватты (Вт или W)
Эти электрические величины связаны друг с другом следующими формулами:
Электрооборудование холодильников Стинол рассчитано на питание от сети переменного тока напряжением 220 Вольт. Соответственно, вместо U в формулы можем смело подставлять число 220. Путем нехитрых перестановок получаем следующий набор формул на любой случай:
- I=220/R
- I=P/220
- R=220/I
- R=48400/P
- P=220·I
- P=48400/R
Важно! В цепях переменного тока данные формулы справедливы только для активной нагрузки, сопротивление которой переменному току не зависит от его частоты. Для реактивных потребителей (емкости и индуктивности) эти равенства выполняться уже не будут. А это значит, что, по большому счету, при ремонтах холодильников Стинол всю эту математику мы можем применять только к нагревателям системы No Frost. А различные электродвигатели (мотор-компрессор, вентилятор, микродвигатель таймера и т.п.), являясь нагрузкой реактивной (индуктивной), автоматически из подобных рассчетов выпадают.
Во время работы удобно иметь под рукой табличку для быстрого взаимного пересчета электрической мощности, сопротивления и силы тока. Такая табличка представлена ниже. В свое время она была составлена мной для быстрого ориентирования в параметрах нагревателей оттайки различных импортных холодильников. Специалисту по ремонту холодильников Стинол она тоже может оказаться полезной.
Пользоваться таблицей достаточно просто:
- Измерив мультиметром сопротивление нагревателя, и найдя соответствующую строчку в таблице, сразу становится ясно, какой мощностью он обладает и какой ток потечет через него при подаче питающего напряжения 220 Вольт.
- Узнав при помощи токовых клещей, какой ток потребляет нагреватель, по таблице можно выяснить его сопротивление и мощность.
- Узнав по маркировке нагревателя его мощность, легко выяснить его сопротивление и ток.
|
Для напряжения 220 V (если ток переменный, то справедливо только для активной нагрузки) |
||
|---|---|---|
| Сила тока, А | Мощность, W | Сопротивление, Ом |
| 0.01 | 2.2 | 22k |
| 0.05 | 11 | 4.4k |
| 0.1 | 22 | 2.2k |
| 0.2 | 44 | 1.1k |
| 0.3 | 66 | 733 |
| 0.4 | 88 | 550 |
| 0.5 | 110 | 440 |
| 0.6 | 132 | 366 |
| 0.7 | 154 | 314 |
| 0.8 | 176 | 275 |
| 0.9 | 198 | 244 |
| 1 | 220 | 220 |
| 1.1 | 242 | 200 |
| 1.2 | 264 | 183 |
| 1.3 | 286 | 169 |
| 1.4 | 308 | 157 |
| 1.5 | 330 | 146 |
| 1.6 | 352 | 138 |
| 1.7 | 374 | 129 |
| 1.8 | 396 | 122 |
| 1.9 | 418 | 116 |
| 2 | 440 | 110 |
| 2.1 | 462 | 105 |
| 2.2 | 484 | 100 |
| 2.3 | 506 | 96 |
| 2.4 | 528 | 92 |
| 2.5 | 550 | 88 |
| 2.6 | 572 | 85 |
| 2.7 | 594 | 81 |
| 2.8 | 616 | 79 |
| 2.9 | 638 | 76 |
| 3 | 660 | 73 |
| 3.1 | 682 | 71 |
| 3.2 | 704 | 69 |
Дополнительная информация по теме этой страницы есть в следующих статьях:
Запомнить эту страницу в:
Закон Ома — физика процесса на примере движения воды. Формулы зависимости сопротивления, напряжения, силы тока и мощности
Существует всего 2 базовых формулы которые помогут вам понять взаимосвязь между силой тока(Амер), напряжением(Вольт), сопротивлением (Ом) и мощностью (Ватт).
Зная хотя бы два из перечисленных параметра вы всегда можете рассчитать два других.
ЗАКОН ОМА
| Базовая формула | P=I*E | E=I*R | |
| Расчет напряжения | E=P/I | E=I*R | E=SQR(P*R) |
| Расчет силы тока | I=P/E | I=E/R | I=SQR(P/R) |
| Расчет мощности | P=I*E | P=E 2 /R | P=I 2 *R |
| Расчет сопротивления | R=E 2 /P | R=E/I | R=P/I 2 |
E — Напряжение (Вольт)
I — Сила тока (Ампер)
R — Электрическое сопротивление (Ом)
SQR — квадратный корень
Для справки:
Мы используем переменную E для обозначения напряжения, иногда вы можете встретить обозначение V для напряжения. Не дайте себя запутать названиям переменных.
Изменение сопротивления:
На следующей схеме вы видите разность сопротивлений между системами изображенными на правой и левой стороне рисунка. Сопротивление давлению воды в кране противодействует задвижка, в зависимости от степени открытия задвижки изменяется сопротивление.
Сопротивление в проводнике изображено в виде сужения проводника, чем более узкий проводник тем больше он противодействует прохождению тока.
Вы можете заметить что на правой и на левой стороне схемы напряжение и давление воды одинаково.
Вам необходимо обратить внимание на самый важный факт.
В зависимости от сопротивления увеличивается и уменьшается сила тока.
Слева при полностью открытой задвижке мы видим самый большой поток воды. И при самом низком сопротивлении, видим самый большой поток электронов (Ампераж) в проводнике.
Справа задвижка закрыта намного больше и поток воды тоже стал намного больше.
ужение проводника тоже уменьшилось вдвое, я значит вдвое увеличилось сопротивление протеканию тока. Как мы видим через проводник из за выского сопротивления протекает в два раза меньше электронов.
Для справки
Обратите внимание что сужение проводника изображенное на схеме используется только для примера сопротивления протеканию тока. В реальных условиях сужения проводника не сильно влияет на протекающий ток. Значительно большее сопротивление могут оказывать полупроводники и диэлектрики.
Сужающийся проводник на схеме изображен лишь для примера, для понимания сути происходящего процесса.
Формула закона Ома — зависимость сопротивления и силы тока
I = E/R
Как вы видите из формулы, сила тока обратнапропорциональна сопротивлению цепи.
Больше сопротивление = Меньше ток
* при условии что напряжение постоянно.
Изменение напряжения.
На изображенной схеме во всех системах сопротивление имеет одинаковую величину.
В этот раз на картинке изменяется сопротивление/давление.
Вы можете увидеть что при увеличении напряжения приводит к увеличению протекающего тока даже при постоянном сопротивлении.
Формула закона Ома — зависимость напряжения и силы тока
I = E/R
Обратите внимание что сила тока протекающего в проводнике прямопропорциональна напряжению.
Больше напряжение = Больше сила тока
* при условии что сопротивление постоянно.
Математический рассчет
Рассмотрим пример.
У нас есть аккумуляторная батарея с напряжением питания 12 Вольт. К ней напрямую подключен резистор (сопротивление) 10 Ом. Для того что бы рассчитать какая мощность приложена к нашему резистору, можно воспользоваться формулой.
P = E2/R
P = 122/10
P = 144/10.
P = 14.4 watts
Мощность рассеиваемая на резисторе состовляет 14,4 Ватта.
Если вы хотите определить величину тока протекающего через проводник, мы используем другую формулу
I = E/R
I = 12/10
I = 1.2 amps
Сила тока протекающего через цепь составляет 1,2 Ампера
—————-
Калькуляторы зависимости напряжения, силы тока и сопротивления.
1. Калькулятор рассеиваемой мощности и протекающей силы тока в зависимости от сопротивления и приложенного напряжения.
Демо закона Ома в реальном времени.
Для справки
В данном примере вы можете увеличивать напряжение и сопротивление цепи. Данные изменения в реальном времени будут изменять силу тока протекающего в цепи и мощность рассеиваемую на сопротивлении.
Если рассматривать аудио системы — вы должны помнить что усилитель выдает определенное напряжение на определенную нагрузку (сопротивление). Соотношение двух этих величин определяет мощность.
Усилитель может выдать ограниченную величину напряжения в зависимости от внутреннего блока питания и источника тока. Так же точно ограничена и мощность которую может подать усилитель на определенную нагрузку (к примеру 4 Ома).
Для того что бы получить больше мощности, вы можете подключить к усилителю нагрузку с меньшим сопротивлением (к примеру 2 Ома). Учтите что при использовании нагрузки с меньшим сопротивлением — скажем в два раза (было 4 Ома, стало 2 Ома) — мощность тоже возрастет в два раза.(при условии что данную мощность может обеспечить внутренний блок питания и источник тока).
Если мы возьмем для примера моно усилитель мощностью 100 Ватт на нагрузку 4 Ома, зная что он может выдать напряжение не более 20 Вольт на нагрузку.
Если вы поставите на нашем калькуляторе бегунки
Напряжение 20 Вольт
Сопротивление 4 Ома
Вы получите
Мощность 100 Ватт
Если вы сдвинете бегунок сопротивления на величину 2 Ома, вы увидите как мощность удвоится и составит 200 Ватт.
В общем примере источником тока является аккумуляторная батарея (а не усилитель звука) но зависимости силы тока, напряжения, сопротивления и сопротивления одинаковы во всех цепях.
ресурсов
Последовательная цепь
Глобусы, подключенные последовательно
В последовательной цепи одна за другой подключены две или более нагрузки.
У тока есть только один путь, по которому оно может течь.
Примером последовательной схемы является набор огней на елку. Все шары ставятся один за другим.
Путь только один, поэтому ток будет одинаковым в любой точке цепи.
Принципиальная схема, показывающая три последовательно включенных резистора
Общее сопротивление в последовательной цепи будет равно сумме каждого отдельного сопротивления в цепи.
Чем больше нагрузок помещено в цепь, тем больше сопротивление.
Общее сопротивление для последовательной цепи рассчитывается по следующей формуле:
R T = R 1 + R 2 + R 3
Закон напряжения Кирхгофа
Вольтметр на каждом резисторе в последовательной цепи t
Закон Кирхгофа расширяет закон Ома в отношении напряжений на сопротивлениях в последовательной цепи.Общее напряжение питания будет равно сумме падений напряжения на каждом резисторе.
Общее падение напряжения (В T ) рассчитывается по формуле:
В Т = В 1 + В 2 + В 3
Если известны как ток, так и каждое значение сопротивления, то можно использовать закон Ома для расчета падения напряжения на каждом резисторе.
Например:
В 1 = IR 1
Рассеиваемая мощность
Мощность, рассеиваемая в последовательной цепи, зависит от напряжения питания, приложенного к цепи, и тока, протекающего в цепи.Ток зависит от общего сопротивления цепи.
Из раздела о мощности вы знаете, что формула рассеиваемой мощности:
P = VI
Мощность, рассеиваемая в каждом отдельном компоненте, зависит от сопротивления компонента. Общая рассеиваемая мощность будет равна сумме мощности, рассеиваемой каждым отдельным сопротивлением. В зависимости от известных значений комбинации формулы мощности, а также закона Ома могут использоваться для расчета рассеиваемой мощности (или любого другого неизвестного значения).
Пример
На приведенной выше принципиальной схеме, если значения:
В Т = 20 В
R 1 = 50 Ом
R 2 = 20 Ом
R 3 = 100 Ом
Общее сопротивление можно рассчитать следующим образом:
R T = R 1 + R 2 + R 3
р т = 50 + 20 + 100
R T = 170 Ом
Какая общая рассеиваемая мощность?
Вы можете рассчитать текущий расход, а затем рассчитать мощность.Вместо этого вы можете использовать подстановку, чтобы получить формулу.
В формуле P = VI замените I на V T / R T , чтобы получить формулу
P T = V T x V T / R T , что совпадает с
P T = V T 2 / R T
P T = 20 2 /170
P T = 0,235 Вт или 235 мВт
Связь мощности и сопротивления — Электротехническая стековая биржа
Я думаю, вы путаете власть с работой.Работа — это количество преобразованной энергии, например, сопротивление создает тепло из-за давления или напряжения. Это количество тепла. Мощность — это скорость, с которой создается это тепло, или насколько быстро.
Например, при ходьбе на милю сжигается 350 калорий, но это занимает 30 минут. Спринт на милю также сжигает 350 калорий, но занимает всего 5 минут. Спринт требует в 6 раз больше энергии, хотя было проделано столько же работы. Итак, энергия состоит из двух составляющих: тепла или затраченной энергии, и времени.
Сопротивление объекта — это не затраченная энергия или время. Таким образом, само по себе сопротивление не имеет никакого отношения к работе или временному интервалу. Ни одно из этих устройств не совместимо друг с другом. Это похоже на сравнение прочности стали на сжатие с температурой кипения воды. Они измеряют две совершенно разные вещи. Сами по себе они не имеют отношения. Однако вы добавляете условный компонент, который может совместно использоваться обоими, и сравнительные изменения для каждого могут создавать соединение.Например, добавьте в смесь переменный компонент, например, добавив электрический ток как к кипящей воде, так и к стали, затем измерьте прочность стали и точку кипения, чтобы увидеть, изменится ли это одно или оба их измерения. Теперь у вас есть возможность сравнить не друг с другом напрямую, а с тем, как они оба реагируют на этот новый компонент.
Скажем, добавление электрического тока к воде снижает ее точку кипения, а добавление того же электрического тока снижает прочность стали.Что касается электрического тока, то можно сказать, что и температура кипения воды, и прочность стали прямо пропорциональны, потому что они оба падают. Это нереально, но показывает, как могут измениться отношения между двумя единицами измерения.
То же самое верно для сопротивления среды и скорости выделяемого ею тепла. Сопротивление — это статическое измерение, основанное на характеристиках компонента материала. Мощность — это динамическое измерение, основанное на условиях или нескольких компонентах, (количестве электрического тока в секунду) в амперах и (дифференциальном заряде проводника) напряжении.В.
Данные можно ввести в любое из полей. Когда вы закончили ввод данных, щелкните количество, которое вы хотите рассчитать, в активной формуле выше. Количество не будет принудительно согласованным, пока вы не нажмете на выбор. Для неопределенных параметров будут введены значения по умолчанию, но все значения могут быть изменены.
После того, как вы рассчитали генерируемое напряжение, разумным последующим вопросом будет «Какой ток и мощность я могу получить от генератора?».Несмотря на то, что это не будет практичной геометрией генератора, она может служить идеализация для обсуждения принципов генерации напряжения при взаимодействии с магнитным полем. Принимая это простая геометрия, электрический ток в амперах, возникающий при перемещении провода через магнитное поле будет определяться сопротивлением цепи, к которой он подключен. связаны, используя закон Ома, I = V / R. Если вы сгенерировали 10 вольт и были подключены к цепи сопротивление 1 Ом, результирующий ток будет 10 ампер, а передаваемая мощность P = VI = 10 вольт x 10 амперы = 100 Вт (см. соотношение мощности).Но бесплатного обеда не существует, и вам придется приложить больше усилий, чтобы двигаться. провод через магнитное поле с такой скоростью — вы, по сути, торгуете механической энергией толкания для выработки электроэнергии, всегда ограничиваясь принципом сохранения энергии. Вам придется приложите (по крайней мере) 100 Вт механической мощности толкания, чтобы получить 100 Вт электроэнергии. Практические генераторы почти всегда используют геометрию вращающейся катушки, а крупномасштабные генераторы энергии используют что-то вроде паровой турбины или водяной турбины, чтобы повернуть катушку провода в спираль. магнитное поле, получающее напряжение, генерируемое с обеих сторон вращающейся катушки.
Если указанный выше генератор был подключен к цепи с сопротивлением R = Ом,
электрический ток будет I = V / R = амперы для скорости, перпендикулярной B.
Мощность, подаваемая в схему, будет P = VI = Вт.
В идеальном случае, когда не было потерь, механическая мощность P = Fv, необходимая для проталкивания провода через магнитное поле, была бы равна электрической мощности. Для указанной выше скорости требуемая сила равна
.Идеальная минимально необходимая сила:
F = P / v = ньютоны = фунты.
Напряжение, энергия и мощность — MCAT Physical
Если вы считаете, что контент, доступный через Веб-сайт (как определено в наших Условиях обслуживания), нарушает или другие ваши авторские права, сообщите нам, отправив письменное уведомление («Уведомление о нарушении»), содержащее в информацию, описанную ниже, назначенному ниже агенту. Если репетиторы университета предпримут действия в ответ на ан Уведомление о нарушении, оно предпримет добросовестную попытку связаться со стороной, которая предоставила такой контент средствами самого последнего адреса электронной почты, если таковой имеется, предоставленного такой стороной Varsity Tutors.
Ваше Уведомление о нарушении прав может быть отправлено стороне, предоставившей доступ к контенту, или третьим лицам, таким как в виде ChillingEffects.org.
Обратите внимание, что вы будете нести ответственность за ущерб (включая расходы и гонорары адвокатам), если вы существенно искажать информацию о том, что продукт или действие нарушает ваши авторские права. Таким образом, если вы не уверены, что контент находится на Веб-сайте или по ссылке с него нарушает ваши авторские права, вам следует сначала обратиться к юристу.
Чтобы отправить уведомление, выполните следующие действия:
Вы должны включить следующее:
Физическая или электронная подпись правообладателя или лица, уполномоченного действовать от их имени; Идентификация авторских прав, которые, как утверждается, были нарушены; Описание характера и точного местонахождения контента, который, по вашему мнению, нарушает ваши авторские права, в \ достаточно подробностей, чтобы позволить репетиторам университетских школ найти и точно идентифицировать этот контент; например, мы требуем а ссылка на конкретный вопрос (а не только на название вопроса), который содержит содержание и описание к какой конкретной части вопроса — изображению, ссылке, тексту и т. д. — относится ваша жалоба; Ваше имя, адрес, номер телефона и адрес электронной почты; а также Ваше заявление: (а) вы добросовестно полагаете, что использование контента, который, по вашему мнению, нарушает ваши авторские права не разрешены законом, владельцем авторских прав или его агентом; (б) что все информация, содержащаяся в вашем Уведомлении о нарушении, является точной, и (c) под страхом наказания за лжесвидетельство, что вы либо владелец авторских прав, либо лицо, уполномоченное действовать от их имени.
Отправьте жалобу нашему уполномоченному агенту по адресу:
Чарльз Кон
Varsity Tutors LLC
101 S. Hanley Rd, Suite 300
St. Louis, MO 63105
Или заполните форму ниже:
расчетов мощности
расчет мощности МощностьРасчет мощности
Power — это умение делать работу, будь то поднимать лифты или шуметь.Когда вы пропускаете ток через провод, вы передаете мощность от источника к точке использования. Одно из главных преимуществ электричества — мы можем делать беспорядок. бизнес по производству электроэнергии в Неваде и удобное использование гостинная.
Единицей мощности является ватт, названия после Джеймс Ватт, прославившийся паровым двигателем. Мощность, доступная в электрическом схема
P = EIP = мощность в ваттах
E = ЭДС в вольтах
I = ток в амперах.
Конечно, ток через провод контролируется импедансом — обычно мы знаем импеданс и напряжение и воспользуйтесь производной формулой
Важно отметить, что мощность будет меняться как квадрат напряжения. Если мы контролируем ток через известное сопротивление, эта формула имеет то же моральный.
Рассеиваемая мощность
Многие электронные устройства выделяют тепло как побочное эффект от их основного использования.Например, резисторы и трансформаторы нагреваются при прохождении через них тока. Жара не хорош для чего угодно (как раз наоборот), но мы должны знать об этом поэтому мы не пытаемся пропустить через что-то достаточно тока, чтобы его сжечь вверх. Большинство устройств имеют максимальную номинальную мощность, превышающую этот рейтинг. рискует уничтожить. Например, большинство резисторов рассчитаны на четверть ватта. Итак, какое напряжение мы можем безопасно подать на 100 Ом? резистор?
Передача энергии
В мире аудио вы все еще слышите много поговорим о «согласовании импедансов».Что это значит? Любое устройство с реальным выходом будет некоторое сопротивление между сигналом схема питания и выходной разъем. Вот типичный вывод строений:
Треугольники обозначают усилители. или какой-то другой источник тока. Всегда есть какая-то комбинация резисторы, конденсаторы и / или трансформаторы для регулировки выхода напряжение и защитить источник тока от коротких замыканий. Что бы ни после того, как источник тока будет иметь импеданс — обычно это все собраны вместе и названы «импедансом источника».
Теперь вот что будет выглядеть любой ввод нравится:
Даже если это не так конструкция, что касается устройства-источника, следующее гаджет по линии представит некоторое (надеюсь, фиксированное) сопротивление через выход. Вы помните из очерка о законе Ома, что когда мы соединим их вместе, у нас будет делитель напряжения. Если сопротивление входа второго устройства достаточно низкое, чтобы загрузить выход второго устройства, напряжение на подключении будет ниже, чем ожидалось, и текущий спрос может превышать источник готов к поставке.(Источник может быть даже поврежден.)
Для предотвращения этого производители указывают полное сопротивление нагрузки, на которое рассчитано их устройство. Это называется «выходным сопротивлением». Это не то же самое, что сопротивление источника — выходное сопротивление — это ожидаемое входное сопротивление нагрузки, и будет работать с импедансом источника (как нижняя ветвь напряжения делитель), чтобы установить правильные выходные уровни.
Раньше, если на устройстве указывалось выходное сопротивление 600 Ом, нужно было подключить нагрузку 600 Ом, ни больше ни меньше.Это потому, что до середины 60-х годов большинство оборудование имело выходные трансформаторы, как на левой схеме выше. (Они требовались для электрических цепей.) Вы помните из эссе о сопротивление, которое индуктор, такой как вторичная катушка трансформатор имеет постоянную времени, зависящую от соответствующего импеданс — с некоторым импедансом он становится фильтром. 600 Ом было входной импеданс промышленного стандарта для передачи плоского сигнала в звуковой диапазон. (Есть еще такой стандарт для видео — 75 Ом, а вам лучше следовать за ним.) Если вы хотели послать сигнал двум устройств приходилось использовать специальный усилитель-распределитель, т.к. просто подключив два входа по 600 Ом к одному выходу, вы получите 300 Ом. нагрузка.
Было легко получить входное сопротивление 600 Ом. потому что у большинства оборудования на входе тоже есть трансформатор. Тем не мение, были части оборудования, у которых был более высокий выходной импеданс (сделанный для рынок домашнего аудио, в основном), и если вы нагружаете их на 600 Ом, они бы не работали.В современном оборудовании отсутствуют входные трансформаторы (они либо дорогие, либо низкокачественные, либо и то, и другое) и использует ввод схемы с более высоким импедансом, обычно 10 кОм или даже 50 кОм. В Преимущество этого в том, что вы можете подключиться ко всему, и вы можете водить несколько входов без усилителей распределения. Выходы по-прежнему способен управлять 600 Ом (обычно), но подключать более высокий сопротивление не вредит, поскольку требуется меньший ток. Если вам нужно подключите высокоимпедансный вход к старомодному выходу на 600 Ом, вы должны добавить «согласующий резистор» 600 Ом через связь.Любая часть оборудования, где это действительно важно, будет иметь встроенный такой резистор с переключателем оконечной нагрузки для подключения это когда нужно.
Микрофоны
Микрофоны все еще имеют старое отличие высокий импеданс против низкого импеданса. Потому что хорошие микрофоны в них еще есть трансформаторы (см. эссе о связях и балансные кабели), а в дешевых — нет.Поскольку микрофон производит очень маленький ток, вы не можете подключить микрофон с высоким Z к входу с низким Z и ожидайте, что это сработает. Микрофон с низким Z будет работать на входе с высоким Z, но частотная характеристика может быть искажена.
Усилители мощности и Динамики
Сопротивление действительно критично, когда дело доходит до подключение колонок. Усилители предназначены для обеспечения большого количества мощности, но мы не можем позволить себе тратить ее зря, подключив более высокую сопротивление, чем необходимо.Истинный импеданс динамика варьируется во всем место с частотой (там катушки), но будет «номинальный» рейтинг, который представляет собой самый низкий рейтинг для любого протяженность времени. Обычно это 8 Ом, хотя сейчас вы видите много Конструкции с сопротивлением 4 Ом на рынке аудиофилов.
Усилителиспроектированы так, чтобы максимально безопасный ток до 2 Ом или около того, поэтому динамик на 8 Ом представляет собой скромный запас прочности. Если вы подключите два динамика на 8 Ом параллельно, вы подадите на усилитель 4 Ом, и звук станет громче с некоторый риск.Риск чего? Что ж, на более дешевых усилителях вы сожжете предохранитель, а на более лучших загорится свет, сообщающий вам текущий сработала защита, и ваш звук будет ужасным — вероятно сильно обрезан. Худшее, что может случиться, — это перегоревший усилитель.
[ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ] Обрезанный звук, даже при умеренном громкость, может повредить ваши динамики — почему? Потому что у квадратных волн больше всего их энергии в высоких парциальных. В типичном трехполосном динамике НЧ-динамик, который обычно передает большую часть мощности, будет рассчитан на сотни ватт, но твитер будет рассчитан только на 20-50 Вт.Накачать 75 Вт высокочастотной энергии и до свидания твитер.
Если вы подключите два динамика последовательно, вы представьте нагрузку 16 Ом и получите половину тока. Так как это сейчас проехав вдвое больше диффузоров, вы получите столько же звука, и это может даже звучать немного лучше, потому что отдельные динамики не работают так усердно.
Немного подумав, вы, наверное, сможете способа подключить четыре динамика и по-прежнему показывать 8 Ом нагрузка.
Это обсуждение должно также указать на необходимость использования толстого провода для громкоговорителей. Проволока 20 калибра имеет сопротивление около 0,01 Ом на фут, поэтому вам нужно всего около 20 футов кабеля для изменения импеданса на 5%, потери тока и отстройка катушек кроссовера. Лучше использовать 18 ga при 0,006 Ом на фут или даже 16 га при 0,004 Ом.
Между прочим, есть такие вещи, как высокий импедансные динамики. Это мелочи, которые можно найти в аэропорту потолки — сотни из них подключены параллельно, и каждый динамик для этого есть понижающий трансформатор.Усилители, которые работают эти системы имеют выход 70 вольт и не будут работать с вашим динамики вообще. Вы можете использовать эти маленькие колонки, если возьмете трансформаторы выключены.
PQE 02.10.98
Назад к музыке 126 темы
Понимание мощности усилителя — Серый Компьютерщик Джефф
Мощность усилителя, вероятно, является наиболее неправильно понимаемым параметром усилителей и динамиков, которым злоупотребляют. Тем не менее, часто это первый (и, возможно, единственный) параметр, на который обращают внимание при покупке усилителя или колонок.
Менеджеры по маркетингу усугубляют путаницу, используя такие термины, как RMS-мощность, непрерывная средняя мощность, музыкальная мощность, пиковая мощность, динамическая мощность, максимальная мощность и т. Д.
Понимание мощности усилителя поможет понять термины, которые часто используются (и злоупотребляют) для описания мощности усилителя. Эта статья объяснит, что такое мощность усилителя, а что нет. В следующих статьях будет рассказано, как производители усилителей измеряют мощность, что такое мощность динамиков и как согласовывать их с вашими усилителями и динамиками.Прежде всего, нам нужно понять мощность усилителя.
Мощность усилителя рассчитывается, а не измеряется
Вольтметр измеряет напряжение в вольтах. Амперметр измеряет ток в амперах (амперах). Омметр измеряет сопротивление в омах. Любые два из этих измерений позволят рассчитать мощность усилителя (в ваттах). К сожалению, это означает использование математики и формул. Я постараюсь сделать это простым и использовать только одну формулу. Если вам нравятся формулы и вы хотите понять, как взаимосвязаны мощность, напряжение, ток и сопротивление, вы можете прочитать мои статьи о законе об электроэнергии и сопротивлении.В противном случае примите следующую формулу:
Мощность = квадрат напряжения, деленный на сопротивление.
Давайте воспользуемся этой формулой на простом примере. Допустим, у вас есть усилитель, подключенный к нагрузке 5 Ом (я использовал 5 Ом, чтобы упростить вычисления — обычно это 4 Ом или 8 Ом для динамика). При постоянном входном синусоиде вы измеряете 10 вольт переменного тока на выходе динамика усилителя. Поскольку вы знаете сопротивление (5 Ом) и напряжение (10 вольт), вы можете рассчитать мощность:
Мощность = (10 умножить на 10) разделить на 5 = 100/5 = 20 Вт.
Просто а?
Общие сведения об измерениях переменного тока
Ну, это был простой пример. На самом деле все не так просто по ряду причин. Основная сложность заключается в том, что выходной сигнал не является постоянным уровнем, потому что входной сигнал не является постоянным уровнем. Начнем с простого ввода синусоидальной волны. На выходе также будет синусоида, например:
.Как видите, вход и выход не постоянны. Он постоянно поднимается и опускается, положительный и отрицательный.Это относится к любому сигналу переменного тока (переменного тока). Но когда вы измеряете его измерителем, вы получаете постоянное напряжение. Это связано с тем, что измеритель показывает среднеквадратичное значение напряжения.
RMS означает среднеквадратическое значение (о котором вы теперь можете забыть). Это математический термин, обозначающий рабочее напряжение. Это расчет для определения эквивалентного теплового эффекта постоянного напряжения. Не нужно слишком увлекаться тем, как определяется среднеквадратичное значение, просто помните, что это эффективное рабочее напряжение.Это также напряжение, которое измеряет ваш счетчик. Это 70,7% от пикового напряжения.
Это относится ко всем измерениям переменного тока. Например, в некоторых странах розетка на 120 вольт переменного тока — это среднеквадратичное напряжение. Синусоидальная волна переменного тока 120 вольт изменяется от +169,5 до -169,5 вольт или от пика до пика (p-p) напряжения 339 вольт. 70,7% от 169,5 вольт дает среднеквадратичное напряжение 120 вольт. В странах, где используется 230 вольт, пиковое напряжение составляет +/- 325,3 вольт.
Измерительный усилитель напряжения и тока
Хорошо, теперь мы знаем, что RMS — это эффективное рабочее напряжение (и ток) переменного тока.Как это помогает нам понять мощность усилителя? Рад, что ты спросил.
В нашем простом примере выше мы измерили среднеквадратичное значение 10 В на выходе усилителя. Это означает, что выходное напряжение фактически упало с +14,14 вольт до -14,14 вольт. 70,7% от 14,14 вольт — это 10 вольт.
Расчет мощности усилителя
А теперь самое интересное. Ранее мы говорили, что мощность равна квадрату напряжения, деленному на сопротивление. Это верно в любой точке синусоидальной волны. Итак, если мы возьмем значение напряжения (показано синим) и возведем его в квадрат (умножим на себя), а затем разделим его на постоянное сопротивление (5 Ом), мы получим выходную мощность, как показано оранжевым:
Пара замечаний по этому графику:
- Во-первых, мощность переменного тока не бывает положительной или отрицательной.Это всегда положительно. Поэтому расчет RMS не применяется.
- Во-вторых, мощность составляет 40 Вт от пика до пика. Однако нельзя сказать, что мощность усилителя составляет 40 Вт, потому что это только на пиках каждой синусоидальной волны, а не в любое другое время.
Вы можете использовать мой калькулятор мощности, напряжения и тока усилителя, чтобы легко увидеть среднеквадратичные и пиковые значения для вашего усилителя на основе его технических характеристик.
Теперь посмотрим на среднеквадратичные значения. В нашем примере мы знаем, что среднеквадратичное напряжение составляет 10 вольт.Ранее мы видели, что 10 в квадрате равно 100, а 100, разделенное на 5, дает расчетную мощность 20 Вт. Посмотрим, что произойдет, если мы добавим это к нашему графику:
Средняя длительная мощность
Правильно, эффективная рабочая мощность составляет половину пиковой мощности. Фактически это среднее значение синусоидальной волны мощности. Средняя мощность — это уровень мощности, который усилитель должен обеспечивать непрерывно. Следовательно, она известна как средняя продолжительная мощность. В технических характеристиках следует использовать среднюю непрерывную мощность для определения мощности усилителя.«Непрерывная мощность» — это сокращенный термин «средняя продолжительная мощность». Оба термина относятся к (средней) непрерывной мощности или устойчивой мощности, которую усилитель может производить с указанной нагрузкой.
Во многих спецификациях мощности усилителя вы увидите, что это называется мощностью RMS . Это неправильный термин (потому что технически такого понятия не существует). Хотя при расчете мощности используется среднеквадратичное значение напряжения (и / или среднеквадратичный ток, если вы используете другие формулы), результатом является просто «мощность», а не среднеквадратичная мощность.Как показано на графике выше, это средняя продолжительная мощность. Однако для большинства спецификаций усилителей вы можете рассматривать среднеквадратичную мощность (хотя и неправильный термин) для обозначения средней продолжительной мощности.
Пиковая мощность
К сожалению, маркетологи не любят говорить, что их усилитель имеет мощность всего 20 Вт, когда они считают, что могут честно сказать, что максимальная мощность составляет 40 Вт. Что бы вы купили: усилитель на 20 Вт или усилитель на 40 Вт? Рассматривая мощность усилителя, сравнивайте яблоки с яблоками — всегда используйте среднюю непрерывную мощность или неверно названную среднеквадратичную мощность (неправильный термин, но правильное значение мощности).
Однако можно сказать, какова пиковая мощность усилителя. В нашем примере это пиковая мощность 40 Вт. Но пиковая мощность всегда должна сопровождаться фразой «пиковая мощность» или чем-то подобным. Пиковая мощность часто обозначается как мгновенная мощность . Иногда динамическая мощность также используется для описания пиковой мощности.
Важно помнить, что эти описания относятся к максимальной мощности, которую усилитель может выдать всего за долю секунды.Они не указывают на реальную долговременную мощность, которую усилитель способен выдавать. Это все равно, что сказать, что вы можете лететь на метр в воздухе, потому что вы можете прыгнуть на метр в воздухе — на короткое время. Вы не можете постоянно «летать» на метр в воздухе, точно так же, как усилитель может постоянно производить свою пиковую мощность.
PMPO
Пиковая выходная мощность для музыки или Пиковая мощность для музыки (PMP) — это маркетинговый термин, который редко имеет какое-либо сходство с реальностью. Я предпочитаю говорить, что PMPO означает пиковую выходную мощность маркетинга.Это термин, который используют маркетологи, чтобы представить свои усилители очень мощными. Нижний сегмент рынка (например, более дешевые компьютерные колонки и портативные музыкальные шкатулки), как правило, используют PMPO. Если бы я проявил щедрость, я бы сказал, что они приходят к значению PMPO, беря пиковую мощность, умножая ее на количество каналов, а затем умножая на какой-то неизвестный маркетинговый коэффициент от 10 до 1000. Например, маркировка на коробка на этом изображении (название бренда удалено) утверждает, что у этого устройства PMPO составляет 15 000 Вт!
Примечания о мощности усилителя
Мощность усилителя— не единственная спецификация, на которую следует обратить внимание при выборе системы.Возможно, это даже не такой важный фактор, как вы думаете. Например, разница в уровнях между 60 и 80 Вт составляет чуть более 1 дБ, что не очень много. Для увеличения уровня на 3 дБ вам необходимо удвоить мощность усилителя. Но это не означает, что громкость будет увеличена вдвое, для этого вам нужно иметь в 10 раз больше мощности! Подробнее об этом читайте в статье «Двойная мощность усилителя не увеличивает громкость вдвое».
Если ваша цель — добиться максимальной громкости системы, вам также необходимо обратить внимание на чувствительность динамиков.Использование динамика с чувствительностью 91 дБ по сравнению с динамиком с чувствительностью 85 дБ дает усиление на выходе динамика 6 дБ для того же сигнала. Эта статья о чувствительности динамика содержит более подробную информацию.
Проверка мощности усилителя синусоидой — серьезное испытание для усилителя. По сути, усилитель постоянно работает на 100% мощности. Синусоидальная волна не является обычным повседневным сигналом. Музыка и речь имеют много периодов ниже максимального уровня и даже пауз. Поэтому при нормальном использовании усилитель не будет подвергаться таким сильным нагрузкам, как при нагрузочных испытаниях.Поэтому некоторые производители увеличивают номинальную мощность и используют такие фразы, как program power или music power для оценки усилителей. Однако эти рейтинги не определены и не должны использоваться для сравнения.
Переменные с мощностью усилителя
В этой статье описаны мощность усилителя, некоторые используемые термины и основной способ расчета мощности усилителя. Однако есть ряд других переменных, которые следует знать, если вы собираетесь сравнивать усилители на основе их указанной мощности:
- Хотя простая синусоида является удобным и относительно простым способом измерения и расчета мощности усилителя, она измеряет мощность только на одной частоте.Он также должен поддерживать эту мощность на других частотах. Следовательно, средние непрерывные уровни мощности должны сопровождаться испытательной частотой или частотным диапазоном.
- Измеренное напряжение, используемое в расчетах, соответствует максимальному выходному сигналу, при отсутствии или небольшом искажении сигнала, вызванном усилителем. Некоторые производители измеряют выходную мощность усилителя при работе с высокими искажениями, давая завышенное значение мощности (опять же, это чаще всего происходит с продуктами низкого уровня). Следовательно, средние непрерывные уровни мощности должны сопровождаться показателями искажения тестируемого сигнала (THD или THD + n, выраженные в процентах).Это должно быть 1% или меньше — чем меньше, тем лучше. Остерегайтесь цифр выходной мощности с 10% THD.
- Ток и, следовательно, мощность изменяются при изменении нагрузки. Динамик на 4 Ом пропускает больше тока, чем динамик на 8 Ом, поэтому мощность, производимая усилителем, изменится. Следовательно, указанные уровни мощности должны соответствовать указанным испытательным нагрузкам.
- Убедитесь, что указанная мощность усилителя соответствует мощности всех (или, по крайней мере, 2) каналов усилителя. Некоторые производители выдают выходную мощность только при одном работающем усилителе, что не является верным показателем того, какую мощность может обеспечить источник питания усилителя при работе всех каналов.
Все это говорит о том, что при сравнении усилителей по мощности нужно внимательно присматриваться к характеристикам. В идеале мощность усилителя должна быть указана примерно так:
Мощность усилителя: 80 Вт, непрерывная средняя мощность при 8 Ом (нагружены 2 канала, THD 0,08%, 20 Гц — 20 кГц)
Сводка
Мы убедились на простом примере, что лучшим значением для определения и сравнения мощности усилителя является средняя непрерывная мощность или другие синонимичные термины.Большинство терминов, использующих «пиковую» мощность, относятся к возможной мощности в течение очень коротких периодов времени и обычно используются для завышения реальных устойчивых уровней мощности.
В следующей статье рассматриваются реальные способы расчета мощности усилителя, включая некоторые стандарты, которых производители усилителей должны придерживаться при проведении этих тестов. Это поможет понять некоторые используемые аббревиатуры, такие как IEC, AES, DIN и FTC.
Прежде чем двигаться дальше, ниже приведены еще два термина, которые полезно понимать при разговоре и / или чтении об усилителе и мощности динамика.
вырезка
Если входной сигнал усиливается так, что выходное напряжение превышает пределы напряжения усилителя, синусоидальная волна будет обрезана вверху и внизу.
На этом графике показана синусоида, усиленная до максимального уровня без ограничения. Это уровень, который следует измерить для расчета максимальной мощности.
На этом графике показано усиление синусоидальной волны усилителем, так что она ограничивается сверху и снизу.Это искажение не только раздражает ухо, но и вызывает нагрузку на усилители и динамики, и его следует избегать.
Крест-фактор
Пик-фактор — это отношение пиковой мощности к средней продолжительной мощности, выраженное в дБ. В нашем примере пиковая мощность составляет 40 Вт, средняя непрерывная мощность — 20 Вт. Это соотношение 2: 1 или 3 дБ. Усилитель, протестированный с использованием простой синусоидальной волны (как в нашем примере), всегда будет иметь пик-фактор 3 дБ. То есть для простой синусоиды пиковая мощность всегда будет вдвое больше средней продолжительной мощности.
Для живой музыки с барабанами и другими перкуссионными инструментами грохоты / удары (пики) могут быть в 10-15 раз выше среднего уровня — это пик-фактор 9-12 дБ. В таблице ниже показано соотношение между децибелами и отношением пиковой мощности к средней мощности.
| Коэффициент амплитуды | Коэффициент мощности |
| 3dB | 2: 1 |
| 6dB | 4: 1 |
| 9dB | 1248909 904804 9048 1 9048 9048 1 9048 |
| 15 дБ | 32: 1 |
Эти цифры будут полезны, когда мы рассмотрим, как согласовать динамики с усилителем.
Основы: Рассеивание мощности и электронные компоненты
Постоянно существующей проблемой в проектировании электронных схем является выбор подходящих компонентов, которые не только выполняют поставленную задачу, но и выживут в предсказуемых условиях эксплуатации. Большая часть этого процесса — убедиться, что ваши компоненты будут оставаться в пределах своих безопасных рабочих ограничений с точки зрения тока, напряжения и мощности. Из этих трех «силовая» часть часто является самой сложной (как для новичков, так и для экспертов), потому что безопасная рабочая зона может очень сильно зависеть от особенностей ситуации.
Далее мы познакомим вас с некоторыми основными концепциями рассеивания мощности в электронных компонентах, чтобы понять, как выбирать компоненты для простых схем с учетом ограничений мощности.
— НАЧАЛО ПРОСТОГО —
Давайте начнем с одной из простейших схем, которую только можно вообразить: батарея, подключенная к единственному резистору:
Здесь у нас одна батарея на 9 В и одна батарея на 100? (100 Ом) резистор, соединенный проводами, чтобы сформировать полную цепь.
Достаточно просто, правда? Но теперь вопрос: если вы действительно хотите построить эту схему, насколько «большой» из 100? резистор нужно ли использовать, чтобы убедиться, что он не перегревается? То есть, можем ли мы просто использовать «обычный» резистор ¼ W, как показано ниже, или нам нужно увеличить?
Чтобы это выяснить, нам необходимо рассчитать мощность, рассеиваемую резистором.
Вот общее правило расчета рассеиваемой мощности:
Правило питания: P = I × В
Если ток I протекает через данный элемент в вашей цепи, теряя при этом напряжение В , то мощность, рассеиваемая этой цепью Элемент является произведением этого тока и напряжения: P = I × V .
В сторону :
Каким образом ток, умноженный на напряжение, может дать нам измерение «мощности»?
Чтобы понять это, нам нужно помнить, что физически представляют ток и напряжение.
Электрический ток — это скорость протекания электрического заряда через цепь, обычно выражаемая в амперах, где 1 ампер = 1 кулон в секунду. (Кулон — это единица измерения электрического заряда в системе СИ.)
Напряжение или, более формально, электрический потенциал — это потенциальная энергия, приходящаяся на единицу электрического заряда в рассматриваемом элементе схемы.В большинстве случаев вы можете думать об этом как о количестве энергии, которое «расходуется» в элементе на единицу проходящего заряда. Электрический потенциал обычно измеряется в вольтах, где 1 вольт = 1 джоуль на кулон. (Джоуль — единица энергии в системе СИ.)
Итак, если мы возьмем ток, умноженный на напряжение, это даст нам количество энергии, которое «израсходовано» в элементе на единицу заряда, умноженное на количество этих единиц заряда, проходящих через элемент в секунду. :
1 ампер × 1 вольт =
1 (кулон / секунда) × 1 (джоуль / кулон) =
1 джоуль / секунда
Результирующая величина выражается в единицах один джоуль в секунду: скорость потока энергии, более известная как мощность.Единица измерения мощности в системе СИ — ватт, где 1 ватт = 1 джоуль в секунду.
Итак, у нас есть
1 ампер × 1 вольт = 1 ватт
Снова на нашу трассу! Чтобы использовать правило мощности ( P = I × V ), нам нужно знать как ток через резистор, так и напряжение на резисторе.
Во-первых, мы используем закон Ома ( В = I × R ), чтобы найти ток через резистор.
• Напряжение на резисторе В = 9 В.
• Сопротивление резистора R = 100 Ом.
Следовательно, ток через резистор равен:
I = В / R = 9 В / 100? = 90 мА
Затем мы можем использовать правило мощности ( P = I × В ), чтобы найти мощность, рассеиваемую резистором.
• Ток через резистор I = 90 мА.
• Напряжение на резисторе В = 9 В.
Следовательно, мощность, рассеиваемая в резисторе, составляет:
P = I × В = 90 мА × 9 В = 0,81 Вт
Так вы можете использовать резистор на 1/4 Вт?
Нет, потому что он, скорее всего, выйдет из строя из-за перегрева.
100? резистор в этой схеме должен быть рассчитан не менее чем на 0,81 Вт. Обычно выбирается следующий больший доступный размер, в данном случае 1 Вт.
Резистор мощностью 1 Вт обычно поставляется в гораздо более крупном физическом корпусе, как показано здесь:
(резистор 1 Вт, 51 Ом, для сравнения размеров.)
Поскольку резистор на 1 Вт физически намного больше, он должен быть в состоянии справиться с рассеиванием большей мощности за счет большей площади поверхности и более широких выводов. (Он все еще может сильно нагреваться на ощупь, но не должен нагреваться настолько, чтобы выйти из строя.)
Вот альтернативное расположение, которое работает с четырьмя 25? резисторы в серии (а в сумме все равно 100?).В этом случае ток через каждый резистор по-прежнему составляет 90 мА. Но поскольку на каждом резисторе имеется только четверть напряжения, на каждом резисторе рассеивается только четверть меньшей мощности. Для этого достаточно, чтобы четыре резистора были рассчитаны на 1/4 Вт.
В сторону: прорабатываем этот пример.
Поскольку четыре резистора включены последовательно, мы можем сложить их значения, чтобы получить их общее сопротивление, равное 100 Ом. Использование закона Ома с этим общим сопротивлением снова дает нам ток 90 мА.И снова, поскольку резисторы включены последовательно, одинаковый ток (90 мА) должен течь через каждый обратно в батарею. Напряжение через каждые 25? резистор тогда В = I × R , или 90 мА × 25? = 2,25 В. (Чтобы еще раз убедиться, что это разумно, обратите внимание, что напряжения на четырех резисторах в сумме составляют 4 × 2,25 В = 9 В.)
Мощность на каждого человека 25? резистор P = I × В = 90 мА × 2,25 В? 0,20 Вт, безопасный уровень для использования с резистором 1/4 Вт.Интуитивно понятно, что если разделить 100? резистор на четыре равные части, каждая из которых должна рассеивать четверть общей мощности.
— ЗА РЕЗИСТОРАМИ —
Для нашего следующего примера давайте рассмотрим следующую ситуацию: предположим, что у вас есть схема, которая принимает входной сигнал от источника питания 9 В и имеет встроенный линейный стабилизатор для понижения напряжения до 5 В, где все работает. Ваша нагрузка на конце 5 В может достигать 1 А.
Как выглядит мощность в этой ситуации?
Регулятор, по сути, действует как большой переменный резистор, который регулирует свое сопротивление по мере необходимости для поддержания постоянного выходного напряжения 5 В. Когда выходная нагрузка составляет 1 А, выходная мощность, обеспечиваемая регулятором, составляет 5 В × 1 А = 5 Вт, а мощность, потребляемая в цепи источником питания 9 В, составляет 9 Вт. Напряжение, падающее на стабилизаторе. составляет 4 В, а при 1 А, это означает, что 4 Вт рассеивается линейным регулятором — также разница между входной и выходной мощностью.
В каждой части этой схемы соотношение мощности задается следующим образом: P = I × V . Две части — регулятор и нагрузка — это места, где рассеивается мощность. А в части цепи, подключенной к источнику питания, P = I × V описывает подачу питания в систему — напряжение увеличивается на по мере прохождения тока по источнику питания.
Кроме того, стоит отметить, что мы, , не сказали, , какая нагрузка тянет этот 1 А.Энергия потребляется, но это не обязательно означает, что она преобразуется в (просто) тепловую энергию — например, это может быть питание двигателя или набора зарядных устройств для аккумуляторов.
Помимо:
В то время как линейный регулятор напряжения, подобный этой, представляет собой , очень распространенную установку для электроники, стоит отметить, что это также невероятно неэффективная схема : 4/9 входной мощности просто сгорает. как тепло, даже при работе на более низких токах.
— КОГДА НЕТ ПРОСТОЙ СПЕЦИФИКАЦИИ «МОЩНОСТЬ» —
Далее, немного более сложная часть: убедиться, что ваш регулятор может справиться с мощностью. В то время как на резисторах четко указана их мощность, на линейных регуляторах это не всегда. В приведенном выше примере регулятора предположим, что мы используем регулятор L7805ABV от ST (техническое описание здесь).
(Фото: типичный корпус TO-220, тип, который обычно используется для линейных регуляторов средней мощности)
L7805ABV — линейный стабилизатор 5 В в корпусе TO-220 (аналогичный показанному выше), рассчитанный на 1.Выходной ток 5 А и входное напряжение до 35 В.
Наивно, вы можете предположить, что вы можете подключить это прямо к входу 35 В и рассчитывать на выход 1,5 А, что означает, что регулятор будет излучать мощность 30 В * 1,5 А = 45 Вт. Но это крошечный пластиковый пакет; на самом деле он не может справиться с такой большой мощностью. Если вы посмотрите таблицу данных в разделе «Абсолютные максимальные характеристики», чтобы попытаться определить, с какой мощностью он может справиться, все, что там написано, является «внутренне ограниченным», что само по себе далеко не ясно.
Оказывается, существует фактическая номинальная мощность, но она обычно несколько «скрыта» в технических характеристиках. Вы можете понять это, посмотрев на пару связанных спецификаций:
• T OP , Диапазон рабочих температур перехода: от -40 до 125 ° C
• R thJA , Термическое сопротивление переход-окружающая среда: 50 ° C / Вт
• R thJC , Тепловое сопротивление переходной коробки: 5 ° C / Вт
Рабочий диапазон температур перехода, T OP , определяет, насколько горячим может быть «переход» — активная часть интегральной схемы регулятора, прежде чем он перейдет в режим теплового отключения.(Тепловое отключение — это внутренний предел, который делает мощность регулятора «внутренне ограниченной».) Для нас это максимум 125 ° C.
Тепловое сопротивление переход-окружающая среда R thJA (часто обозначается как? JA ), сообщает нам, насколько нагревается переход, когда (1) регулятор рассеивает заданное количество мощности и (2) регулятор находится внутри на открытом воздухе при заданной температуре окружающей среды. Предположим, нам нужно спроектировать наш регулятор для работы только в скромных коммерческих условиях, температура которых не превышает 60 ° C.Если нам нужно поддерживать температуру перехода ниже 125 ° C, то максимальное повышение температуры, которое мы можем допустить, составляет 65 ° C. Если у нас R thJA 50 ° C / Вт, то максимальная рассеиваемая мощность, которую мы можем допустить, составит 65/50 = 1,3 Вт, если мы хотим предотвратить переход регулятора в состояние теплового отключения. Это значительно ниже 4 Вт, которые можно было бы ожидать при токе нагрузки 1 А. Фактически, мы можем выдержать только 1,3 Вт / 4 В = 325 мА среднего выходного тока, не отправляя регулятор в состояние теплового отключения.
Это, однако, относится к случаю, когда TO-220 излучает в окружающий воздух — почти наихудшая ситуация. Если мы сможем добавить радиатор или иным образом охладить регулятор, мы сможем добиться большего.
Противоположный конец спектра представлен другой термической спецификацией: корпус с термическим сопротивлением, R thJC . Это указывает, какую разницу температур можно ожидать между переходом и внешней стороной корпуса TO-220: всего 5 ° C / Вт. Это соответствующий номер , если вы можете быстро отвести тепло от корпуса, например, если у вас есть очень хороший радиатор, подключенный к внешней стороне корпуса TO-220.С большим радиатором и идеальным соединением с этим радиатором при мощности 4 Вт температура перехода повысится всего на 20 ° C по сравнению с температурой вашего радиатора. Это представляет собой абсолютный минимум нагрева, который можно ожидать в идеальных условиях.
В зависимости от технических требований вы можете начать с этого момента, чтобы построить полный бюджет мощности, чтобы учесть теплопроводность каждого элемента вашей системы, от самого регулятора до термоинтерфейса между ним и радиатором, к тепловой связи радиатора с окружающим воздухом.Затем вы можете проверить соединения и относительную температуру каждого компонента с помощью бесконтактного инфракрасного термометра с точечным считыванием. Но часто лучше переоценить ситуацию и посмотреть, есть ли лучший способ сделать это.
В данной ситуации можно подумать о переходе на стабилизатор для поверхностного монтажа, который обеспечивает лучшую управляемость по мощности (за счет использования печатной платы в качестве радиатора), или, возможно, стоит подумать о добавлении силового резистора (или стабилитрона) до Регулятор понижает большую часть напряжения за пределами блока регулятора , уменьшая нагрузку на него.Или, что еще лучше, посмотрите, есть ли способ построить вашу схему без каскада линейного регулятора с потерями.
— ПОСЛЕ СЛОВА —
Мы рассмотрели основы понимания рассеиваемой мощности в нескольких простых схемах постоянного тока.
Принципы, которые мы рассмотрели, являются довольно общими и могут быть использованы для понимания энергопотребления в большинстве типов пассивных элементов и даже в большинстве типов интегральных схем. Однако существуют реальные ограничения, и можно потратить всю жизнь на изучение нюансов энергопотребления, особенно при более низких токах или высоких частотах, когда малые потери, которыми мы пренебрегли, становятся важными.
В цепях переменного тока многие вещи ведут себя по-разному, но правило мощности все еще сохраняется в большинстве случаев: P (t) = I (t) × В (t) для изменяющихся во времени тока и напряжения. И не все регуляторы работают с потерями: импульсные источники питания могут преобразовывать (например) 9 В постоянного тока в 5 В постоянного тока с КПД 90% или выше — это означает, что при хорошем дизайне может потребоваться всего около 0,6 А при 9 В для производят 5 В при 1 А.