Понижение напряжения резистором: Как понизить напряжение через резистор

Содержание

Как понизить напряжение через резистор

Расчёт сопротивления для понижения напряжения : 6 комментариев

А где калькулятор?

Добрый день, Фазинур. По идее, в статье у вас должна отображаться автоматическая таблица для расчётов — это и есть калькулятор. Если не отображается — попробуйте с другого устройства или браузера посмотреть…

Спасибо большое, Александр! Не силён в электротехнике, очень помогло! Добавлю в закладки!

Очень рад, что пригодилась статья ) Я вот тоже не силён особо в электротехнике — начально любительский уровень )

В этой статье мы рассмотрим резистор и его взаимодействие с напряжением и током, проходящим через него. Вы узнаете, как рассчитать резистор с помощью специальных формул. В статье также показано, как специальные резисторы могут быть использованы в качестве датчика света и температуры.

Представление об электричестве

Новичок должен быть в состоянии представить себе электрический ток. Даже если вы поняли, что электричество состоит из электронов, движущихся по проводнику, это все еще очень трудно четко представить себе. Вот почему я предлагаю эту простую аналогию с водной системой, которую любой желающий может легко представить себе и понять, не вникая в законы.

Обратите внимание, как электрический ток похож на поток воды из полного резервуара (высокого напряжения) в пустой(низкое напряжение). В этой простой аналогии воды с электрическим током, клапан аналогичен токоограничительному резистору.
Из этой аналогии можно вывести некоторые правила, которые вы должны запомнить навсегда:
– Сколько тока втекает в узел, столько из него и вытекает
– Для того чтобы протекал ток, на концах проводника должны быть разные потенциалы.
– Количество воды в двух сосудах можно сравнить с зарядом батареи. Когда уровень воды в разных сосудах станет одинаковым, она перестанет течь, и при разряде аккумулятора, разницы между электродами не будет и ток перестанет течь.
– Электрический ток будет увеличиваться при уменьшении сопротивления, как и скорость потока воды будет увеличиваться с уменьшением сопротивления клапана.

Я мог бы написать гораздо больше умозаключений на основе этой простой аналогии, но они описаны в законе Ома ниже.

Резистор

Резисторы могут быть использованы для контроля и ограничения тока, следовательно, основным параметром резистора является его сопротивление, которое измеряется в Омах. Не следует забывать о мощности резистора, которая измеряется в ваттах (Вт), и показывает, какое количество энергии резистор может рассеять без перегрева и выгорания. Важно также отметить, что резисторы используются не только для ограничения тока, они также могут быть использованы в качестве делителя напряжения для получения низкого напряжения из большего. Некоторые датчики основаны на том, что сопротивление варьируется в зависимости от освещённости, температуры или механического воздействия, об этом подробно написано в конце статьи.

Закон Ома

Понятно, что эти 3 формулы выведены из основной формулы закона Ома, но их надо выучить для понимания более сложных формул и схем. Вы должны быть в состоянии понять и представить себе смысл любой из этих формул. Например, во второй формуле показано, что увеличение напряжения без изменения сопротивления приведет к росту тока. Тем не менее, увеличение тока не увеличит напряжение (хотя это математически верно), потому что напряжение – это разность потенциалов, которая будет создавать электрический ток, а не наоборот (см. аналогию с 2 емкостями для воды). Формула 3 может использоваться для вычисления сопротивления токоограничивающего резистора при известном напряжении и токе. Это лишь примеры, показывающие важность этого правила. Вы сами узнаете, как использовать их после прочтения статьи.

Последовательное и параллельное соединение резисторов

Понимание последствий параллельного или последовательного подключения резисторов очень важно и поможет вам понять и упростить схемы с помощью этих простых формул для последовательного и параллельного сопротивления:

В этом примере схемы, R1 и R2 соединены параллельно, и могут быть заменены одним резистором R3 в соответствии с формулой:

В случае с 2-мя параллельно соединёнными резисторами, формулу можно записать так:

Кроме того, что эту формулу можно использовать для упрощения схем, она может быть использована для создания номиналов резисторов, которых у вас нет.
Отметим также, что значение R3 будет всегда меньше, чем у 2 других эквивалентных резисторов, так как добавление параллельных резисторов обеспечивает дополнительные пути
электрическому току, снижая общее сопротивление цепи.

Последовательно соединённые резисторы могут быть заменены одним резистором, значение которого будет равно сумме этих двух, в связи с тем, что это соединение обеспечивает дополнительное сопротивление тока. Таким образом, эквивалентное сопротивление R3 очень просто вычисляется: R

3=R₁+R₂

В интернете есть удобные он-лайн калькуляторы для расчета последовательного и параллельного соединения резисторов.

Токоограничивающий резистор

Самая основная роль токоограничивающих резисторов – это контроль тока, который будет протекать через устройство или проводник. Для понимания их работы, давайте сначала разберём простую схему, где лампа непосредственно подключена к 9В батареи. Лампа, как и любое другое устройство, которое потребляет электроэнергию для выполнения определенной задачи (например, светоизлучение) имеет внутреннее сопротивление, которое определяет его текущее потребление. Таким образом, отныне, любое устройство может быть заменено на эквивалентное сопротивление.

Теперь, когда лампа будет рассматриваться как резистор, мы можем использовать закон Ома для расчета тока, проходящего через него. Закон Ома гласит, что ток, проходящий через резистор равен разности напряжений на нем, поделенное на сопротивление резистора: I=V/R или точнее так:

I=(V₁-V₂)/R
где (V₁-V₂) является разностью напряжений до и после резистора.

Теперь обратите внимание на рисунок выше, где добавлен токоограничительный резистор. Он будет ограничивать ток идущий к лампе, как это следует из названия. Вы можете контролировать, количество тока протекающего через лампу, просто выбрав правильное значение R1. Большой резистор будет сильно снижать ток, а небольшой резистор менее сильно (так же, как в нашей аналогии с водой).

Математически это запишется так:

Из формулы следует, что ток уменьшится, если значение R1 увеличится. Таким образом, дополнительное сопротивление может быть использовано для ограничения тока. Однако важно отметить, что это приводит к нагреву резистора, и вы должны правильно рассчитать его мощность, о чем будет написано дальше.

Вы можете воспользоваться он-лайн калькулятором для расчета токоограничительного резистора светодиода.

Резисторы как делитель напряжения

Как следует из названия, резисторы могут быть использованы в качестве делителя напряжения, другими словами, они могут быть использованы для уменьшения напряжения путем деления его. Формула:

Если оба резистора имеют одинаковое значение (R₁=R₂=R), то формулу можно записать так:

Другой распространенный тип делителя, когда один резистор подключен к земле (0В), как показано на рисунке 6B.
Заменив Vb на 0 в формуле 6А, получаем:

Узловой анализ

Теперь, когда вы начинаете работать с электронными схемами, важно уметь их анализировать и рассчитывать все необходимые напряжения, токи и сопротивления. Есть много способов для изучения электронных схем, и одним из наиболее распространенных методов является узловой, где вы просто применяете набор правил, и рассчитываете шаг за шагом все необходимые переменные.

Упрощенные правила узлового анализа

Определение узла

Узел – это любая точка соединения в цепи. Точки, которые связаны друг с другом, без других компонентов между ними рассматриваются как единый узел. Таким образом, бесконечное число проводников в одну точку считаются одним узлом. Все точки, которые сгруппированы в один узел, имеют одинаковые напряжения.

Определение ветви

Ветвь представляет собой набор из 1 и более компонентов, соединенных последовательно, и все компоненты, которые подсоединены последовательно к этой цепи, рассматриваются как одна ветвь.

Все напряжения обычно измеряются относительно земли напряжение на которой всегда равно 0 вольт.

Ток всегда течет от узла с более высоким напряжением на узел с более низким.

Напряжение на узле может быть высчитано из напряжения около узла, с помощью формулы:

V₁-V₂=I₁*(R₁)
Перенесем:
V₂=V₁-(I₁*R₁)
Где V₂ является искомым напряжением, V₁ является опорным напряжением, которое известно, I₁ ток, протекающий от узла 1 к узлу 2 и R₁ представляет собой сопротивление между 2 узлами.

Точно так же, как и в законе Ома, ток ответвления можно определить, если напряжение 2х соседних узлах и сопротивление известно:
I ₁=(V₁-V₂)/R₁

Текущий входящий ток узла равен текущему выходящему току, таким образом, это можно записать так: I ₁+ I₃=I₂

Важно, чтобы вы были в состоянии понимать смысл этих простых формул. Например, на рисунке выше, ток протекает от V1 до V2, и, следовательно, напряжение V2 должно быть меньше, чем V1.
Используя соответствующие правила в нужный момент, вы сможете быстро и легко проанализировать схему и понять её. Это умение достигается практикой и опытом.

Расчет необходимой мощности резистора

При покупке резистора вам могут задать вопрос: “Резисторы какой мощности вы хотите?” или могут просто дать 0.25Вт резисторы, поскольку они являются наиболее популярными.
Пока вы работаете с сопротивлением больше 220 Ом, и ваш блок питания обеспечивает 9В или меньше, можно работать с 0.125Вт или 0.25Вт резисторами. Но если напряжение более 10В или значение сопротивления менее 220 Ом, вы должны рассчитать мощность резистора, или он может сгореть и испортить прибор. Чтобы вычислить необходимую мощность резистора, вы должны знать напряжение через резистор (V) и ток, протекающий через него (I):
P=I*V
где ток измеряется в амперах (А), напряжение в вольтах (В) и Р – рассеиваемая мощность в ваттах (Вт)

На фото предоставлены резисторы различной мощности, в основном они отличаются размером.

Разновидности резисторов

Резисторы могут быть разными, начиная от простых переменных резисторов (потенциометров) до реагирующих на температуру, свет и давление. Некоторые из них будут обсуждаться в этом разделе.

Переменный резистор (потенциометр)

На рисунке выше показано схематическое изображение переменного резистора. Он часто упоминается как потенциометр, потому что он может быть использован в качестве делителя напряжения.

Они различаются по размеру и форме, но все работают одинаково. Выводы справа и слева эквивалентны фиксированной точке (например, Va и Vb на рисунке выше слева), а средний вывод является подвижной частью потенциометра, а также используется для изменения соотношения сопротивления на левом и правом выводах. Следовательно, потенциометр относится к делителям напряжения, которым можно выставить любое напряжение от Va к Vb.
Кроме того, переменный резистор может быть использован как тока ограничивающий путем соединения выводов Vout и Vb, как на рисунке выше (справа). Представьте себе, как ток будет течь через сопротивление от левого вывода к правому, пока не достигнет подвижной части, и пойдет по ней, при этом, на вторую часть пойдет очень мало тока. Таким образом, вы можете использовать потенциометр для регулировки тока любых электронных компонентов, например лампы.

LDR (светочувствительные резисторы) и термисторы

Есть много датчиков основанных на резисторах, которые реагируют на свет, температуру или давление. Большинство из них включаются как часть делителя напряжения, которое изменяется в зависимости от сопротивления резисторов, изменяющегося под воздействием внешних факторов.

Терморезисторы

Фоторезистор (LDR)

Как вы можете видеть на рисунке 11A, фоторезисторы различаются по размеру, но все они являются резисторами, сопротивление которых уменьшается под воздействием света и увеличивается в темноте. К сожалению, фоторезисторы достаточно медленно реагируют на изменение уровня освещённости, имеют достаточно низкую точность, но очень просты в использовании и популярны. Как правило, сопротивление фоторезисторов может варьироваться от 50 Ом при солнце, до более чем 10МОм в абсолютной темноте.

Как мы уже говорили, изменение сопротивления изменяет напряжение с делителя. Выходное напряжение можно рассчитать по формуле:

Если предположить, что сопротивление LDR изменяется от 10 МОм до 50 Ом, то V_out будет соответственно от 0.005В до 4.975В.

Термистор похож на фоторезистор, тем не менее, термисторы имею гораздо больше типов, чем фоторезисторы, например, термистор может быть либо с отрицательным температурным коэффициентом (NTC), сопротивление которого уменьшается с повышением температуры, или положительным температурным коэффициентом (PTC), сопротивление которого будет увеличиваться с повышением температуры. Сейчас термисторы реагируют на изменение параметров среды очень быстро и точно.

Схемотехническое обозначение резисторов

Про определение номинала резистора используя цветовую маркировку можно почитать здесь.

Представление об электричестве

Резистор

Закон Ома

Последовательное и параллельное соединение резисторов

Токоограничивающий резистор

Математически это запишется так:

Вы можете воспользоваться он-лайн калькулятором для расчета токоограничительного резистора светодиода.

Резисторы как делитель напряжения

Если оба резистора имеют одинаковое значение (R₁=R₂=R), то формулу можно записать так:

Узловой анализ

Упрощенные правила узлового анализа

Определение узла

Определение ветви

Все напряжения обычно измеряются относительно земли напряжение на которой всегда равно 0 вольт.

Ток всегда течет от узла с более высоким напряжением на узел с более низким.

Напряжение на узле может быть высчитано из напряжения около узла, с помощью формулы:
V₁-V₂=I₁*(R₁)
Перенесем:
V₂=V₁-(I₁*R₁)
Где V₂ является искомым напряжением, V₁ является опорным напряжением, которое известно, I₁ ток, протекающий от узла 1 к узлу 2 и R₁ представляет собой сопротивление между 2 узлами.

Текущий входящий ток узла равен текущему выходящему току, таким образом, это можно записать так: I ₁+ I₃=I₂

Расчет необходимой мощности резистора

На фото предоставлены резисторы различной мощности, в основном они отличаются размером.

Разновидности резисторов

Переменный резистор (потенциометр)

LDR (светочувствительные резисторы) и термисторы

Терморезисторы

Фоторезистор (LDR)

Если предположить, что сопротивление LDR изменяется от 10 МОм до 50 Ом, то V_out будет соответственно от 0.005В до 4.975В.

Схемотехническое обозначение резисторов

Про определение номинала резистора используя цветовую маркировку можно почитать здесь.

Бестрансформаторное электропитание.Конденсатор вместо резистора

В данной статье поговорим про бестрансформаторное электропитание.

В радиолюбительской практике, да и в промышленной аппаратуре источником электрического тока обычно являются гальванические элементы, аккумуляторы, или промышленная сеть 220 вольт. Если радиоприбор переносной (мобильный), то использование батарей питания себя оправдывает такой необходимостью. Но если радиоприбор используется стационарно, имеет большой ток потребления, эксплуатируется в условиях наличия бытовой электрической сети, то питание его от батарей практически и экономически не выгодно. Для питания различных устройств низковольтным напряжением от бытовой сети 220 вольт существуют различные виды и типы преобразователей напряжения бытовой сети 220 вольт в пониженное. Как правило, это схемы трансформаторного преобразования.

Схемы трансформаторного питания строятся по двум вариантам

1. «Трансформатор – выпрямитель — стабилизатор» — классическая схема питания, обладающая простотой построения, но большими габаритными размерами;

2. «Выпрямитель — импульсный генератор – трансформатор – выпрямитель – стабилизатор» — схема импульсного источника питания, обладающая малыми габаритными размерами, но имеющая более сложную схему построения.

Самое главное достоинство указанных схем питания – наличие гальванической развязки первичной и вторичной цепи питания. Это снижает опасность поражения человека электрическим током, и предотвращает выход аппаратуры из строя по причине возможного замыкания токоведущих частей устройства на «ноль». Но иногда, возникает потребность в простой, малогабаритной схеме питания, в которой наличие гальванической развязки не важно. И тогда мы можем собрать простую конденсаторную схему питания. Принцип её работы заключается в «поглощении лишнего напряжения» на конденсаторе. Для того, чтобы разобраться в том, как это поглощение происходит, рассмотрим работу простейшего делителя напряжения на резисторах.

Делитель напряжения состоит из двух резисторов R1 и R2. Резистор R1 – ограничительный, или по другому называется добавочный. Резистор R2 – нагрузочный (Rн), он же является внутренним сопротивлением нагрузки.

Предположим, что нам необходимо из напряжения 220 вольт получить напряжение 12 вольт. Указанные U2 = 12 вольт должны падать на сопротивлении нагрузки R2. Это означает, что остальное напряжение U1 = 220 – 12 = 208 вольт должно падать на сопротивлении R1.

Допустим, что в качестве сопротивления нагрузки мы используем обмотку электромагнитного реле, а активное сопротивление обмотки реле R2 = 80 Ом. Тогда по закону Ома, ток, протекающий через обмотку реле, будет равен: Iцепи = U2/R2 = 12/80 = 0,15 ампер. Указанный ток должен течь и через резистор R1. Зная, что на этом резисторе должно падать напряжение U1 = 208 вольт, по закону Ома определяем его сопротивление:

R1 = UR1 / Iцепи = 208/0,15 = 1 387 Ом.

Определим мощность резистора R1: Р = UR1 * Iцепи = 208 * 0,15 = 31,2 Вт.

Для того, чтобы этот резистор не грелся от рассеиваемой на нём мощности, реальное значение его мощности необходимо увеличить в раза два, это приблизительно составит 60 Вт. Размеры такого резистора довольно внушительны. И вот здесь нам пригодится конденсатор!

Мы знаем, что любой конденсатор в цепи переменного тока обладает таким параметром, как «реактивное сопротивление» — сопротивление радиоэлемента изменяющееся в зависимости от частоты переменного тока. Реактивное сопротивление конденсатора определяется по формуле:

где п – число ПИ = 3,14, f – частота (Гц), С – ёмкость конденсатора (фарад).

Заменив резистор R1 на бумажный конденсатор С, мы «забудем» что такое резистор внушительных размеров.

Реактивное сопротивление конденсатора С должно приблизительно равняться ранее рассчитанному значению R1 = Хс = 1 387 Ом.

Преобразовав формулу заменив местами величины С и Хс, мы определим значение ёмкости конденсатора:

С1 = 1 / (2*3,14*50*1387) = 2,3*10^-6 Ф = 2,3 мкФ

Это может быть несколько конденсаторов с требуемой общей ёмкостью, включенных параллельно, или последовательно.

Схема бестрансформаторного (конденсаторного) питания будет выглядеть следующим образом:

Но изображённая схема работать будет, но не так как мы планировали! Заменив массивный резистор R1 на один, или два малогабаритных конденсатора, мы выиграли в размерах, но не учли одно — конденсатор должен работать в цепи переменного тока, а обмотка реле – в цепи постоянного тока. На выходе нашего делителя переменное напряжение, и его необходимо преобразовать в постоянное. Это достигается вводом в схему диодного выпрямителя разделяющего входную и выходную цепь, а так же элементов сглаживающих пульсацию переменного напряжения в выходной цепи.

Окончательно, схема бестрансформаторного (конденсаторного) питания будет выглядеть следующим образом:

Конденсатор С2 — сглаживающий пульсации. Для исключения опасности поражения электрическим током от накопленного напряжения в конденсаторе С1, в схему введен резистор R1, который шунтирует конденсатор своим сопротивлением. При работе схемы он своим большим сопротивлением не мешает, а после отключения схемы от сети, в течение времени, определяемого секундами, через резистор R1 происходит разряд конденсатора. Время разряда определяется обыкновенной формулой:

Для того, чтобы следующий раз не делать все вышеперечисленные расчёты, выведем окончательную формулу расчёта ёмкости конденсатора схемы бестрансформаторного (конденсаторного) питания. При известных значениях входного и выходного напряжения, а также сопротивления R2 (оно же — сопротивление нагрузки Rн), значение сопротивления R1 находится в соответствии с пунктом 3 статьи «Делитель напряжения«:

Объединив две формулы, находим конечную формулу расчета ёмкости конденсатора схемы бестрансформаторного питания:

где Rн – сопротивление нагрузки, в нашем случае это – сопротивление обмотки реле Р1.

Учитывая, что при работе в переменном напряжении в конденсаторе происходят перезарядные процессы, а также сдвиг фазы тока по отношению к фазе напряжения, необходимо брать конденсатор на напряжение в 1,5…2 раза больше того напряжения, которое подаётся в цепь питания. При сети 220 вольт, конденсатор должен быть рассчитан на рабочее напряжение не менее 400 вольт.

По указанной выше формуле можно рассчитать значение ёмкости схемы бестрансформаторного питания для любого устройства, работающего в режиме постоянной нагрузки. Для работы в условиях переменной нагрузки, меняется также ток и напряжение выходной цепи. Для стабилизации выходного напряжения обычно применяют стабилитроны, или эквивалентные транзисторные схемы, ограничивающие выходное напряжение на необходимом уровне. Одна из таких схем показана на рисунке ниже.

Вся схема включена в сеть 220 вольт постоянно, а реле Р1 включается в цепь и выключается с помощью выключателя S1. В качестве выключателя может быть и полупроводниковый прибор, например транзистор. Транзисторный каскад VT1 включен параллельно нагрузке, он исключает увеличение напряжения во вторичной цепи. Когда нагрузка отключена, ток течёт через транзисторный каскад. Если бы этого каскада не было, то при отключении S1 и отсутствии другой нагрузки, на выводах конденсатора С2 напряжение могло бы достигнуть максимального сетевого – 315 вольт.

Стоит отметить, что при расчёте схем автоматики с реле, необходимо учитывать, что напряжение срабатывания реле, как правило, равно его номинальному (паспортному) значению, а напряжение удержания реле во включенном состоянии приблизительно в 1,5 раза меньше номинального. Поэтому, рассчитывая схему, изображённую выше, оптимально вести расчёт конденсатора для режима удержания, а напряжение стабилизации сделать равным номинальному (или чуть выше номинального). Это позволит работать всей схеме в режиме меньших токов, что повышает надёжность. Таким образом, для расчета емкости конденсатора С1 в схеме с коммутируемой нагрузкой, параметр Uвх мы берём равным не 12 вольт, а в полтора раза меньше – 8 вольт, а для расчёта ограничительного (стабилизирующего) транзисторного каскада – номинальное 12 вольт.

С1 = 1 / ( 2 * 3,14 * 50 * ( (220 * 80) / 8 – 80 ) ) = 1,5 мкФ
В качестве стабилизирующего элемента при малых токах можно использовать стабилитрон. При больших токах стабилитрон не годится – слишком малая у него рассеиваемая мощность. Поэтому в таком случае оптимально использовать транзисторную схему стабилизации напряжения. Расчёт стабилизирующего транзисторного каскада основан на использовании порога открытия биполярного транзистора, при достижении напряжения база-эмиттер 0,65 вольта (на кристалле кремния). Но учтите, что для разных транзисторов это напряжение колеблется в пределах 0,1 вольта, не только по типам, но и по экземплярам транзисторов. Поэтому напряжение стабилизации на практике может немного отличаться от рассчитанного значения.
Расчёт делителя смещения каскада стабилизации проводится всё по тем же формулам делителя напряжения, при известных Uвх.дел. = 12 вольт, Uвых.дел. = 0,65 вольт и токе транзисторного делителя, который должен быть приблизительно в двадцать раз меньше тока протекающего через ёмкость С1. Этот ток легко найти:Iдел. = Uвх.дел. / (20*Rн) = 12 / (20 * 80) = 0,0075 ампер,
где Rн – сопротивление нагрузки, в нашем случае это – сопротивление обмотки реле Р1, равное 80 Ом.

Номиналы резисторов R1 и R2 определяются по формулам, ранее опубликованным в статье «Делитель напряжения«:

где Rобщ – общее сопротивление резисторов делителя смещения транзистора VT1, которое находится по закону Ома:

Итак: Rобщ = 12 / 0,0075 = 1600 Ом ;

R3 = 0,65 * 1600 / 12 = 86,6 Ом , по номинальному ряду, ближайший номинал – 82 Ом;

R2 = 1600 – 86,6 = 1513,4 Ом , по номинальному ряду, ближайший номинал – 1,5 кОм.

Зная падение напряжения на резисторах и ток делителя, не забудьте рассчитать их габаритную мощность. С запасом, габаритную мощность R2 выбираем в 0,25 Вт, а R3 – в 0,125 Вт. Вообще, вместо резистора R2 лучше поставить стабилитрон, в данном случае это может быть Д814Г, КС211(с любым индексом), Д815Д, или КС212(с любым индексом). Я научил вас рассчитывать резистор намеренно.

Транзистор выбирается также с запасом падающей на его переходе мощности. Как выбирать транзистор в подобных стабилизирующих каскадах, хорошо описано в статье «Компенсационный стабилизатор напряжения«. Для лучшей стабилизации, возможно использование схемы «составного транзистора».

Думаю, что статья своей цели достигла, «разжёвано» всё до каждой мелочи.

Рассчитать сопротивление резистора для понижения напряжения

Расчёт сопротивления для понижения напряжения : 6 комментариев

А где калькулятор?

Спасибо большое, Александр! Не силён в электротехнике, очень помогло! Добавлю в закладки!

Расчёт сопротивления для понижения напряжения : 6 комментариев

А где калькулятор?

Спасибо большое, Александр! Не силён в электротехнике, очень помогло! Добавлю в закладки!

Резистор является одним из самых распространённых элементов в электрической цепи. С его помощью ограничивается ток и изменяется напряжение. Конструируя схемы, часто может понадобится рассчитать сопротивление для понижения напряжения. Это актуально при построении делителей цифровых устройств или блоков питания, поэтому уметь выполнять такие вычисления должен каждый радиолюбитель.

Физическое определение

Резистор — это элемент, использующийся в электрической цепи и не требующий для своей работы источника питания. Предназначен он для трансформирования силы тока в напряжение и обратно. Кроме этого, он может преобразовывать электрическую энергию в тепловую и ограничивать величину тока. Но перед расчётом падения напряжения на резисторе желательно разобраться в сути этого процесса.

Резистор — весьма распространённый элемент, характеризующийся рядом параметров. Основными из них являются:

сопротивление;
величина рассеиваемой энергии;
рабочее напряжение;
мощность;
устойчивость к влиянию окружающей среды;
паразитная составляющая.

Пассивный электрический элемент обозначается на схеме в виде прямоугольника с двумя выводами из середины его боковых сторон. В центре фигуры может указываться мощность римскими цифрами или чёрточками. Например, вертикальная полоска обозначает выдерживаемую мощность элемента, равную 1 Вт. Перечёркнутый прямоугольник в обозначениях на схеме указывает, что такой резистор является переменным.

Резисторы могут выпускаться с постоянным и переменным сопротивлением. Разновидностью вторых являются подстроечные элементы. Отличие их от переменных заключается лишь в способе установки нужного значения.

На схемах и в технической литературе устройство обозначается латинской буквой R, рядом с которой указывается порядковый номер и его номинал в соответствии с Международной системой единиц (СИ). Например, R12 5 кОм — резистор на пять килоом, расположенный в схеме под 12 номером.

При изготовлении элемента используется резистивный слой, который может быть плёночным или объёмным. Он наносится на диэлектрическое основание, а сверху покрывается защитной плёнкой.

Значение сопротивления

Сопротивление является фундаментальной величиной в электрических процессах. Его значение неизменно связано с током и напряжением. Их общая зависимость описывается с помощью закона Ома: сила тока, возникшая на участке цепи, прямо пропорциональна разности потенциалов между крайними точками этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению. Из этого закона находится сопротивление по следующей формуле:

R = U / I, где:

R — сопротивление на участке цепи, Ом.
I — сила тока, проходящая через этот участок, А.
U — разность потенциалов на узлах части схемы, В.

Фактически же сопротивление элемента определяется его физической структурой и обусловлено колебаниями атомов в кристаллической решётке. Поэтому все материалы различаются на проводники, полупроводники и диэлектрики в зависимости от способности проводить электричество.

Ток — это направленное движение носителей заряда. Для его возникновения необходимо, чтобы вещество имело свободные электроны. Если к такому физическому телу приложить электрическое поле, то перемещаемые им заряды начнутся сталкиваться с неоднородностями структуры. Эти дефекты образуются из-за различных примесей, нарушения периодичности решётки, тепловых флуктуаций. Ударяясь о них, электрон расходует энергию, которая преобразовывается в тепловую. В результате заряд теряет импульс, а величина разности потенциалов уменьшается.

Но закон Ома можно применить не для всех веществ. В электролитах, диэлектриках и полупроводниках линейная зависимость между тремя величинами наблюдается не всегда. Сопротивление таких веществ зависит от физических параметров проводника, а именно — его длины и площади поперечного сечения, при этом оно чувствительно к изменению температуры.

Эта зависимость описывается с помощью формулы R = p * l / S. То есть сопротивление прямо пропорционально длине и обратно пропорционально площади проводника. Величина p называется удельным сопротивлением и определяется типом материала. Его значение берётся из справочника.

Импеданс резистора

Закон Ома применим для идеального резистора, не обладающего паразитными сопротивлениями. Полное сопротивление (импеданс) определяется исходя из эквивалентной схемы. Точный расчёт сопротивления для понижения напряжения необходимо проводить по другим формулам. Эквивалентная схема резистора, кроме активного импеданса, содержит также ёмкостное и индуктивное сопротивление.

Первое приводит к медленному накоплению заряда, который рассеивается при изменении направления тока. Чем больше паразитная ёмкость, тем дольше она заряжается. Соответственно, чем быстрее ток изменяет своё направление, тем меньше его ёмкостное сопротивление. Второе же характеризуется магнитным полем, чье появление мешает току изменять направление, поэтому, чем быстрее ток изменяет своё движение, тем больше становится индуктивное сопротивление.

Импеданс вычисляется по формуле: I = U/Z, где Z = (R2+(Xc-Xl)2)½. Где:

R — активное значение, R = p*l/s.
Xc — ёмкостная величина, Хс = 1/w*C.
Xl — индуктивная величина, Хl = w*C.
w- циклическая частота, w = 2πƒ.

Зная полное сопротивление резистора, можно точнее рассчитать падение напряжения в нём. Но для измерения паразитных составляющих понадобится использовать узкоспециализированные приборы. В обычных расчётах сопротивление вычисляют, учитывая только его активное значение, а паразитные величины принимают за ничтожно малые.

Параллельное соединение

В электрических схемах на участках цепи используется как параллельное, так и последовательное соединение. Первое представляет собой цепь, в которой каждый её элемент подключён к другому обоими контактами, но при этом между собственными его выводами нет прямой электрической связи. Т. е. существует две точки (электрические узлы), к которым присоединено несколько резисторов.

При таком включении ток, проходя через узел, начинает разделяться, и через каждый элемент потечёт разное его значение. Величина тока на каждом элементе будет прямо пропорциональна сопротивлению резистора, поэтому общая проводимость на этом участке увеличится, а её импеданс уменьшится.

Формула, с помощью которой можно рассчитать общую проводимость, выглядит так: G = 1/ Rобщ = 1/ R1 + 1/ R2 +…+ 1/ Rn, где n — обозначает порядковый номер резистора в цепи.

Преобразовав эту формулу, получится выражение вида: R общ = 1/G = (R1*R2*…* Rn) / (R1*R2 + R2*Rn +…+ R1*Rn. Проанализировав его, можно сделать вывод, что при параллельном соединении импеданс всегда будет меньше самого маленького значения отдельного резистора.

При таком соединении напряжение между узлами одновременно является общей разностью потенциалов для всего участка и на каждом отдельно взятом резисторе. Поэтому если рассчитать падение напряжения на одном приборе, то оно будет таким же на любом параллельно подключённом элементе: U общ = U 1 = U 2 =…= U n.

А вот электрический ток, проходящий через отдельный элемент, исходя из закона Ома будет равен: I Rn = U Rn / R n.

Последовательное включение

Так называется объединение в один участок цепи двух или более резисторов, в котором их соединение между собой происходит только в одной точке. Импеданс при последовательном включении определяется как сумма сопротивлений каждого отдельного элемента: Rобщ = R1+R2+…+Rn.

Следовательно, ток, протекающий через такую цепочку, будет становиться всё меньше после прохождения через последовательно включённый резистор. Чем будет больше элементов в цепи, тем труднее ему будет пройти их всех. Таким образом, его общее значение определяется как Iобщ = U / (R1+R2+…+Rn).

Поэтому можно утверждать, что в последовательном соединении существует только один путь для протекания тока. Чем будет больше количество резисторов в линии, тем меньше будет ток на этом участке.

Падение разности потенциалов при таком типе соединения на каждом элементе будет иметь своё значение. Оно определяется формулой URn = IRn*Rn, и чем больше будет импеданс элемента, тем больше энергии в нём начнёт выделяться.

Расчёт делителя напряжения

Резистивный делитель напряжения представляет элементарную схему для понижения напряжения. Состоять он может из двух или более элементов. Простейший делитель можно представить в виде двух участков цепи, которые называют плечами. Одно из них, которое располагается между положительной точкой потенциала и нулевой, — верхнее, а другое, между отрицательной и минусовой, — нижнее.

Такая схема используется для снижения напряжения как в постоянных, так и переменных цепях. Суть процесса заключается в следующем.

На резистивную схему от источника питания подаётся напряжение U.
Через резисторы последовательного участка цепи, образованного резисторами R1 и R2, начинает протекать ток.
В результате на каждом из них выделяется какое-то количество энергии, т. е. возникает падение напряжения.

Сумма напряжений на всём размахе линии равняется значению разности потенциалов источника питания. В соответствии с формулой: U = I*R падение напряжения прямо пропорционально силе тока и величине сопротивления. Учитывая, что ток, протекающий через резисторы, одинаковый, справедливыми будут формулы U1 = I*R1 и U2= I*R2.

Тогда общее падение напряжение на участке будет равно U = I *(R1+ R2). Исходя из этого можно найти силу тока: I = U /(R1+ R2). Используя эти два выражения, можно получить окончательные формулы для расчёта падения напряжения на каждом элементе:

Практическое применение такого делителя очень распространено из-за несложности реализации понижения напряжения. Например, пусть источник питания выдаёт 12 В, а на нагрузку необходимо подать 6 В, при этом её сопротивление составляет 10 кОм. Для решения такой задачи рекомендуется использовать резисторы, сопротивление которых в десять раз меньше нагрузочного значения, поэтому, приняв R 1 = 1 кОм и подставив все известные значения в формулу напряжения на резисторе, получится, что 6 = R 2*12 (1000+ R 2) отсюда R 2 = 1 кОм.

Теперь, зная все величины, можно проверить верность расчёта. Падение разности потенциалов на первом элементе высчитывается как U 1 = 1000*12/(1000+1000) = 6 В, а общее напряжение — Uобщ = U 1+ U 2 = 12 В, что соответствует значению источника питания.

Следует отметить, что использование резисторов для понижения используется только при маломощных нагрузках, так как часть энергии превращается в тепло, а коэффициент полезного действия (КПД) очень низкий.

Вычисления онлайн

С помощью языков программирования (Java, Python, PHP) создаются приложения, позволяющие проводить онлайн-расчёт необходимых параметров резистора для снятия с него нужной величины напряжения. Написанные ими скрипты содержат все необходимые формулы и алгоритмы вычислений. Поэтому, введя исходные данные, буквально через секунду можно будет получить результат.

Обычно предлагаемы онлайн-калькуляторы содержат для наглядности графическое изображение схемы. Предлагаемыми для ввода характеристиками обычно являются:

входное напряжение, В;
пониженное напряжение, В;
сопротивление Rn, Ом.

Необходимо обратить внимание, что все величины вводятся в соответствии с СИ.

После внесения данных и нажатия кнопки «Рассчитать», кроме непосредственного определения нужного сопротивления, программы чаще всего выдают и минимальное значение необходимой мощности элементов.

Таким образом, рассчитать падение напряжения на резистивном элементе не так уж и сложно. Для этого необходимо знать особенности параллельного и последовательного подключения, а также закон Ома. А если в цепи много элементов, то можно воспользоваться онлайн-калькуляторами.

Основы измерения тока: Токоизмерительные резисторы. Часть 1

Начинаем публикацию статьи, состоящей из трех частей, в которой рассматриваются недооцениваемые особенности чувствительности при измерении тока. В первой части статьи обсуждаются общие настройки, выбор и реализация токоизмерительного резистора. Во второй части будут рассматриваться действующие совместно схемы, такие как необходимый аналоговый усилительный интерфейс (analog front-end (AFE)) и измерительный усилитель. В третьей части обсуждается использование усилителей при измерении тока в тех случаях, когда нагрузка находится под более высокими напряжениями.

Основы измерения тока

Сила тока является одним из наиболее распространенных параметров, используемых для оценки, контроля и диагностики эффективности работы электронных систем. Поскольку это широко распространенное измерение, разработчики часто сталкиваются с проблемами, если недооценивают особенности точного измерения силы тока.

Наиболее распространенным чувствительным элементом, используемым для регистрации тока, является прецизионный низкоомный резистор, устанавливаемый в разрыв цепи тока. На этом резисторе, обычно называемом шунтом, создается падение напряжения, пропорциональное проходящему через него току. Поскольку шунтовый резистор не должен оказывать существенного влияния на ток, он часто имеет довольно маленькое номинальное сопротивление, порядка нескольких миллиом или долей миллиом. В результате падающее на шунтовом резисторе напряжение также довольно маленькое и часто требует усиления перед преобразованием с помощью АЦП.

Таким образом, общая конфигурация сигнальной цепи для контроля тока включает аналоговый усилитель (AFE) падающего на шунтовом резисторе напряжения, АЦП для преобразования усиленного напряжения в цифровое представление и системный контроллер (рис. 1).

Рис. 1. Самый простой способ измерения протекающего тока связан с использованием шунтового резистора (крайний слева), на котором падает напряжение, пропорциональное протекающему через него току. Усилитель AFE усиливает низкое напряжение на шунтовом резисторе, чтобы использовать полный диапазон измерений АЦП.

В качестве усилителя AFE обычно используется операционный усилитель или специализированный токовый усилитель, который преобразует небольшое, падающее на шунтовом резисторе дифференциальное напряжение, в повышенное выходное напряжение, которое использует в АЦП полный измерительный диапазон. АЦП, который может быть автономным устройством или встроенным блоком в микроконтроллере или системе на кристалле (SoC), оцифровывает сигнал напряжения и передает полученную информацию управляющему процессору. Системный контроллер использует оцифрованное измерение силы тока, чтобы оптимизировать характеристики системы или внедрить протоколы безопасности, чтобы предотвратить повреждение системы, если ток превышает заданный предел.

Поскольку для преобразования тока в напряжение использован сенсорный компонент в цепи, все физические характеристики резистора (сопротивление, допуск величины, мощность, тепловой коэффициент и тепловая ЭДС) влияют на точность. Следовательно, выбор подходящего шунтового резистора имеет решающее значение для оптимизации измерения тока.

Величина шунтового резистора и падающее на нем напряжение оказывают воздействие на систему. Например, шунтовый резистор со слишком большим сопротивлением может вызвать ненужные потери и понизить напряжение на нагрузке.

Например, при измерении тока, протекающего через обмотку двигателя, пониженное напряжение уменьшает доступную для двигателя электрическую мощность, влияет на его эффективность и/или крутящий момент. Кроме того, большие токи (десятки или сотни ампер), протекающие через шунтовый резистор, приводят к тому, что на резисторе рассеивается значительная энергия в виде выделяемого тепла, понижая точность и эффективность измерения. По этим причинам сопротивление шунта должно быть как можно меньше.

Выбор шунтового резистора для измерения тока

Тот факт, что на шунтовых резисторах рассеивается мощность при протекании через них тока нагрузки, требует минимального значения их сопротивления. Кроме того, для стабильности измерения токоизмерительные резисторы также должны иметь очень низкий температурный коэффициент сопротивления (ТКС). Малый ТКС приведет к высокой точности измерения при низкой зависимости от температуры.

Тепловая ЭДС токочувствительного резистора является еще одной важной характеристикой. Токовые шунтовые резисторы должны работать в широком диапазоне токов. Когда ток низкий, например, в приборе с батарейным питанием в режиме сна или ожидания, тепловая ЭДС шунта добавляет измерительную ошибку к напряжению, создаваемому протекающим через резистор током. Это напряжение ошибки должно быть значительно меньше, чем наименьшее ожидаемое напряжение, создаваемое протекающим через шунтовый резистор током, сводя к минимуму ошибку измерения.

Шунтовые резисторы для датчиков тока доступны с двумя или четырьмя контактами. Шунтовый резистор с двумя контактами является наиболее простым случаем для понимания, поскольку он работает так же, как и любой двухконтактный резистор. При протекании тока через двухконтактный шунтовый резистор на его контактах появляется напряжение, пропорциональное протекающему через него току.

Примерами двухконтактных шунтовых резисторов является серия шунтовых резисторов Bourns CSS2 и серия шунтовых резисторов Vishay WSLP. Серия Bourns CSS2 включает шунтовые резисторы с номинальной мощностью от 2 до 15 Вт, сопротивлением от 0,2 до 5 мОм и с максимальным диапазоном тока от 140 до 273 ампер. Типичный резистор из этих серий, CSS2H-2512R-L500F, поставляется в корпусе для поверхностного монтажа 2512, имеет сопротивление 0,5 мОм и номинальную мощность 6 Вт.

Семейство шунтовых резисторов Vishay WSLP включает устройства в нескольких типах корпусов для поверхностного монтажа в диапазоне размеров от 0603 до 2512, с допустимой мощностью от 0,4 до 3 Вт, с сопротивлениями от 0,5 мОм до 0,1 Ом, при допуске 0,5% или 1%. Типичным шунтовым токовым резистором Vishay является WSLP1206R0200FEA, который поставляется в корпусе 1206 с сопротивлением 20 мОм, допуском 1% и номинальной мощностью 1 Вт.

Обратите внимание, что эти токовые шунтовые резисторы для поверхностного монтажа (SMD) имеют незначительные размеры и занимают очень мало места на плате, но поскольку они могут рассеивать значительное количество тепла, их следует размещать достаточно далеко от чувствительных к нагреву компонентов.

Три сопротивления в одном шунтовом резисторе

Несмотря на их внешний вид, современные шунтовые резисторы не так просты, как кажутся. В частности, сопротивление шунтового резистора фактически состоит из трех частей (рис. 2). Во-первых, есть сопротивление самого шунтового резистора. Затем, есть сопротивления выводов этого резистора и дорожек на печатной плате, подключаемых к шунтовому резистору. Обычно сопротивления выводов и дорожек незначительные, но и сами шунтовые резисторы обычно имеют очень низкие значения сопротивления. При измерениях больших токов даже небольшие сопротивления выводов вносят в результаты измерения погрешность, поскольку они не учтены производителем в спецификациях шунтового резистора.

Рис. 2. Токовый шунтовый резистор с двумя контактами фактически состоит из трех последовательно соединенных сопротивлений: сопротивление самого шунтового резистора (R_shunt), сопротивление двух выводов резистора (R_lead) и сопротивление подводящих дорожек на плате, подключенных к резистору (не показано). Сопротивление выводов может вызвать ошибку измерений для большого тока.

Одним из способов, позволяющих избежать ошибок измерения, вносимых внешними сопротивлениями выводов, является создание соединения Кельвина, выполнив раздельные токоизмерительные дорожки к двухконтактному шунтовому резистору (рис. 3).

Рис. 3. Соединение Кельвина с двухконтактным токочувствительным резистором уменьшает погрешность измерения, вызываемую сопротивлением выводов резистора и дорожек печатной платы. Пример изображения двухконтактных токовых шунтовых резисторов показан справа.

В этой конфигурации ток, протекающий через резистор токового шунта, проходит через широкие подводящие дорожки на печатной плате. Гораздо более узкие дорожки, которые находятся не в основном канале протекающего тока, но расположены непосредственно рядом с резистивным элементом шунтового резистора, снимают падающее на нем напряжение и передают его на вход AFE. Разделение токоведущих и токочувствительных контактов характеризует соединение Кельвина.

Полученное в результате схематическое представление соединения Кельвина с использованием двухконтактного шунтирующего резистора показано на рис. 4.

Рис. 4. Использование соединения Кельвина с двухконтактным шунтовым резистором выводит линии измерения напряжения из основной цепи тока, что приводит к более точному измерению напряжения на шунтовом резисторе

Очень малый ток протекает через два токочувствительных резистора (R_sense), показанных на рис. 4, потому что они подключены к имеющим высокий импеданс входам усилителя либо АЦП, что делает их сопротивления намного менее критичными, чем значения сопротивления выводов, через которые протекает большой ток шунтового резистора. Следовательно, падение напряжения на резисторах Rsense довольно небольшое и не является значительным источником ошибки при измерении тока.

Что лучше, два вывода или четыре?

Как видно из монтажной схемы печатной платы на рис. 3, невозможно полностью исключить сопротивления выводов в двухконтактном шунтовом резисторе даже при использовании соединения Кельвина. Должен быть определен некоторый допуск для размещения печатной площадки, чтобы учесть ошибку позиционирования, когда шунтовый резистор устанавливается для впаивания на печатную плату.

Кроме того, ТКС медных дорожек печатной платы (3900 м.д. (миллионных долей)/ ?C) намного выше, чем ТКС резистивного элемента шунтового резистора (часто менее 50 м.д./ ?C). Эти параметрические различия приводят к тому, что изменение сопротивления в дорожках печатной платы намного больше, чем в токочувствительном резисторе, что дает более высокую температурную зависимость токочувствительной цепи.

При использовании двухконтактного шунтового резистора с соединением Кельвина, часто уровень точности для чувствительности по току может оказаться недостаточным во многих случаях с очень высоким током. Для таких случаев производители предлагают шунтовые резисторы с четырьмя контактами, в которых соединение Кельвина реализовано внутри резистора. Таким образом, производитель может полностью контролировать все допуски и температурные коэффициенты, относящиеся к соединению Кельвина (рис. 5).

High Current Trace – Цепь для мощного тока
Current Sensing Trace – Токочувствительная цепь
Current Sensing Resistor – Токочувствительный резистор
Copper Trace – Медная дорожка

Рис. 5. Четырехконтактный шунтовый резистор обеспечивает высокоточное соединение Кельвина с токочувствительными соединениями, расположенными рядом с шунтовым резистором. Пример изображения токового четырех контактного шунтового резистора представлен справа.

Токочувствительный резистор с четырьмя контактами, использующий соединение Кельвина, имеет отдельные выводы для протекающего через резистор большого тока и для измерения напряжения, что помогает повысить точность измерений. Кроме того, использование четырехконтактного шунтового резистора с соответствующим соединением Кельвина снижает влияние ТКС, обеспечивая улучшенную температурную стабильность, по сравнению с двухконтактным шунтовым резистором, использующим компоновку печатной платы для реализации соединения Кельвина.

Bourns предлагает несколько четырехконтактных шунтовых резисторов из серии для поверхностного монтажа CSS4 (рис. 6).

Рис. 6. Шунтовые резисторы Bourns CSS4 для поверхностного монтажа используют четырехконтактное соединение Кельвина для максимальной точности измерения тока.

В состав серии Bourns CSS4 входят шунтовые резисторы CSS4J-4026R-L500F 0,5 мОм, 1%, 5 Вт, и CSS4J-4026K-2L00F 2 мОм, 1%, 4 Вт. Оба эти шунта имеют низкий ТКС, низкую тепловую ЭДС и занимают на плате площадку не более 10 мм × 7 мм.

Заключение

Первым шагом в процессе измерения тока является преобразование электрического тока в более легко измеряемый параметр – напряжение. Токовые шунтовые резисторы являются недорогими компонентами, которые выполняют эту задачу. Однако, как показано в статье, номинальное значение шунтового резистора должно быть низким, чтобы минимизировать его влияние на цепь и рассеиваемую мощность на самом резисторе.

К другим важным параметрам для токовых шунтовых резисторов относятся ТКС и тепловая ЭДС, которые могут значительно повлиять на точность измерения тока.

Наконец, для того, чтобы максимизировать точность измерения, крайне важно не допустить ограничения силы тока, протекающего через шунт, минуя токочувствительный тракт либо с помощью специальной компоновки печатной платы, которая создает соединение Кельвина для двухконтактного шунта, либо с помощью четырехконтактного шунтового резистора.

Поскольку низкое значение сопротивления подразумевает, что падение напряжения на токочувствительном резисторе будет небольшим, во второй части этой статьи будут обсуждаться соображения по проектированию AFE, который усиливает низкое напряжение, упрощая процесс измерения с помощью АЦП.

Какое напряжение после резистора. Делитель напряжения на резисторах. Формула расчета, онлайн калькулятор

Есть другой способ снижения напряжения на нагрузке, но только для цепей постоянного тока. Про смотри здесь.

Вместо дополнительного резистора используют цепочку из последовательно включенных, в прямом направлении, диодов.

Весь смысл состоит в том, что при протекании тока через диод на нем падает «прямое напряжение» равное, в зависимости от типа диода, мощности и тока протекающего через него — от 0,5 до 1,2 Волта.

На германиевом диоде падает напряжение 0,5 — 0,7 В, на кремниевом от 0,6 до 1,2 Вольта. Исходя из того, на сколько вольт нужно понизить напряжение на нагрузке, включают соответствующее количество диодов.

Чтобы понизить напряжение на 6 В необходимо приблизительно включить: 6 В: 1,0 = 6 штук кремниевых диодов, 6 В: 0,6 = 10 штук германиевых диодов. Наиболее популярны и доступны кремниевые диоды.

Выше приведенная схема с диодами, более громоздка в исполнении, чем с простым резистором. Но, выходное напряжение, в схеме с диодами, более стабильно и слабо зависит от нагрузки. В чем разница между этими двумя способами снижения выходного напряжения?

На Рис 1 — добавочное сопротивление — резистор (проволочное сопротивление), Рис 2 — добавочное сопротивление — диод.

У резистора (проволочного сопротивления) линейная зависимость между током, проходящем через него и падением напряжения на нем. Во сколько раз увеличится ток, во столько же раз увеличится и падение напряжения на резисторе.

Из примера 1: если мы к лампочке подключим параллельно еще одну, то ток в цепи увеличится, с учетом общего сопротивления двух лампочек до 0,66 А. Падение напряжения на добавочном резисторе будет: 12 Ом *0,66 А = 7,92 В. На лампочках останется: 12 В — 7,92 В = 4,08 В. Они будут гореть в пол накала.

Совсем другая картина будет если вместо резистора будет цепочка диодов.

Зависимость между током протекающем через диод и падающем на нем напряжении нелинейная. Ток может увеличиться в несколько раз, падение напряжения на диоде увеличится всего на несколько десятых вольта.

Т.е. чем больше ток диода, тем (сравнительно с резистором) меньше увеличивается его сопротивление. Падение напряжения на диодах мало зависит от тока в цепи.

Диоды в такой цепи выполняют роль стабилизатора напряжения. Диоды необходимо подбирать по максимальному току в цепи. Максимально допустимый ток диодов должен быть больше, чем ток в рассчитываемой цепи.

Падения напряжения на некоторых диодах при токе 0,5 А даны в таблице.

В цепях переменного тока, в качестве добавочного сопротивления можно использовать конденсатор, индуктивность, динистор или тиристор (с добавлением схемы управления).

Для человека, который знаком с электрооборудованием на уровне простого пользователя (знает, где и как включить/выключить), многие используемые электриками термины кажутся какой-то бессмыслицей. Например, чего только стоит «падение напряжения» или «сборка схемы». Куда и что падает? Кто разобрал схему на детали? На самом же деле, физический смысл происходящих процессов, скрывающийся за большинством этих слов, вполне доступен для понимания даже со школьными знаниями физики.

Чтобы объяснить, что такое падение напряжения, необходимо вспомнить, какие вообще напряжения бывают в (имеется в виду глобальная классификация). Их всего два вида. Первый – это напряжение который подключен к рассматриваемому контуру. Оно может также называться приложенным ко всей цепи. А второй вид – это именно падение напряжения. Может быть рассмотрено как в отношении всего контура, так и любого отдельно взятого элемента.

На практике это выглядит следующим образом. Например, если взять обычную вкрутить ее в патрон, а провода от него подключить в домашнюю сетевую розетку, то приложенное к цепи (источник питания – проводники – нагрузка) напряжение составит 220 Вольт. Но стоит нам с помощью вольтметра замерять его значение на лампе, как станет очевидно, что оно немного меньше, чем 220. Так произошло потому, что возникло падение напряжения на которым обладает лампа.

Пожалуй, нет человека, который не слышал бы о законе Ома. В общем случае формулировка его выглядит так:

где R – активное сопротивление цепи или ее элемента, измеряется в Омах; U – электрическое напряжение, в Вольтах; и, наконец, I – ток в Амперах. Как видно, все три величины непосредственно связаны между собой. Поэтому, зная любые две, можно довольно просто вычислить третью. Конечно, в каждом конкретном случае придется учесть род тока (переменный или постоянный) и некоторые другие уточняющие характеристики, но основа – вышеуказанная формула.

Электрическая энергия – это, фактически, движение по проводнику отрицательно заряженных частиц (электронов). В нашем примере спираль лампы обладает высоким сопротивлением, то есть замедляет перемещающиеся электроны. Благодаря этому возникает видимое свечение, но общая энергия потока частиц снижается. Как видно из формулы, с уменьшением тока уменьшается и напряжение. Именно поэтому результаты замеров у розетки и на лампе различаются. Эта разница и является падением напряжения. Данная величина всегда учитывается, чтобы предотвратить слишком большое снижение на элементах в конце схемы.

Падение напряжения на резисторе зависит от его и силы протекающего по нему тока. Также косвенное влияние оказывают температура и характеристики тока. Если в рассматриваемую цепь включить амперметр, то падение можно определить умножением значения тока на сопротивление лампы.

Но далеко не всегда удается вот так просто с помощью простейшей формулы и измерительного прибора выполнить расчет падения напряжения. В случае параллельно подключенных сопротивлений нахождение величины усложняется. На приходится дополнительно учитывать реактивную составляющую.

Рассмотрим пример с двумя параллельно включенными резисторами R1 и R2. Известно сопротивление провода R3 и источника питания R0. Также дано значение ЭДС – E.

Приводим параллельные ветки к одному числу. Для этой ситуации применяется формула:

R = (R1*R2) / (R1+R2)

Определяем сопротивление всей цепи через сумму R4 = R+R3.

Рассчитываем ток:

Остается узнать значение падение напряжения на выбраном элементе:

Здесь множитель “R5” может быть любым R – от 1 до 4, в зависимости от того, какой именно элемент схемы нужно рассчитать.

Итак, резистор … Базовый элемент построения электрической цепи.

Работа резистора заключается в ограничении тока , протекающего по цепи. НЕ в превращении тока в тепло, а именно в ограничении тока . То есть, без резистора по цепи течет большой ток , встроили резистор – ток уменьшился. В этом заключается его работа, совершая которую данный элемент электрической цепи выделяет тепло.

Пример с лампочкой

Рассмотрим работу резистора на примере лампочки на схеме ниже. Имеем источник питания, лампочку, амперметр, измеряющий ток , проходящий через цепь. И Резистор . Когда резистор в цепи отсутствует, через лампочку по цепи побежит большой ток , например, 0,75А. Лампочка горит ярко. Встроили в цепь резистор — у тока появился труднопреодолимый барьер, протекающий по цепи ток снизился до 0,2А. Лампочка горит менее ярко. Стоит отметить, что яркость, с которой горит лампочка, зависит так же и от напряжения на ней. Чем выше напряжение — тем ярче.

Кроме того, на резисторе происходит падение напряжения . Барьер не только задерживает ток , но и «съедает» часть напряжения, приложенного источником питания к цепи. Рассмотрим это падение на рисунке ниже. Имеем источник питания на 12 вольт. На всякий случай амперметр, два вольтметра про запас, лампочку и резистор . Включаем цепь без резистора (слева). Напряжение на лампочке 12 вольт. Подключаем резистор — часть напряжения упала на нем. Вольтметр(снизу на схеме справа) показывает 5В. На лампочку остались остальные 12В-5В=7В. Вольтметр на лампочке показал 7В.

Разумеется, оба примера являются абстрактными, неточными в плане чисел и рассчитаны на объяснение сути процесса, происходящего в резисторе .

Основная характеристика резистора — сопротивление . Единица измерения сопротивления – Ом (Ohm, Ω). Чем больше сопротивление , тем больший ток он способен ограничить, тем больше тепла он выделяет, тем больше напряжения падает на нем.

Основной закон всего электричества. Связывает между собой Напряжение(V), Силу тока (I) и Сопротивление(R).

Интерпретировать эти символы на человеческий язык можно по-разному. Главное — уметь применить для каждой конкретной цепи. Давайте используем Закон Ома для нашей цепи с резистором и лампочкой, рассмотренной выше, и рассчитаем сопротивление резистора , при котором ток от источника питания на 12В ограничится до 0,2. При этом считаем сопротивление лампочки равным 0.

V=I*R => R=V/I => R= 12В / 0,2А => R=60Ом

Итак. Если встроить в цепь с источником питания и лампочкой, сопротивление которой равно 0, резистор номиналом 60 Ом, тогда ток, протекающий по цепи , будет составлять 0,2А.

Микропрогер, знай и помни! Параметр мощности резистора является одним из наиболее важных при построении схем для реальных устройств.

Мощность электрического тока на каком-либо участке цепи равна произведению силы тока, протекающую по этому участку на напряжение на этом участке цепи. P=I*U. Единица измерения 1Вт.

При протекании тока через резистор совершается работа по ограничению электрического тока . При совершении работы выделяется тепло. Резистор рассеивает это тепло в окружающую среду. Но если резистор будет совершать слишком большую работу, выделять слишком много тепла — он перестанет успевать рассеивать вырабатывающееся внутри него тепло, очень сильно нагреется и сгорит. Что произойдет в результате этого казуса, зависит от твоего личного коэффициента удачи.

Характеристика мощности резистора — это максимальная мощность тока, которую он способен выдержать и не перегреться.

Рассчитаем мощность резистора для нашей цепи с лампочкой. Итак. Имеем ток , проходящий по цепи(а значит и через резистор ), равный 0,2А. Падение напряжения на резисторе равно 5В (не 12В, не 7В, а именно 5 — те самые 5, которые вольтметр показывает на резисторе ). Это значит, что мощность тока через резистор равна P=I*V=0,2А*5В=1Вт. Делаем вывод: резистор для нашей цепи должен иметь максимальную мощность не менее(а лучше более) 1Вт. Иначе он перегреется и выйдет из строя.

Соединение резисторов

Резисторы в цепях электрического тока имеют последовательное и параллельное соединение .

При последовательном соединении общее сопротивление резисторов является суммой сопротивлений каждого резистора в соединении:

При параллельном соединении общее сопротивление резисторов рассчитывается по формуле:

Остались вопросы? Напишите комментарий. Мы ответим и поможем разобраться =)

В электротехнике принято считать, что простая цепь – это цепь, которая сводится к цепи с одним источником и одним эквивалентным сопротивлением. Свернуть цепь можно с помощью эквивалентных преобразований последовательного, параллельного и смешанного соединений. Исключением служат цепи, содержащие более сложные соединения звездой и треугольником. Расчет цепей постоянного тока производится с помощью закона Ома и Кирхгофа.

Пример 1

Два резистора подключены к источнику постоянного напряжения 50 В, с внутренним сопротивлением r = 0,5 Ом. Сопротивления резисторов R 1 = 20 и R 2 = 32 Ом. Определить ток в цепи и напряжения на резисторах.

Так как резисторы подключены последовательно, эквивалентное сопротивление будет равно их сумме. Зная его, воспользуемся законом Ома для полной цепи, чтобы найти ток в цепи.

Теперь зная ток в цепи, можно определить падения напряжений на каждом из резисторов.

Проверить правильность решения можно несколькими способами. Например, с помощью закона Кирхгофа, который гласит, что сумма ЭДС в контуре равна сумме напряжений в нем.

Но с помощью закона Кирхгофа удобно проверять простые цепи, имеющие один контур. Более удобным способом проверки является баланс мощностей .

В цепи должен соблюдаться баланс мощностей, то есть энергия отданная источниками должна быть равна энергии полученной приемниками.

Мощность источника определяется как произведение ЭДС на ток, а мощность полученная приемником как произведение падения напряжения на ток.

Преимущество проверки балансом мощностей в том, что не нужно составлять сложных громоздких уравнений на основании законов Кирхгофа, достаточно знать ЭДС, напряжения и токи в цепи.

Пример 2

Общий ток цепи, содержащей два соединенных параллельно резистора R 1 =70 Ом и R 2 =90 Ом, равен 500 мА. Определить токи в каждом из резисторов.

Два последовательно соединенных резистора ничто иное, как делитель тока . Определить токи, протекающие через каждый резистор можно с помощью формулы делителя, при этом напряжение в цепи нам не нужно знать, потребуется лишь общий ток и сопротивления резисторов.

Токи в резисторах

В данном случае удобно проверить задачу с помощью первого закона Кирхгофа, согласно которому сумма токов сходящихся, в узле равна нулю.

Если вы не помните формулу делителя тока, то можно решить задачу другим способом. Для этого необходимо найти напряжение в цепи, которое будет общим для обоих резисторов, так как соединение параллельное. Для того чтобы его найти, нужно сначала

Чтоб горело и не сгорало, или Основы электроники для начинающего моддера

Чтоб горело и не сгорало, или Основы электроники для начинающего моддера

В последнее время в мой адрес приходят письма с текстом вроде: “вот я тут все, вроде, правильно подключил, а у меня чевой-то все сгорело”. К счастью, под словом “все” в большинстве случаев подразумеваются светодиоды, а не материнские платы и прочие винчестеры. Именно по этой причине авторы статей о моддинге предупреждают о том, что они не несут никакой ответственности за испорченное кривыми руками моддеров-неудачников оборудование.

И все-таки почему это происходит? Да все потому, что светодиоды малого номинала, подключенные к питанию слишком высокого напряжения и тока, просто сгорают от перегрева — странно было бы, если бы этого не происходило. В этой статье я постараюсь дать вам некоторое понятие о том, для чего нужны резисторы, и как можно рассчитать их номинал.
Однако начнем мы не с этого, а, как говорится, “от печки”, то есть с питания.

Уверен, вы прекрасно помните, что такое MOLEX-разъем, и что от блока питания к нему идет 4 провода: красный, желтый и два черных. При помощи желтого провода в комбинации с черным вы можете получить 12 V. Красный же на тех же условиях выдает 5 V. Как можно понизить напряжение с помощью резисторов, я расскажу чуть ниже, а вот простой способ снизить напряжение с 12 вольт до 7. Для этого достаточно подпаять черный провод от, скажем, кулера к красному на MOLEX-разъеме (красный от кулера оставляем вместе с желтым на MOLEX’е). Такое соединение позволяет снизить обороты кулера и тем самым уменьшить шум от него. Только не забывайте, что и напор воздуха также уменьшится, что может привести к перегреву железа.

Теперь давайте перейдем к резисторам. Резистор, он же “сопротивление” (он же “резак” и пр.), — радиодеталь, предназначенная для понижения напряжения. Резисторы бывают постоянные и переменные, где значение сопротивления можно менять в небольших пределах. В моддинге резисторы используются главным образом при подключении светодиодов малого напряжения к высоковольтным (в компьютерных пределах) разъемам питания.

Итак, последовательное подключение.
Ток обычного светодиода ~20 mA, т.е. 0,02 A. Допустим, напряжение питания диода равно 1,6 V, а напряжение общее — 5 V. Сначала рассчитываем, какое падение напряжения должен обеспечивать резистор: 5 V — 1,6 V = 3,4 V. Теперь вспоминаем школу и закон Ома и рассчитываем номинал резистора: R = U/I = 3,4 V/0,02 А =170 Om. Теперь ищем на рынке или в любом радиомагазине ближайший к 170 Om номинал и смело его приобретаем. В принципе, всегда есть номинал, отличающийся от заданного не более, чем на 5%, надо только хорошо поискать.

Теперь давайте усложним задачу и подключим не один, а два светодиода и рассчитаем сопротивление для них.
Тут все, в принципе, то же самое, только вот резистор теперь должен снижать напряжение не так активно, т.е. 5 V — 1,6 V — 1,6 V = 1,8 V.
Считаем: R = U/I = 1,8 V/0,02 A= 90 Om. Отыскиваем нечто подобное и… вуаля!

Давайте теперь рассмотрим варианты параллельного подключения.

Данная схема проста и удобна тем, что резистор можно использовать только один, общий.
Принципы, опять же, прежние. Только теперь у нас напряжение питания 12 V. Напряжение питания диодов 1,6 V, зато сила тока стала в 3 раза больше.
0,02 A + 0,02 A + 0,02 A = 0,06 А.
Итак, падение напряжения: 12 V — 1,6 V= 10,4 V.
По закону Ома: R= U/I = 10,4 V/0,06 А = 173 Om. Ближайший номинал — 180 Om.

Ну, с подбором резисторов разобрались, однако бывают случаи, когда необходимый номинал резистора просто не отыскать. Тогда используются комбинации резисторов. Как и все соединения, эти комбинации бывают последовательные и параллельные.

При последовательном соединении номиналы резисторов просто складываются: 150+150+250=550 Om.
Такое соединение необходимо, если номиналы ваших резисторов меньше, чем требуется. Однако так бывает не всегда. В этом случае используется параллельное соединение.
Тут считать сложнее.
R среднее = 1/(1/150 +1/150 + 1/250) = ~57,69 = ~58 Om.

Единственным, пожалуй, недостатком комбинированного соединения резисторов является то, что получившаяся “вязанка” часто занимает немало места, и запихнуть ее, скажем, в мышку иногда бывает довольно проблематично.
Ну и напоследок пару слов о самих светодиодах.

Ну, уже при первом взгляде на картинку все становится понятно: длинная нога — плюс, короткая — минус. Кроме того, стоит знать, что, кроме размеров и цветов, светодиоды бывают комбинированные (способные светиться или одним, или другим цветом), для чего у них имеется три ножки (два плюса и один общий минус), ультраяркие (и так понятно) и мигающие (включено/выключено или один цвет/другой цвет).
Выбирать, что именно использовать для мода, — исключительно ваша прерогатива. Только будьте внимательны к номиналам. Кстати, о номиналах. Вот какое напряжение обычно “предпочитают” светодиоды разных цветов:

красный — 1,6 V;
зеленый — 2,1 V;
желтый — 2,1 V;
оранжевый — 2,5 V;
голубой — 4-5 V.

Ну, надеюсь, после всего вышеизложенного ваши светодиоды начнут выполнять свои функции максимально эффективно и при этом оставаться работоспособными максимально долгое время.

SilentMan, [email protected]
При подготовке материала были использованы материалы сайта metku.net

Компьютерная газета. Статья была опубликована в номере 01 за 2004 год в рубрике hard :: моддинг

Как понизить сопротивление переменного резистора. Переменный резистор. Но как это относится к резисторам

В схемах радиоэлектронной аппаратуры одним из наиболее часто встречающихся элементов является , другое его название это сопротивление. У него есть целый ряд характеристик, среди которых есть мощность. В этой статье мы поговорим о резисторах, что делать, если у вас нет подходящего по мощности элемента, и почему они сгорают.

Характеристики резисторов

1. Основной параметр резистора – это номинальное сопротивление.

2. Второй параметр, по которому его выбирают – это максимальная (или предельная) рассеиваемая мощность.

3. Температурный коэффициент сопротивления – описывает, насколько изменяется сопротивление, при изменении его температуры на 1 градус Цельсия.

4. Допустимое отклонение от номинала. Обычно разброс параметров резистора от одного заявленного в пределах 5-10%, это зависит от ГОСТ или ТУ по которому он произведен, существуют и точные резисторы с отклонением до 1%, обычно стоят дороже.

5. Предельное рабочее напряжение, зависит от конструкции элемента, в бытовых электроприборах с напряжением питания 220В могут применяться практически любые резисторы.

6. Шумовые характеристики.

7. Максимальная температура окружающей среды. Это такая температура, которая может быть при достижении максимальной рассеиваемой мощности самого резистора. Об этом подробнее поговорим позже.

8. Влаго- и термоустойчивость.

Есть еще две характеристики, о которых начинающие чаще всего не знают, это:

На низких частотах (например, в пределах звукового диапазона до 20 кГц), существенного влияния в работу схемы они не вносят. В высокочастотных приборах, с рабочими частотами в сотни тысяч и выше герц существенное влияние вносит даже расположение дорожек на плате и их форма.

Из курса физики многие отлично помнят формулу мощности для электричества, это: P=U*I

Отсюда следует, что она линейно зависит от тока и напряжения. Ток же через резистор зависит от его сопротивления и приложенного к нему напряжению, то есть:

Падение напряжения на резисторе (сколько на его выводах остаётся напряжения от приложенного к цепи, в которой он установлен), так же зависит от тока и сопротивления:

Теперь объясним простыми словами, что такое мощность у резистора и куда она выделяется.

У любого металла есть своё удельное сопротивление, это такая величина, которая зависит от структуры этого самого металла. Когда носители зарядов (в нашем случае электроны), под воздействием электрического тока протекают через проводник, они сталкиваются с частицами, из которого состоит металл.

В результате этих столкновений затрудняется движение тока. Если очень обобщенно сказать, то получается, так, что чем плотнее структура металла, тем сложнее протекать току (тем больше сопротивление).

На картинке пример кристаллической решетки, для наглядности.

Из-за этих столкновений выделяется тепло. Это можно представить, как если бы вы шли через толпу (большое сопротивление), где вас еще и толкают, или если бы шли по пустому коридору, где вы сильнее вспотеете?

То же самое происходит и с металлом.2/1=144/1=144 Вт.

Всё сходится. Резистор будет выделять тепло с мощностью в 144Вт. Это условные значения, взятые в качестве примера. На практике таких резисторов вы не встретите в радиоэлектронной аппаратуре, исключением являются большие сопротивления для регулирования двигателей постоянного тока или пуска мощных синхронных машин в асинхронном режиме.

Какие бывают резисторы и как они обозначаются на схеме

Ряд мощностей резисторов стандартен: 0.05 (0.62) – 0.125 – 0.25 – 0.5 – 1 – 2 – 5

Это типовые номиналы распространенных резисторов, бывают и большие значения, или другие величины. Но этот ряд наиболее распространен. При сборке электроники используют схему электрическую принципиальную, с порядкового номера элементов. Реже указываться номинальное сопротивление, еще реже указывается номинальное сопротивление и мощность.

Чтобы быстро определить мощность резистора на схеме были введены соответствующие УГО (условные графические обозначения) по ГОСТ. Внешний вид таких обозначений и их расшифровка представлены в таблице ниже.

Вообще эти данные, а также название конкретного типа резистора указываются в перечне элементов, там же указывается и разрешенный допуск в %.

Внешне, они отличаются размером, чем мощнее элемент, тем больше его размер. Больший размер увеличивает площадь теплообмена резистора с окружающей средой. Поэтому тепло, которое выделяется при прохождении тока через сопротивление, быстрее отдаётся воздуху (если окружающая среда воздух).

Это значит, что резистор может греться с большей мощностью (выделять определенное количество тепла в единицу времени). Когда температура сопротивления достигает определенного уровня, сначала начинает выгорать внешний слой с маркировкой, дальше сгорает резистивный слой (пленка, проволока или что-то другое).

Чтобы вы оценили, как сильно может греться резистор, взгляните на нагрев спирали разобранного мощного резистора (более 5 Вт) в керамическом корпусе.

В характеристиках был такой параметр, как допустимая температура окружающей среды. Она указывается, для правильного подбора элемента. Дело в том, что раз мощность резистора ограничена способностью отдать тепло и, при этом, не перегреться, а для отдачи тепла, т.е. охлаждения элемента путем конвекции или принудительным потоком воздуха должна быть как можно большая разница температур элемента и окружающей среды.

Поэтому если вокруг элемента слишком жарко он быстрее нагреется и сгорит, даже если электрическая мощность на нем ниже максимально рассеиваемой. Нормальной температурой является 20-25 градусов Цельсия.

В продолжение этой темы:

Что делать, если нет резистора нужной мощности?

Частой проблемой радиолюбителей является отсутствия резистора нужной мощности. Если у вас есть резисторы мощнее, чем нужно – ничего страшного в этом нет, можно ставить не задумываясь. Лишь бы он влез по размеру. Если все имеющиеся резисторы по мощности меньше, чем нужно – это уже проблема.

На самом деле решить этот вопрос достаточно просто. Вспомните законы последовательного и параллельного соединения резисторов.

1. При последовательном соединении резисторов сумма падений напряжений на всей цепочке равняется сумме падений на каждом из них. А ток, протекающий через каждый резистор равен общему току, т.е. в цепи из последовательно соединенных элементов протекает ОДИН ток, но приложенные к каждому из них напряжения РАЗНЫЕ, определяются по закону Ома для участка цепи (см. выше) Uобщ=U1+U2+U3

2. При параллельном соединении резисторов падение на всех напряжения равны, а ток, протекающий в каждой из ветвей обратно пропорционален сопротивлению ветви. Общий ток цепочки из параллельно соединенных резисторов равен сумме токов каждой из ветвей.

На этой картинке изображено всё вышесказанное, в удобной для запоминания форме.

Так, как при последовательном соединении резисторов снизится напряжение на каждом из них, а при параллельном соединении ток, то если P=U*I

Мощность, выделяемая на каждом из них, снизится соответствующим образом.

Поэтому, если у вас нет резистора 100 Ом на 1 Вт, его можно почти всегда заменить 2 резисторами на 50 Ом и 0.5 Вт соединенными последовательно, или 2 резисторами на 200 Ом и 0.5 Вт соединенными параллельно.

Я не просто так написал «ПОЧТИ ВСЕГДА». Дело в том, что не все резисторы одинаково хорошо переносят ударные токи, в некоторых цепях, например связанные с зарядом конденсаторов большой ёмкости, в первоначальный момент времени переносят большую ударную нагрузку, которая может повредить его резистивный слой. Такие связки нужно проверять на практике или путем долгих расчетов и чтением технической документации и ТУ на резисторы, чем почти никогда и никто не занимается.

Заключение

Мощность резистора – это величина не менее важная, чем его номинальное сопротивление. Если не уделять внимания подбору сопротивлений нужно мощности, то они будут перегорать и сильно греться, что плохо в любой цепи.

При ремонте аппаратуры, особенно китайской, ни в коем случае не пытайтесь ставить резисторы меньшей мощности, лучше поставить с запасом, если есть такая возможность поместить его по габаритам на плате.

Для стабильной и надежной работы радиоэлектронного устройства нужно подбирать мощность, как минимум, с запасом в половину от предполагаемой, а лучше в 2 раза больше. Это значит, что если по расчетам на резисторе выделяется 0.9-1 Вт, то мощность резистора или их сборки должна быть не меньше, чем 1.5-2 Вт.

Резистор – это элемент электрической схемы, который обладает сопротивлением электрическому току. Классифицируют два типа резисторов: постоянные и переменные (подстроечные). При моделировании той или иной электрической схемы, а также при ремонте электронных изделий, возникает необходимость использовать резистор определенного номинала. Хотя и существует множество различных номиналов постоянных резисторов, в данный момент под рукой может не оказаться требуемого, либо резистора с таким номиналом не существует. Чтобы выйти из такой ситуации, можно использовать как последовательное так и параллельное соединение резисторов. О том, как правильно произвести расчет и подбор различных номиналов сопротивлений, будет рассказано в этой статье.

Последовательное соединение резисторов – это самая элементарная схема сборки радиодеталей, оно применяется для увеличения общего сопротивления цепи. При последовательном соединении, сопротивление используемых резисторов просто складывается, а вот при параллельном соединении необходимо производить расчет по нижеописанным формулам. Параллельное соединение необходимо для снижения результирующего сопротивления, а также для увеличения мощности, несколько параллельно подключенных резисторов имеют большую мощность, чем у одного.

На фотографии можно увидеть параллельное подключение резисторов.

Ниже представлена принципиальная схема параллельного соединения резисторов.

Общее номинальное сопротивление необходимо рассчитывать по следующей схеме:

R(общ)=1/(1/R1+1/R2+1/R3+1/R n).

R1, R2, R3 и Rn – параллельно подключенные резисторы.

Когда параллельное соединение резисторов состоит всего из двух элементов, в таком случае общее номинальное сопротивление можно высчитать по следующей формуле:

R(общ)=R1*R2/R1+R2.

R(общ) – общее сопротивление;

R1, R2 – параллельно подключенные резисторы.

В радиотехнике существует следующее правило: если параллельное подключение резисторов состоит из элементов одного номинала, то результирующее сопротивление можно высчитать, разделив номинал резистора на количество соединенных резисторов:

R(общ) – общее сопротивление;

R – номинал параллельно подключенного резистора;

N – количество соединенных элементов.

Важно учитывать, что при параллельном соединении результирующее сопротивление всегда будет ниже, чем сопротивление самого малого по номиналу резистора.

Приведем практический пример: возьмем три резистора, со следующими значениями номинального сопротивления: 100 Ом, 150 Ом и 30 Ом. Проведем расчет общего сопротивления, по первой формуле:

R(общ)=1/(1/100+1/150+1/30)=1/(0,01+0,007+0,03)=1/0,047=21,28Ом.

После расчета формулы мы видим, что параллельное соединение резисторов, состоящее из трех элементов, с наименьшим номиналом 30 Ом, в результате дает общее сопротивление в электрической цепи 21,28 Ом, что ниже наименьшего номинального сопротивления в цепи почти на 30 процентов.

Параллельное соединение резисторов чаще всего используют в тех случаях, когда необходимо получить сопротивление с большей мощностью. В таком случае необходимо взять резисторы одинаковой мощности и с одинаковым сопротивлением. Результирующая мощность в таком случае рассчитывается путем умножения мощности одного элемента сопротивления на общее количество параллельно подключенных резисторов в цепи.

Например: пять резисторов с номиналом в 100 Ом и с мощностью 1 Вт в каждом, подключенные параллельно, имеют общее сопротивление 20 Ом и мощность 5 Вт.

При последовательном подключении тех же резисторов (мощность так же складывается), получим результирующую мощность 5 Вт, общее сопротивление составит 500 Ом.

Для любого радиолюбителя резистор – деталь, которая нужна практически в каждой даже простейшей схеме. В тривиальной ситуации сопротивление – это катушка из провода, который плохо проводит электрический ток, в качестве металла часто используют константан.

Для переменного или постоянного резистора в экспериментальных целях можно использовать графит, стержень из которого находится внутри простого карандаша. Он имеет неплохую электропроводность. Поэтому для самодельного резистора нужен тонкий его слой, который можно нанести на бумагу и комбинировать нужное сопротивление до нескольких сотен килоом.

Базируясь на свойствах графита построим работающую модель резистора на бумажном носителе. При этом будем исходить из простой арифметики: чем длиннее проводник, тем больше его электрическое сопротивление.

На фото ниже индикатор показывает в мегаомах.

На табло видно, что полоса графита, которая в 2 раза длиннее, имеет, соответственно, в 2 раза больший показатель сопротивления. Обратите внимание, что ширина полос одинакова.

Широкий проводник имеет меньшее сопротивление.

Полоску из графита, нанесенную на бумагу, легко превратить в экспериментальный переменный резистор, или, иначе назовем его – реостат.

Идея отлично подойдет для уроков физики. Использован материал с сайта samodelnie.ru

(постоянными резисторами), а в этой части статьи поговорим о , или переменных резисторах .

Резисторы переменного сопротивления , или переменные резисторы являются радиокомпонентами, сопротивление которых можно изменять от нуля и до номинального значения. Они применяются в качестве регуляторов усиления, регуляторов громкости и тембра в звуковоспроизводящей радиоаппаратуре, используются для точной и плавной настройки различных напряжений и разделяются на потенциометры и подстроечные резисторы.

Потенциометры применяются в качестве плавных регуляторов усиления, регуляторов громкости и тембра, служат для плавной регулировки различных напряжений, а также используются в следящих системах, в вычислительных и измерительных устройствах и т.п.

Потенциометром называют регулируемый резистор, имеющий два постоянных вывода и один подвижный. Постоянные выводы расположены по краям резистора и соединены с началом и концом резистивного элемента, образующим общее сопротивление потенциометра. Средний вывод соединен с подвижным контактом, который перемещается по поверхности резистивного элемента и позволяет изменять величину сопротивления между средним и любым крайним выводом.

Потенциометр представляет собой цилиндрический или прямоугольный корпус, внутри которого расположен резистивный элемент, выполненный в виде незамкнутого кольца, и выступающая металлическая ось, являющаяся ручкой потенциометра. На конце оси закреплена пластина токосъемника (контактная щетка), имеющая надежный контакт с резистивным элементом. Надежность контакта щетки с поверхностью резистивного слоя обеспечивается давлением ползунка, выполненного из пружинных материалов, например, бронзы или стали.

При вращении ручки ползунок перемещается по поверхности резистивного элемента, в результате чего сопротивление изменяется между средним и крайними выводами. И если на крайние выводы подать напряжение, то между ними и средним выводом получают выходное напряжение.

Схематично потенциометр можно представить, как показано на рисунке ниже: крайние выводы обозначены номерами 1 и 3, средний обозначен номером 2.

В зависимости от резистивного элемента потенциометры разделяются на непроволочные и проволочные .

1.1 Непроволочные.

В непроволочных потенциометрах резистивный элемент выполнен в виде подковообразной или прямоугольной пластины из изоляционного материала, на поверхность которых нанесен резистивный слой, обладающий определенным омическим сопротивлением.

Резисторы с подковообразным резистивным элементом имеют круглую форму и вращательное перемещение ползунка с углом поворота 230 — 270°, а резисторы с прямоугольным резистивным элементом имеют прямоугольную форму и поступательное перемещение ползунка. Наиболее популярными являются резисторы типа СП, ОСП, СПЕ и СП3. На рисунке ниже показан потенциометр типа СП3-4 с подковообразным резистивным элементом.

Отечественной промышленностью выпускались потенциометры типа СПО, у которых резистивный элемент впрессован в дугообразную канавку. Корпус такого резистора выполнен из керамики, а для защиты от пыли, влаги и механических повреждений, а также в целях электрической экранировки весь резистор закрывается металлическим колпачком.

Потенциометры типа СПО обладают большой износостойкостью, нечувствительны к перегрузкам и имеют небольшие размеры, но у них есть недостаток – сложность получения нелинейных функциональных характеристик. Эти резисторы до сих пор еще можно встретить в старой отечественной радиоаппаратуре.

1.2. Проволочные.

В проволочных потенциометрах сопротивление создается высокоомным проводом, намотанным в один слой на кольцеобразном каркасе, по ребру которого перемещается подвижный контакт. Для получения надежного контакта между щеткой и обмоткой контактная дорожка зачищается, полируется, или шлифуется на глубину до 0,25d.

Устройство и материал каркаса определяется исходя из класса точности и закона изменения сопротивления резистора (о законе изменения сопротивления будет сказано ниже). Каркасы изготавливают из пластины, которую после намотки провода сворачивают в кольцо, или же берут готовое кольцо, на которое укладывают обмотку.

Для резисторов с точностью, не превышающей 10 – 15%, каркасы изготавливают из пластины, которую после намотки провода сворачивают в кольцо. Материалом для каркаса служат изоляционные материалы, такие как гетинакс, текстолит, стеклотекстолит, или металл – алюминий, латунь и т.п. Такие каркасы просты в изготовлении, но не обеспечивают точных геометрических размеров.

Каркасы из готового кольца изготавливают с высокой точностью и применяют в основном для изготовления потенциометров. Материалом для них служит пластмасса, керамика или металл, но недостатком таких каркасов является сложность выполнения обмотки, так как для ее намотки требуется специальное оборудование.

Обмотку выполняют проводами из сплавов с высоким удельным электрическим сопротивлением, например, константан, нихром или манганин в эмалевой изоляции. Для потенциометров применяют провода из специальных сплавов на основе благородных металлов, обладающих пониженной окисляемостью и высокой износостойкостью. Диаметр провода определяют исходя из допустимой плотности тока.

2. Основные параметры переменных резисторов.

Основными параметрами резисторов являются: полное (номинальное) сопротивление, форма функциональной характеристики, минимальное сопротивление, номинальная мощность, уровень шумов вращения, износоустойчивость, параметры, характеризующие поведение резистора при климатических воздействиях, а также размеры, стоимость и т.п. Однако при выборе резисторов чаще всего обращают внимание на номинальное сопротивление и реже на функциональную характеристику.

2.1. Номинальное сопротивление.

Номинальное сопротивление резистора указывается на его корпусе. Согласно ГОСТ 10318-74 предпочтительными числами являются 1,0 ; 2,2 ; 3,3 ; 4,7 Ом, килоом или мегаом.

У зарубежных резисторов предпочтительными числами являются 1,0 ; 2,0 ; 3,0 ; 5.0 Ом, килоом и мегаом.

Допускаемые отклонения сопротивлений от номинального значения установлены в пределах ±30%.

Полным сопротивлением резистора считается сопротивление между крайними выводами 1 и 3.

2.2. Форма функциональной характеристики.

Потенциометры одного и того же типа могут отличаться функциональной характеристикой, определяющей по какому закону изменяется сопротивление резистора между крайним и средним выводом при повороте ручки резистора. По форме функциональной характеристики потенциометры разделяются на линейные и нелинейные : у линейных величина сопротивления изменяется пропорционально движению токосъемника, у нелинейных она изменяется по определенному закону.

Существуют три основных закона: А — Линейный, Б – Логарифмический, В — Обратно Логарифмический (Показательный). Так, например, для регулирования громкости в звуковоспроизводящей аппаратуре необходимо, чтобы сопротивление между средним и крайним выводом резистивного элемента изменялось по обратному логарифмическому закону (В). Только в этом случае наше ухо способно воспринимать равномерное увеличение или уменьшение громкости.

Или в измерительных приборах, например, генераторах звуковой частоты, где в качестве частотозадающих элементов используются переменные резисторы, также требуется, чтобы их сопротивление изменялось по логарифмическому (Б) или обратному логарифмическому закону. И если это условие не выполнить, то шкала генератора получится неравномерной, что затруднит точную установку частоты.

Резисторы с линейной характеристикой (А) применяются в основном в делителях напряжения в качестве регулировочных или подстроечных.

Зависимость изменения сопротивления от угла поворота ручки резистора для каждого закона показано на графике ниже.

Для получения нужной функциональной характеристики большие изменения в конструкцию потенциометров не вносятся. Так, например, в проволочных резисторах намотку провода ведут с изменяющимся шагом или сам каркас делают изменяющейся ширины. В непроволочных потенциометрах меняют толщину или состав резистивного слоя.

К сожалению, регулируемые резисторы имеют относительно невысокую надежность и ограниченный срок службы. Часто владельцам аудиоаппаратуры, эксплуатируемой длительное время, приходится слышать шорохи и треск из громкоговорителя при вращении регулятора громкости. Причиной этого неприятного момента является нарушение контакта щетки с токопроводящим слоем резистивного элемента или износ последнего. Скользящий контакт является наиболее ненадежным и уязвимым местом переменного резистора и является одной из главной причиной выхода детали из строя.

3. Обозначение переменных резисторов на схемах.

На принципиальных схемах переменные резисторы обозначаются также как и постоянные, только к основному символу добавляется стрелка, направленная в середину корпуса. Стрелка обозначает регулирование и одновременно указывает, что это средний вывод.

Иногда возникают ситуации, когда к переменному резистору предъявляются требования надежности и длительности эксплуатации. В этом случае плавное регулирование заменяют ступенчатым, а переменный резистор строят на базе переключателя с несколькими положениями. К контактам переключателя подключают резисторы постоянного сопротивления, которые будут включаться в цепь при повороте ручки переключателя. И чтобы не загромождать схему изображением переключателя с набором резисторов, указывают только символ переменного резистора со знаком ступенчатого регулирования . А если есть необходимость, то дополнительно указывают и число ступеней.

Для регулирования громкости и тембра, уровня записи в звуковоспроизводящей стереофонической аппаратуре, для регулирования частоты в генераторах сигналов и т.д. применяются сдвоенные потенциометры , сопротивления которых изменяется одновременно при повороте общей оси (движка). На схемах символы входящих в них резисторов располагают как можно ближе друг к другу, а механическую связь, обеспечивающую одновременное перемещение движков, показывают либо двумя сплошными линиями, либо одной пунктирной линией.

Принадлежность резисторов к одному сдвоенному блоку указывается согласно их позиционному обозначению в электрической схеме, где R1.1 является первым по схеме резистором сдвоенного переменного резистора R1, а R1.2 — вторым. Если же символы резисторов окажутся на большом удалении друг от друга, то механическую связь обозначают отрезками пунктирной линии.

Промышленностью выпускаются сдвоенные переменные резисторы, у которых каждым резистором можно управлять отдельно, потому что ось одного проходит внутри трубчатой оси другого. У таких резисторов механическая связь, обеспечивающая одновременное перемещение, отсутствует, поэтому на схемах ее не показывают, а принадлежность к сдвоенному резистору указывают согласно позиционному обозначению в электрической схеме.

В переносной бытовой аудиоаппаратуре, например, в приемниках, плеерах и т.д., часто используют переменные резисторы со встроенным выключателем, контакты которого задействуют для подачи питания в схему устройства. У таких резисторов переключающий механизм совмещен с осью (ручкой) переменного резистора и при достижении ручкой крайнего положения воздействует на контакты.

Как правило, на схемах контакты включателя располагают возле источника питания в разрыв питающего провода, а связь выключателя с резистором обозначают пунктирной линией и точкой, которую располагают у одной из сторон прямоугольника. При этом имеется в виду, что контакты замыкаются при движении от точки, а размыкаются при движении к ней.

4. Подстроечные резисторы.

Подстроечные резисторы являются разновидностью переменных и служат для разовой и точной настройки радиоэлектронной аппаратуры в процессе ее монтажа, наладки или ремонта. В качестве подстроечных используют как переменные резисторы обычного типа с линейной функциональной характеристикой, ось которых выполнена «под шлиц» и снабжена стопорным устройством, так и резисторы специальной конструкции с повышенной точностью установки величины сопротивления.

В основной своей массе подстроечные резисторы специальной конструкции изготавливают прямоугольной формы с плоским или кольцевым резистивным элементом. Резисторы с плоским резистивным элементом (а ) имеют поступательное перемещение контактной щетки, осуществляемое микрометрическим винтом. У резисторов с кольцевым резистивным элементом (б ) перемещение контактной щетки осуществляется червячной передачей.

При больших нагрузках используются открытые цилиндрические конструкции резисторов, например, ПЭВР.

На принципиальных схемах подстроечные резисторы обозначаются также как и переменные, только вместо знака регулирования используется знак подстроечного регулирования.

5. Включение переменных резисторов в электрическую цепь.

В электрических схемах переменные резисторы могут применяться в качестве реостата (регулируемого резистора) или в качестве потенциометра (делителя напряжения). Если в электрической цепи необходимо регулировать ток, то резистор включают реостатом, если напряжение, то включают потенциометром.

При включении резистора реостатом задействуют средний и один крайний вывод. Однако такое включение не всегда предпочтительно, так как в процессе регулирования возможна случайная потеря средним выводом контакта с резистивным элементом, что повлечет за собой нежелательный разрыв электрической цепи и, как следствие, возможный выход из строя детали или электронного устройства в целом.

Чтобы исключить случайный разрыв цепи свободный вывод резистивного элемента соединяют с подвижным контактом, чтобы при нарушении контакта электрическая цепь всегда оставалась замкнута.

На практике включение реостатом применяют тогда, когда хотят переменный резистор использовать в качестве добавочного или токоограничивающего сопротивления.

При включении резистора потенциометром задействуются все три вывода, что позволяет его использовать делителем напряжения. Возьмем, к примеру, переменный резистор R1 с таким номинальным сопротивлением, которое будет гасить практически все напряжение источника питания, приходящее на лампу HL1. Когда ручка резистора выкручена в крайнее верхнее по схеме положение, то сопротивление резистора между верхним и средним выводами минимально и все напряжение источника питания поступает на лампу, и она светится полным накалом.

По мере перемещения ручки резистора вниз сопротивление между верхним и средним выводом будет увеличиваться, а напряжение на лампе постепенно уменьшаться, отчего она станет светить не в полный накал. А когда сопротивление резистора достигнет максимального значения, напряжение на лампе упадет практически до нуля, и она погаснет. Именно по такому принципу происходит регулирование громкости в звуковоспроизводящей аппаратуре.

Эту же схему делителя напряжения можно изобразить немного по-другому, где переменный резистор заменяется двумя постоянными R1 и R2.

Ну вот, в принципе и все, что хотел сказать о резисторах переменного сопротивления . В заключительной части рассмотрим особый тип резисторов, сопротивление которых изменяется под воздействием внешних электрических и неэлектрических факторов — .
Удачи!

Литература:
В. А. Волгов — «Детали и узлы радиоэлектронной аппаратуры», 1977 г.
В. В. Фролов — «Язык радиосхем», 1988 г.
М. А. Згут — «Условные обозначения и радиосхемы», 1964 г.

pwm – светодиодная модуляция при высоком напряжении -vs- постоянная при низком напряжении

ОБНОВЛЕНИЕ:

5 декабря 2017 г.

Что меня сбивает с толку, так это то, что сила тока сильно возрастает с небольшим увеличением. по напряжению.

Мой первоначальный ответ был о разнице светового потока при сравнении одного светодиода с другим.

Теперь мне кажется, ты не правильно водишь светодиоды. Это никогда не имело ничего общего с рабочим циклом ШИМ. ШИМ и рабочий цикл просто снижают средний ток.

Исходя из того, что вы сказали сегодня, похоже, что вы управляете светодиодами от источника постоянного напряжения без токоограничивающего резистора, а не от драйвера постоянного тока. Если бы вы использовали драйвер постоянного тока, более высокое напряжение только повлияло бы на эффективность. Текущий останется прежним.

Небольшое увеличение напряжения, даже если использовался токоограничивающий резистор, ток увеличивался бы только пропорционально. Если светодиод подключен непосредственно к источнику питания, небольшое увеличение напряжения по сравнению с номинальным прямым напряжением светодиода, вероятно, приведет к его повреждению.Ток будет резко возрастать, пока светодиод не сгорит.

Предполагая, что ШИМ-диммирование отсутствует, вы должны использовать резистор 15 Ом между светодиодом и источником питания 3,3 В. 100 Ом при питании от сети 5 В. Каждый раз, когда вы меняете напряжение, вам нужно менять резистор. Используйте такой калькулятор сопротивления, чтобы получить правильное значение сопротивления: LED Resistance Calculator

Кстати, что касается яркости, используйте Cree XP-G3, и вы увидите резкое увеличение яркости при том же токе.Если светодиод цветной, используйте OSRAM Olson SSL.

Большие светодиоды в этом отношении неэффективны.

Дело не в размере, а в технологии изготовления. На сегодняшний день только что выпущенный Samsung LM301B является лидером по эффективности – 218 люмен на ватт. На прошлой неделе это был Samsung LM561 @ 212 лм / Вт.

Среди белых светодиодов Hi-Power мощностью 1-3 Вт Cree XPG3 является наиболее эффективным – 185 люмен на ватт.

Даже CoB теперь становятся очень эффективными.Сегодня 100 Вт Luminus Devices CXM CoB является лидером с яркостью 176 люмен на ватт.

Резисторы
будут сжигать много тепла и ограничивать рост тока (так что требуется гораздо более высокое напряжение, чтобы пропустить ток через светодиод чем без резистора спереди)

Нет, если номинал резистора выбран правильно. Вы можете легко получить 99% при жестких допусках по напряжению питания.

На глаз кажется, что у постоянной и перегруженной ШИМ одинаковые яркость на ватт.

В высшей степени сомнительное использование позволяет различить разницу в яркости невооруженным глазом. Вам нужен хороший спектрометр для измерения количества фотонов.

Моя теория заключается в том, что при использовании светодиода с более высоким номиналом и средней мощности меньшая мощность увеличивает эффективность на ватт;

Практически всегда светодиод работает с максимальной эффективностью, когда он работает при значении «испытательного тока» или ниже. Чем выше вы превысите его испытательный ток, тем менее эффективен он. Я видел светодиоды на 5 ампер с испытательным током 1 ампер.

Конец обновления

14 ноября 2017 г.

Подберу ли я яркость светодиода 1 при той же мощности?

Не обязательно. Мощность не является правильным критерием.

Светодиоды

оцениваются по их излучаемому потоку в канделах, люменах, фотонах (мкмоль) и / или мощности излучения (мВт) при определенном токе и температуре.

Например, имеется много светодиодов мощностью 1 Вт. При той же электрической мощности (Vf x current) другой светодиод будет иметь другой излучаемый поток.

Светодиоды

производят как излучаемый поток (свет), так и неизлучаемый поток (тепло). Сумма этих двух типов магнитного потока будет равна электрической мощности.

Отношение излучаемого потока к электрической мощности – это эффективность светодиода.

Прямой ток – лишь один из факторов мощности. Другое – прямое напряжение. Вам нужно учитывать оба фактора.

Все светодиоды имеют диапазон (мин. Тип макс.) Излучаемого потока при определенном токе.

При сравнении светодиодов нельзя просто смотреть на относительный поток по сравнению сСила тока, но также учитывает прямое напряжение при заданном токе и температуре.

Также вы должны знать, что кривые относительного потока могут быть световыми (фотометрическими) или лучистыми (радиометрическими).

Прямое напряжение и температура

Прямой ток и температура

Светящийся и сияющий

Внешняя защита зарядки аккумулятора, совместимость с USB и источниками переменного / постоянного тока

% PDF-1.4 % 1 0 obj > эндобдж 5 0 obj / Title (NCP367 – внешняя защита зарядки аккумулятора, совместимость с USB и источником питания переменного / постоянного тока) >> эндобдж 2 0 obj > эндобдж 3 0 obj > транслировать application / pdf

ON Semiconductor

NCP367 – Внешняя защита зарядки аккумулятора, совместимость с USB и источником питания переменного / постоянного тока

NCP367 – это устройство защиты пути заряда, которое позволяет отключение системы от выходного контакта в случае неправильной зарядки условия обнаружены.Система имеет положительную защиту от перенапряжения. до +30 В. Благодаря очень низкому потреблению тока USB заряд совместим с этим интегрированным компонентом. Это устройство использует внутренний PMOS FET, что делает внешние устройства ненужным, что снижает стоимость системы и площадь печатной платы доска приложений. Во-первых, NCP367 может мгновенно отключите выход от входа, если входное напряжение превышает порог перенапряжения. Дополнительная функция защиты от перегрузки по току позволяет отключить внутренний PMOS FET, когда ток заряда превышает текущий предел, который выбирается извне.Текущее предельное значение может быть изменено с помощью логического вывода управления на разделите его на внутреннее усиление, что позволит заряжать USB 100 мА / 500 мА или Зарядка от USB / настенного адаптера до порога перегрузки по току. В то же время, напряжение литий-ионного аккумулятора постоянно контролируется, обеспечивая больше безопасности во время зарядки. Также имеется защита от теплового отключения. имеется в наличии. NCP367 обеспечивает вывод флага отрицательного срабатывания (FLAG), который предупреждает систему о том, что произошла неисправность как перенапряжение (мощность напряжение питания или аккумуляторной батареи), перегрузка по току или тепловое событие.Кроме того, устройство имеет вход с защитой от электростатического разряда (15 кВ воздух), когда шунтируется конденсатором емкостью 1 мкФ или больше.

2015-02-25T09: 24: 49-07: 00BroadVision, Inc.2020-09-22T15: 40: 47 + 02: 002020-09-22T15: 40: 47 + 02: 00 Acrobat Distiller 10.0.0 (Windows) uuid: a13b68e5-20b7-4f46-8ac0-1acc34af7010uuid: 0c176dde-ed54-4b46-a0b8-32577417a949 Распечатать конечный поток эндобдж 4 0 obj > эндобдж 6 0 obj > эндобдж 7 0 объект > эндобдж 8 0 объект > эндобдж 9 0 объект > эндобдж 10 0 obj > эндобдж 11 0 объект > эндобдж 12 0 объект > эндобдж 13 0 объект > эндобдж 14 0 объект > эндобдж 15 0 объект > эндобдж 16 0 объект > эндобдж 17 0 объект > эндобдж 18 0 объект > эндобдж 19 0 объект > эндобдж 20 0 объект > эндобдж 21 0 объект > эндобдж 22 0 объект > эндобдж 23 0 объект > эндобдж 24 0 объект > транслировать HITIs6 ߑ lE

% PDF-1.4 % 2948 0 объект > эндобдж xref 2948 71 0000000016 00000 н. 0000003411 00000 н. 0000003562 00000 н. 0000004236 00000 п. 0000004340 00000 н. 0000004809 00000 н. 0000005553 00000 п. 0000006074 00000 н. 0000006590 00000 н. 0000007308 00000 н. 0000007360 00000 н. 0000007473 00000 н. 0000007559 00000 н. 0000008095 00000 н. 0000008628 00000 н. 0000009076 00000 н. 0000009780 00000 н. 0000012298 00000 п. 0000012917 00000 п. 0000013484 00000 п. 0000014024 00000 п. 0000014139 00000 п. 0000014253 00000 п. 0000015647 00000 п. 0000015796 00000 п. 0000016301 00000 п. 0000016899 00000 н. 0000016984 00000 п. 0000017013 00000 п. 0000017322 00000 п. 0000017828 00000 п. 0000018676 00000 п. 0000018812 00000 п. 0000018841 00000 п. 0000019164 00000 п. 0000020992 00000 н. 0000021248 00000 н. 0000021662 00000 н. 0000021918 00000 п. 0000022181 00000 п. 0000024036 00000 п. 0000025495 00000 п. 0000026957 00000 п. 0000029183 00000 п. 0000029448 00000 н. 0000034274 00000 п. 0000038871 00000 п. 0000038953 00000 п. 0000039024 00000 н. 0000042490 00000 п. 0000042655 00000 п. 0000042950 00000 п. 0000047700 00000 п. 0000047898 00000 н. 0000052524 00000 п. 0000053128 00000 п. 0000058957 00000 п. 0000074730 00000 п. 0000074812 00000 п. 0000074883 00000 п. 0000087432 00000 п. 0000088232 00000 п. 0000163368 00000 н. 0000163647 00000 н. 0000165033 00000 н. 0000182932 00000 н. 0000188095 00000 н. 0000196938 00000 н. 0000199998 00000 н. 0000003178 00000 п. 0000001755 00000 н. трейлер ] / Назад 2161831 / XRefStm 3178 >> startxref 0 %% EOF 3018 0 объект > поток h ޤ Umlu wk ׵ v}: v ֽ Ⱥ: `qNtSN * ᐩ EA” LE8 j | ~ R} 0ф &] Yk4 & ri

Bonitron | Решения для приводов переменного тока

Bonitron предлагает аксессуары, которые повышают надежность и увеличивают время безотказной работы. приводные процессы.Решения Bonitron, работающие более 50 лет, варьируются от торможения при перенапряжении решения, такие как тормозные транзисторы, резисторы и линейная регенерация, для решений пониженного напряжения, например UPD Источник бесперебойного питания для приводов. Другие решения включают одно- и трехфазные источники питания, а также портативные формирователи конденсаторов. С тысячами разработанных продуктов под нашими поясами и новыми решения, выпускаемые регулярно, свяжитесь с нами сегодня, чтобы узнать больше

Новое изолированное зарядное устройство для аккумулятора и конденсатора M5628

Регулируемый предел тока и напряжение заряда
Поддержание уровня энергии в батареях и конденсаторах
Цифровой дисплей
Изолированные контакты состояния

Подробнее

Критическая мощность для приводов

Bonitron UPD (Источник бесперебойного питания для приводов) Системы включают регулятор напряжения постоянного тока, который контролирует привод.Если напряжение привода падает или исчезает, Регулятор напряжения становится активным и обеспечивает питание к шине постоянного тока. Это позволяет критическим процессам никогда не увидеть нарушение и продолжить работу в полная мощность. Благодаря параллельному подключению Bonitron, очень низкая мощность в режиме ожидания и долгий срок службы продукта. ожидал.

Дополнительные приводные решения

Щелкните логотип производителя, чтобы просмотреть решения Bonitron для их приводов.

Чтобы узнать о других производителях дисководов, см. Меню «Производитель дисководов» вверху страницы.

“Если у вас есть VFD, вам понадобятся некоторые из них!”

Обучающие видео Bonitron

Посмотрите наш полный список обучающих видео.
Или посетите наш канал Youtube и подпишитесь на
, чтобы получать уведомления, когда выложено видео.

Вернуться к началу

Расцепитель минимального напряжения с электрическим возвратом для выключателя

Уровень техники

1.Область изобретения

Настоящее изобретение относится к усовершенствованной схеме пониженного напряжения для срабатывания, сброса и удержания автоматического выключателя.

2. Описание предшествующего уровня техники

Обычно расцепители минимального напряжения (UVR) имеют подвижный соленоид или другое устройство, на которое может подаваться нормальное напряжение. Когда это напряжение питания падает ниже заданного уровня, пружина или другой смещающий механизм перемещает якорь соленоида, чтобы активировать механический прерыватель цепи.Для автоматического сброса соленоида после возобновления подачи питания обычной практикой является подача большого импульса тока из имеющегося напряжения источника, что требует источника с относительно низким импедансом. Там, где требуются согласующие трансформаторы напряжения, это требование низкого импеданса делает трансформаторы больше, чем они были бы в противном случае. Кроме того, затруднено дистанционное управление сильным импульсом тока с помощью внешних средств из областей, требующих очень высокой степени безопасности, таких как угольные шахты.

Патент США. В US 3657603, выданном Уильяму М. Адамсу, раскрыта схема отключения при пониженном напряжении с автоматическим сбросом после того, как напряжение питания достигнет заданного нормального рабочего уровня. Однако он сбрасывает автоматический выключатель с помощью средств управления, для которых требуется источник управления с низким сопротивлением. В нашем изобретении при сбросе катушки реле минимального напряжения на катушку UVR подается повторяющийся импульс от коммутируемой схемы удвоителя напряжения. Ни изобретение Адама, ни какой-либо другой известный уровень техники не позволяет сбросить UVR и удерживать его в UVR с помощью небольшого количества энергии, которую мы используем.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Схема, составляющая это изобретение, имеет три основных секции, а именно: детектор уровня напряжения, схему удержания и схему автоматического сброса. Датчик уровня отключает катушку цепи пониженного напряжения, когда напряжение питания падает ниже заданного уровня. Когда напряжение питания снова поднимается выше заданного уровня, активируется схема сброса, которая втягивает пониженное напряжение, непрерывно посылая на него импульсы малой мощности. После сброса катушка удерживается цепью удержания, подающей на нее непрерывный сигнал.

Основная цель этого изобретения – усовершенствованная схема сброса и удержания для использования со схемой отключения при пониженном напряжении.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 – упрощенная блок-схема, показывающая только выбранные основные компоненты каждой из трех функциональных секций схемы. ИНЖИР. 2 – полная принципиальная схема того же предпочтительного варианта осуществления, показанного в блочном формате на фиг. 1.

Одинаковые обозначения относятся к одним и тем же общим компонентам на каждом из двух рисунков.Однако, поскольку многие элементы схемы – особенно в детекторе уровня напряжения – хорошо известны, элементы, изображенные на фиг. 1 являются только теми, которые считаются наиболее важными для работы нашего изобретения. В целях упрощения понимания базовой схемы, составляющей это изобретение, пунктирные линии размещены вокруг компонентов трех основных функциональных секций на обеих фигурах. В нашем варианте осуществления входное напряжение питания переменного тока (переменного тока) Vs обычно будет таким, которое используется в угольной шахте для управления оборудованием от источника переменного тока.c. Нагрузка силового центра. Это напряжение питания подается так, что оно приводит в действие блок детектора уровня напряжения, имеющий переключающий транзистор Q4. Таким образом, когда оно падает ниже определенного заданного уровня напряжения, транзистор Q4 переводится в положение «включено». Транзистор Q4 подключен параллельно катушке расцепителя минимального напряжения (UVR), как показано. Этот UVR является традиционным по конструкции и конструкции и имеет соленоидную катушку, охватывающую подвижный якорь, который совершает возвратно-поступательное движение против действия смещающей пружины, обычно удерживая его в нерабочем состоянии, когда на его катушку подается незначительное напряжение.Такая катушка в настоящее время производится под номером 12G07 компанией Westinghouse Electric Corporation в ее подразделении выключателей низкого напряжения, Бивер, Пенсильвания. При включении транзистора Q4 катушка закорачивается, чтобы обеспечить отказоустойчивое состояние транзистора. При отсутствии тока, подаваемого на катушку, ее возвратная пружина будет действовать, чтобы разъединить якорь катушки и, таким образом, заставить якорь совершать возвратно-поступательное движение и ударять по подключенной расцепляющей планке внешнего механического трехполюсного автоматического выключателя, вызывая срабатывание выключателя.Для обеспечения надежности в работе схема извещателя имеет встроенный гистерезис. Эта особенность представляет собой напряжение срабатывания, при котором транзистор Q4 выключается, и оно выше, чем выпадающее напряжение питания, при котором транзистор снова включается. Типичные значения для этих двух напряжений составляют 85 В (транзистор выключен) и 65 В (транзистор включен).

При использовании в потенциально опасной среде, например, в угольной шахте с опасным газом, содержащим метан, или в любой ситуации, где это необходимо, можно использовать другой метод для короткого замыкания катушки UVR и отключения внешнего автоматического выключателя.Этот альтернативный метод включает использование удаленного замыкающего контакта, соединенного пунктирными линиями, как показано, с транзистором Q3 (фиг. 2). Прерыватель может сработать таким образом независимо от значения напряжения питания в цепи пониженного напряжения. В этом варианте осуществления детектор уровня напряжения предназначен для ограничения мощности на удаленных контактах до очень низкого уровня (обычно 0,25 мВт). Этот очень низкий уровень мощности позволяет замыкать контакты в зоне, содержащей взрывоопасные газы, как в угольной шахте, без необходимости помещать контакты в дорогостоящий и громоздкий взрывозащищенный корпус.

Схема сброса, показанная справа на обоих рисунках, используется для включения катушки UVR всякий раз, когда транзистор Q4 выключен. Внутри этой схемы находится удвоитель напряжения, состоящий из двух конденсаторов C4 и C5 и двух последовательно соединенных диодов D17 и D18. Конденсатор С4 подключен параллельно этим двум диодам. Когда этот удвоитель работает, конденсатор C4 пытается зарядиться до уровня напряжения, в два раза превышающего пиковое значение переменного тока. напряжение питания Vs. Как только уровень напряжения конденсатора C4 превышает напряжение отключения стабилитрона D16, дополнительный зарядный ток вызывает автоматическое срабатывание тиристора Q5.Это зажигание передает заряд конденсатора C4 в катушку UVR, вызывая ее втягивание. Предпочтительно, конденсатор C4 имеет такое значение, чтобы его накопленная энергия непосредственно перед разрядом была более чем достаточной, чтобы вызвать втягивание катушки UVR. При фиксированных значениях стабилитрона D16 уровень напряжения срабатывания можно изменять. Пока транзистор уровня напряжения Q4 выключен, что указывает на то, что уровень напряжения питания выше предварительно выбранного значения, конденсатор C4 будет непрерывно заряжаться и разряжаться в катушке.Преимущество этого повторяющегося импульса состоит в том, что он дает катушке UVR дополнительные шансы втянуться или сбросить себя, если по какой-либо причине она не сработает при первом разряде. Эта частота импульсов для одного рабочего варианта обычно составляла каждые две или три секунды.

Хотя мы предпочитаем использовать схему удвоителя напряжения для зарядки конденсатора C4 до уровня, значительно превышающего уровень пикового напряжения питания (Vs), можно также использовать другие типы устройств. Например, может использоваться схема учетверителя напряжения или тому подобное.Причиной выбора удвоителя напряжения является его большая простота и меньшая стоимость. В любом случае целью этой схемы является передача заряда конденсатору C4, который предпочтительно по крайней мере на двадцать процентов больше, чем пиковое напряжение питания.

Для обеспечения того, чтобы ток, потребляемый схемой сброса, был небольшим – менее 10 миллиампер – для последовательного входного конденсатора C5 выбрано небольшое значение, чтобы он имел высокий импеданс на частоте 60 Гц (Гц). Обычно значения конденсатора C5 равны 0.25 мкФ при сопротивлении 10600 Ом. При выборе таких значений достигается минимальное рассеивание мощности в катушке UVR и мгновенное падение напряжения в любом согласующем трансформаторе, подключенном к ней, устраняется. Точно так же мгновенные падения напряжения на любом резисторе, подключенном к катушке UVR, также устраняются при включении UVR.

Помимо заявленных преимуществ, эта схема сброса также действует как эффективный подавитель высокочастотных переходных процессов высокого напряжения в питающем напряжении.Такие переходные процессы распространены во многих типах электрических систем, особенно в угольных шахтах. В схеме схемы, показанной на высокой частоте (выше 25 килогерц), полное сопротивление конденсатора C4 и комбинации диодов D17 и D18 по существу представляет собой короткое замыкание по сравнению с полным сопротивлением резистора R1, связанного со схемой детектора. Таким образом, любые высокочастотные переходные процессы высокого напряжения, которые возникают в питающем напряжении, будут появляться в основном на резисторе R1, чтобы защитить схему пониженного напряжения.

Между детектором и схемой сброса изображена удерживающая цепь, используемая для подачи небольшого постоянного тока на катушку UVR, достаточного для удержания ее после сброса. Сопротивление резистора R15 и коэффициент трансформации трансформатора T1 выбираются таким образом, чтобы минимизировать ток, потребляемый от напряжения питания Vs. Обычно значение потребляемого тока составляет 70 миллиампер от 120 переменного тока. источник напряжения. Резистор R15 также выполняет функцию ограничения тока через транзистор Q4, когда он включен.Четыре подключенных диода D9, D10, D11 и D12 образуют выпрямительный мост, который выпрямляет выходной сигнал трансформатора T1, так что удерживающий ток УФ-катушки составляет постоянный ток. Диоды D13 и D19 образуют логическую схему, которая гарантирует, что оба диода будут проводить, когда транзистор Q4 проводит. Диод 15 выполняет две функции: предотвращает попадание сигнала высокого напряжения, возникающего на конденсаторе C4, на конденсатор C3, и устанавливает значение постоянного тока. источник тока (вместе с трансформатором Т1) для удержания в секции цепи.Ток из секции удержания подается либо на катушку UVR через диод D15, либо на транзистор Q4 через диод D13, в зависимости от того, находится ли входное напряжение Vs выше или ниже обнаруженного уровня, соответственно.

Это изобретение в первую очередь было разработано для использования в угольной шахте на блоке пониженного напряжения, подключенном к центру питания переменного тока. Его, конечно, можно использовать в любой промышленной системе, где есть источник переменного напряжения, подаваемый на устройство минимального напряжения.Он имеет несколько преимуществ, а именно: он способен сбрасывать стандартный UVR, но для этого требуется лишь небольшой ток от источника питания; он автоматически подает импульсный сигнал сброса на UVR каждые несколько секунд; он изначально самозащищен от переходных процессов в электросети; он может безопасно работать в непрерывном режиме с разомкнутым или короткозамкнутым выходом, если возникнут такие условия. Если используется внешний дистанционный контакт, он должен контролировать энергию отключения всего в несколько микроджоулей.

Хотя наше изобретение было описано в отношении предпочтительного варианта осуществления, эти описанные компоненты и их конкретная компоновка не должны использоваться для ограничения или измерения объема и объема нашего изобретения, которые должны измеряться только следующей формулой изобретения.

Проектирование автомобильного устройства защиты с широким диапазоном напряжений

Пуск зажигания во время запуска и сброс нагрузки во время останова являются распространенными источниками переходных процессов напряжения в автомобильной линии питания.

Пуск зажигания во время запуска и сброс нагрузки во время останова являются распространенными источниками скачков напряжения в автомобильной линии питания. Эти переходные процессы пониженного (УФ) и перенапряжения (OV) могут иметь значительные величины и повредить цепи, которые не предназначены для работы в этих экстремальных условиях.

Специализированные устройства защиты от ультрафиолетового и сверхвысокого напряжения были разработаны для отключения чувствительной электроники от переходных процессов питания. Например, защитные устройства могут контролировать входное питание с помощью оконного компаратора, а затем проверять, находится ли он в пределах допустимого диапазона. Точно так же напряжение питания можно контролировать с помощью резистивного делителя, подключенного к выводам монитора UV и OV. Выход оконного компаратора может затем управлять затворами двух N-канальных полевых МОП-транзисторов, которые замыкают или разрывают соединение между источником питания и нагрузкой.Оконный компаратор может иметь гистерезис на выводах монитора для повышения помехоустойчивости. Гистерезис может предотвратить ложное включение / выключение полевого МОП-транзистора из-за пульсаций или других высокочастотных колебаний в линии питания. Например, гистерезис 25 мВ эквивалентен 5% пороговых значений выводов монитора и является обычным для устройств защиты от ультрафиолетового и сверхвысокого напряжения.

Для собственной защиты или уменьшения нагрузки зажигания некоторые автомобильные вспомогательные цепи должны быть отключены от линии питания во время запуска или выключения.Из-за значительных переходных процессов для этих схем может потребоваться больший гистерезис, чем может обеспечить само устройство защиты. Для таких приложений повышенные требования к гистерезису могут быть удовлетворены путем согласования устройства защиты с монитором питания с регулируемым гистерезисом. В этой статье рассказывается, как разработать устройство защиты автомобильных цепей с широким диапазоном напряжения.

Рис. 1. Управление силовым трактом с широким гистерезисом монитора напряжения

Автомобильный монитор УФ / ОВ и перегрузки по току с защитой цепи

Архитектура, показанная на рисунке 1, защищает электронику, которая чувствительна к переходным процессам пониженного, повышенного и сверхтока, присутствующим в автомобильном питании.На рисунке 1 показан пример автомобильного защитного устройства с широким диапазоном напряжения. В этой схеме LTC4368 от Analog Devices служит специализированным устройством защиты от ультрафиолетового и сверхвысокого напряжения и отвечает за подключение нагрузки к источнику питания. Роль оконного компаратора управляется LTC2966.

LTC2966 отслеживает обратное напряжение, пониженное и повышенное напряжение. Пороги контроля и уровни гистерезиса настраиваются цепями резисторов на выводах INH и INL и напряжениями на выводах RS1 и RS2.OUTA – это выход оконного компаратора UV, а OUTB – выход оконного компаратора OV. Можно выбрать инвертирующую или неинвертирующую полярность этих выходов по отношению к входам через контакты PSA и PSB. На рисунке 1 они настроены как неинвертирующие. Выходы OUTA и OUTB от LTC2966 подтянуты к выводу REF LTC2966 и подаются непосредственно на выводы UV и OV LTC4368.

LTC4368 обеспечивает защиту от обратного и максимального тока. Размер резистора считывания тока R11 определяет уровни обратного тока и перегрузки по току.LTC4368 решает, следует ли подключать нагрузку к источнику питания, на основании своих компараторов максимального тока, а также информации мониторинга от LTC2966. Выводы UV, OV и SENSE (перегрузка по току) участвуют в процессе принятия решений. Если условия удовлетворяются для всех трех выводов, тогда вывод GATE поднимается выше VOUT, и нагрузка будет подключаться к источнику питания через двойной N-канальный тракт питания MOSFET. Если какой-либо из трех выводов не работает, вывод GATE опускается ниже VOUT, и нагрузка отключается от источника питания.

Автомобильные приложения, которые питаются напрямую от аккумуляторной батареи, подвергаются сильным колебаниям напряжения во время запуска и остановки двигателя. В этом защитном решении пороги контроля напряжения основаны на номинальных рабочих напряжениях и напряжениях, ожидаемых во время запуска автомобиля или сброса нагрузки, обеспечивая при этом защиту находящейся ниже по потоку электроники.

Переходные процессы при запуске двигателя возникают, когда зажигание автомобиля запускается. В этом приложении канал A LTC2966 настроен на обнаружение переходного процесса при запуске.

Переходные процессы сброса нагрузки возникают при выключении автомобиля. На шине аккумуляторной батареи возникают скачки напряжения большой амплитуды, когда ток в жгуте проводов автомобиля внезапно прекращается. В этом приложении канал B LTC2966 настроен на обнаружение переходного процесса сброса нагрузки.

Рисунок 2. V OUT в сравнении с V IN

На рис. 2 показаны входные напряжения при активном тракте питания.Монитор запуска, канал A, сконфигурирован так, чтобы иметь пороговое значение падения напряжения 7 В и пороговое значение повышения 10 В. Монитор сброса нагрузки, канал B, сконфигурирован так, чтобы иметь пороговое значение нарастания 18 В и пороговое значение спада 15 V. Эти пороговые значения были получены при рассмотрении различных характеристик сигналов при запуске и сбросе нагрузки. При необходимости можно легко настроить различные пороги, отрегулировав строку резистивного делителя для входов INL и INH LTC2966.

Конфигурация

Рисунок 3.Определение резистивного делителя для пороговых значений монитора напряжения

На рис. 3 показано, как были рассчитаны значения резистивного делителя для этого приложения. Контакт REF LTC2966 подает напряжение 2,404 В.

Рисунок 4. Выбор диапазона и полярности выхода компаратора

На рисунке 4 показаны конфигурации диапазона и выходной полярности для схемы. Выбор диапазона для каждого канала основан на диапазоне напряжения конкретного канала, который он должен контролировать.Диапазон настраивается выводами RS1A / B и RS2A / B. Полярность выходных контактов LTC2966, независимо от того, имеют ли они высокий или низкий уровень, определяется настройкой контактов PSA и PSB. В этом приложении входные контакты LTC4368 определяют полярность выходных контактов LTC2966. Чтобы нагрузка была подключена к источнику питания, вывод UV должен быть больше 0,5 В, а вывод OV должен быть меньше 0,5 В.

Защита от обратного напряжения

В архитектуре, показанной на Рисунке 1, и LTC2966, и LTC4368 защищены от обратного напряжения: LTC4368 имеет встроенную защиту от обратного питания до −40 В, тогда как LTC2966 требует выбора компонента.

Рисунок 5. Возможные методы защиты от обратного напряжения для LTC2966

На рисунке 5 показаны две возможные схемы защиты от обратного напряжения для LTC2966 – резисторный подход и диодный подход, где выбор между ними зависит от приложения.

При диодном подходе диод активен только при нормальной работе цепи (то есть при положительном напряжении). Ток питания для LTC2966 составляет десятки микроампер, что означает, что достаточно диода малой мощности и он занимает мало места.Во время события обратного напряжения диод блокирует выход тока из контактов питания LTC2966. Выбор диода определяется обратным напряжением пробоя диода. Чтобы соответствовать LTC4368, следует выбрать диод 40 В. Последствия диодного решения заключаются в том, что прямое падение напряжения может отрицательно повлиять на порог блокировки при пониженном напряжении и точность порогового контроля напряжения.

В подходе резистора резистор выбирается достаточно большим, чтобы безопасно ограничивать ток, протекающий от линий питания LTC2966 во время события обратного напряжения.Однако тщательный подбор резисторов обеспечивает минимальное влияние на точность блокировки минимального напряжения и контроля пороговых значений напряжения. Правильный выбор размера корпуса обеспечивает безопасное рассеивание мощности резистора.

Для этого приложения контролируемые напряжения достаточно низкие, поэтому прямое напряжение диода, включенное последовательно со входом, значительно снижает точность пороговых значений контроля напряжения. Для защиты LTC2966 от обратного напряжения выбран резистор ограничения тока 1,96 кОм.Резистор рассчитан на ограничение тока на входных выводах до 20 мА, если входное напряжение понижается до -40 В. Резистор низкого номинала приводит к падению всего на несколько милливольт, поэтому влияние резистора на точность порогового значения незначительный.

Защита от сверхтока и пускового тока

Рис. 6. Применение максимальной токовой защиты и защиты от пускового тока

LTC4368 отвечает за защиту от сверхтока и пускового тока для приложения.На рисунке 6 показаны ответственные компоненты. Компараторы внутри LTC4368 отслеживают падение напряжения на токовом резисторе R11.

В прямом направлении, от VIN к VOUT, компаратор максимального тока сработает, когда напряжение SENSE to VOUT превысит 50 мВ. В отрицательном направлении, от VOUT к VIN, компаратор максимального тока сработает, когда напряжение SENSE to VOUT превысит –3 мВ. В этом приложении используется чувствительный резистор 20 мОм, который устанавливает пределы тока на +2,5 А и –150 мА.

Ограничение пускового тока позволяет приложению включать питание без применения защиты от перегрузки по току в прямом направлении.R10 и C1 – компоненты, ограничивающие пусковой ток.

Для этого приложения пусковой ток ограничен до 1 А, что намного ниже предельного значения прямого тока 2,5 А. Выбор C1 основан на желаемом предельном пусковом токе и размере C2. R10 не позволяет C1 замедлить защиту от обратной полярности, стабилизирует цепи быстрого понижения и предотвращает дребезг при возникновении неисправности.

C4 – это конденсатор, который устанавливает задержку повторной попытки после положительного перегрузки по току.Задержка повтора – это время, в течение которого затвор полевого МОП-транзистора удерживается на низком уровне после обнаружения события перегрузки по току. В этом приложении задержка повтора составляет 250 мс. Резисторы R14 и R15 на 10 Ом добавлены к затворам полевого МОП-транзистора, чтобы предотвратить колебания схемы, вызванные паразитами в компоновке печатной платы.

Демонстрация функциональности

События запуска

Рис. 7. Полная форма сигнала запуска

Была проведена лабораторная характеристика прототипа, результаты показаны на Рисунке 7.Перед активацией зажигания VIN больше, чем контрольный порог нарастания 10 В, настроенный для канала A. Вывод UV LTC4368-2 подтягивается выше своего порогового значения 500 мВ выводом OUTA на LTC2966, позволяя тракту питания стать активным и VOUT = VIN.

Во время проворачивания шина 12 В понижается до 6 В. Пороговое значение монитора падения напряжения 7 В пересекается, и OUTA немедленно опускает вывод UV LTC4368-2. LTC4368-2 реагирует на это, подтягивая свой вывод GATE к низкому уровню, что обесточивает переключающий элемент, и VOUT падает до 0 В.Гистерезис 3 В, запрограммированный резистивным делителем монитора напряжения, позволяет LTC2966 игнорировать пульсации на шине во время запуска. В результате переключающий элемент остается выключенным до завершения цикла запуска. Когда цикл запуска завершается, напряжение аккумулятора возвращается к своему номинальному значению, которое превышает пороговое значение 10 В. Вывод OUTA подтягивает вывод LTC4368-2 UV к высокому уровню, и на переключающий элемент снова подается напряжение.

Защита от обратного напряжения

Рисунок 8.Расширенное восстановление после запуска

На рис. 8 показан процесс восстановления после запуска. Он показывает внутренний таймер восстановления LTC4368-2 (обычно 36 мс), который выполняется до повторного включения переключающего элемента. Также обратите внимание, что при повторном включении переключающего элемента VIN на мгновение становится низким. Это происходит из-за зарядки емкости нагрузки схемы и последовательной входной индуктивности. Это демонстрирует необходимость широкого гистерезиса порога контроля напряжения. Этот переходный процесс зарядки конденсатора нагрузки игнорируется LTC2966.

События дампа загрузки

Рис. 9. Форма сигнала полного сброса нагрузки

На рисунке 9 показано поведение схемы при сбросе нагрузки. Перед выключением зажигания VIN имеет номинальное значение. Путь питания активен и VOUT = VIN. Во время сброса нагрузки напряжение батареи поднимается до 100 В. Пороговое значение монитора возрастающего напряжения 18 В пересекается, и OUTB немедленно подтягивает вывод 0 В на LTC4368-2. LTC4368-2 реагирует на это, подтягивая свой вывод GATE к низкому уровню, что открывает путь питания, и VOUT падает до 0 В.Переключающий элемент остается открытым до тех пор, пока сброс нагрузки не снизится до 15 В. После того, как порог падения напряжения 15 В будет преодолен, выход OUTB LTC2966 отключает вывод 0 В LTC4368-2 и после истечения внутреннего таймера восстановления LTC4368-2, LTC4368-2 снова подает питание на переключающий элемент.

Рис. 10. Измерение защиты от обратного напряжения

На рисунке 10 показан резистор 1,96 кОм, ограничивающий ток на выводах питания LTC2966 во время события обратного напряжения.Входное напряжение приложения увеличивалось с 0 В до –40 В. Ток на выводах VINA и VINB ограничен до 20 мА, а напряжение на выводах VINA и VINB поддерживается на уровне нескольких сотен милливольт под землей. LTC2966 надежно выдерживает событие обратного напряжения.

Защита от перегрузки по току в прямом направлении

На рисунке 11 показано ограничение пускового тока, определяемое резисторами R10 и C1. Как и ожидалось, пусковой ток ограничен до 1 А, а VOUT полностью подтягивает до 12 В без подтверждения предела перегрузки по току.

Рисунок 11. Ограничение пускового тока

Защита от перегрузки по току обратного хода

Рис. 12. Подтверждение максимальной токовой защиты в прямом направлении и задержка повтора

На рисунке 12 показана реакция LTC4368 на положительное событие перегрузки по току. Компаратор положительной перегрузки по току в LTC4368 срабатывает, когда напряжение между выводами SENSE и VOUT превышает 50 мВ. Резистор измерения тока R11 составляет 20 мОм, что устанавливает ограничение тока в приложении равным 2.5 А.

В этой демонстрации ток увеличивается до тех пор, пока не сработает максимальная токовая защита. Как и ожидалось, максимальная токовая защита срабатывает при 2,5 А. LTC4368 отключает нагрузку от источника питания VOUT, и ток нагрузки падает до 0 В. После того, как таймер повторной попытки LTC4368 удовлетворен, LTC4368 повторно подключает питание к нагрузке. Если состояние перегрузки по току исчезло, нагрузка остается подключенной к источнику питания. В противном случае LTC4368 отключит нагрузку от источника питания. Величину задержки повтора можно увеличить, добавив емкость к выводу RETRY.При желании VOUT может быть отключен заземлением контакта RETRY. В этой схеме таймер повтора установлен на 250 мс. Конфигурация таймера повтора объясняется в спецификации LTC4368.

Рисунок 13. Защита от обратной перегрузки по току

На рисунке 13 показана реакция LTC4368 на переходный процесс перегрузки по току. Компаратор обратного максимального тока определяет напряжение между выводами VOUT и SENSE. Пороговое значение напряжения для подтверждения обратной перегрузки по току зависит от версии.LTC4368-1 будет утверждать при 50 мВ, а LTC4368-2 будет утверждать при 3 мВ. Это приложение разработано для версии LTC4368-2. Токовый резистор R11 составляет 20 мОм. Это устанавливает предел обратной перегрузки по току на 150 мА.

В этом примере, в то время как источник питания обеспечивает нагрузку 100 мА, на VOUT вводится скачок напряжения, так что VOUT больше, чем VIN. По мере увеличения VOUT ILOAD уменьшается. Шаг напряжения достаточно велик, чтобы заставить ток течь от нагрузки к источнику питания. Это продолжается до тех пор, пока обратный ток не достигнет 150 мА и не сработает компаратор обратного максимального тока.Когда срабатывает обратный компаратор максимальной токовой защиты, на выводе GATE устанавливается низкий уровень. Это снимает нагрузку с источника питания и предотвращает дальнейшее движение нагрузки назад, приводящее к питанию. LTC4368 будет удерживать логический уровень на низком уровне, пока не обнаружит, что VOUT падает на 100 мВ ниже VIN.

Автомобильное приложение, разработанное в этой статье, демонстрирует, как разработчики могут реализовать схемы автомобильной защиты. При минимальном количестве дополнительных схем специализированные устройства защиты от ультрафиолетового и сверхвысокого напряжения могут быть объединены для обеспечения точной, надежной и комплексной защиты от переходных процессов.Гибкость устройств позволяет настраивать их для использования во многих приложениях.

Об авторе

Аль Хинкли получил степень B.S.E.E. из Merrimack College, а затем диплом об окончании VLSI и микроэлектроники в UMass Lowell. Он присоединился к Linear Technology (теперь часть Analog Devices) в апреле 2005 года. С ним можно связаться по телефону [адрес электронной почты защищен]

Электроды из бромида серебра с низким сопротивлением для регистрации кинетики канала быстрых ионов в условиях фиксации напряжения

Основные моменты

•: Насыщенный KBr снижает сопротивление микропипеток по сравнению с KCl.
•: Сопротивление микропипетки коррелирует с длительностью емкостных переходных процессов.
•: Электроды AgBr-Br совместимы с регистрацией быстрого тока в ооцитах Xenopus .
•: KBr не оказывает заметного влияния на стабильность ооцитов.

Реферат

Предпосылки

Двухэлектродный фиксатор напряжения – широко используемый метод исследования ионных токов.Однако быстрая кинетика активации ионных каналов маскируется емкостным переходным процессом во время фиксации напряжения ооцитов Xenopus. Факторы, ограничивающие характеристики зажима, включают, помимо прочего, усиление усилителя, емкость мембраны и сопротивление микропипетки. Предыдущая работа была сосредоточена на увеличении коэффициента усиления (например, двухэлектродные усилители с высокими рабочими характеристиками) или уменьшении емкости мембраны (например, метод разрезания).

Новый метод

Использование электрода Ag-AgBr с насыщенным раствором KBr для снижения сопротивления микропипеток.

Результаты

Электропроводность 4 M KBr была на 37% выше по сравнению с 3 M KCl, а сопротивление микропипетки снизилось на 19% при использовании 4 M KBr по сравнению со стандартным 3 M раствором KCl. Сопротивление микропипетки положительно коррелировало с продолжительностью переходного процесса. Бромид-ионы не повлияли ни на вольт-амперную зависимость потенциалзависимого натриевого канала, Nav1.7, ни на стабильность ооцитов Xenopus.

Сравнение с существующими методами

Стандарт de facto для двухэлектродных фиксаторов напряжения – это электроды 3 M KCl и Ag-AgCl, которые связаны с излишне высоким сопротивлением микропипетки.В противном случае методы фиксации напряжения с отсечением и отключением технически сложны и требуют манипуляции внутриклеточной средой.

Выводы

Использование Ag-AgBr-электрода с насыщенным KBr в качестве раствора для микропипеток снижает емкостный переходный процесс при записи с двухэлектродным фиксатором напряжения.

Понижение напряжения резистором: Как понизить напряжение через резистор

Как понизить напряжение через резистор

Расчёт сопротивления для понижения напряжения : 6 комментариев

Бестрансформаторное электропитание.Конденсатор вместо резистора

Схемы трансформаторного питания строятся по двум вариантам

Рассчитать сопротивление резистора для понижения напряжения

Расчёт сопротивления для понижения напряжения : 6 комментариев

Расчёт сопротивления для понижения напряжения : 6 комментариев

Физическое определение

Значение сопротивления

Импеданс резистора

Параллельное соединение

Последовательное включение

Расчёт делителя напряжения

Вычисления онлайн

Основы измерения тока: Токоизмерительные резисторы. Часть 1

Основы измерения тока

Выбор шунтового резистора для измерения тока

Три сопротивления в одном шунтовом резисторе

Что лучше, два вывода или четыре?

Заключение

Какое напряжение после резистора. Делитель напряжения на резисторах. Формула расчета, онлайн калькулятор

Чтоб горело и не сгорало, или Основы электроники для начинающего моддера

Как понизить сопротивление переменного резистора. Переменный резистор. Но как это относится к резисторам

1.1 Непроволочные.

1.2. Проволочные.

2. Основные параметры переменных резисторов.

2.1. Номинальное сопротивление.

2.2. Форма функциональной характеристики.

3. Обозначение переменных резисторов на схемах.

4. Подстроечные резисторы.

5. Включение переменных резисторов в электрическую цепь.

pwm – светодиодная модуляция при высоком напряжении -vs- постоянная при низком напряжении

ОБНОВЛЕНИЕ:

Внешняя защита зарядки аккумулятора, совместимость с USB и источниками переменного / постоянного тока

Bonitron | Решения для приводов переменного тока

Новое изолированное зарядное устройство для аккумулятора и конденсатора M5628

Критическая мощность для приводов

Дополнительные приводные решения

Обучающие видео Bonitron

Расцепитель минимального напряжения с электрическим возвратом для выключателя

Проектирование автомобильного устройства защиты с широким диапазоном напряжений

Автомобильный монитор УФ / ОВ и перегрузки по току с защитой цепи

Конфигурация

Защита от обратного напряжения

Защита от сверхтока и пускового тока

Демонстрация функциональности

События запуска

Защита от обратного напряжения

События дампа загрузки

Защита от перегрузки по току в прямом направлении

Защита от перегрузки по току обратного хода

Об авторе

Электроды из бромида серебра с низким сопротивлением для регистрации кинетики канала быстрых ионов в условиях фиксации напряжения

Основные моменты

Реферат

Предпосылки

Новый метод

Результаты

Сравнение с существующими методами

Выводы

Больше новостей

Добавить комментарий Отменить ответ