Как определить и подобрать мощность резистора (сопротивления)

Как определить и подобрать мощность резистора (сопротивления)

Резисторы есть в любой электрической схеме. Но в разных схемах протекают различной величины ток. Не могут же одни и те же элементы работать при 0,1 А и при 100 А. Ведь при прохождении тока сопротивление греется. Чем выше ток, тем более интенсивный нагрев. Значит, и резисторы должны быть на разную величину тока. Так и есть. Отображает их способность работать при различных токах такой параметр, как мощность резистора. На деталях покрупнее она указывается прямо на корпусе. Для мелких корпусов есть другой метод определения (см. ниже).

Мощность резистора

Номинальная мощность резистора определяется для определенной температуры окружающей среды на открытом воздухе. Обратите внимание, что на практике количество энергии, которую резистор может рассеять без повреждения сильно зависит от условий эксплуатации и, следовательно, не равна номинальной мощности.

Например, повышение температуры окружающей среды может значительно уменьшить номинальную мощность резистора.

Это следует учитывать при разработке схем. Обычно резисторы рассчитаны для работы при температуре до 70°С, выше этого значения резистор значительно снижает свою номинальную рассеиваемую мощность. Это иллюстрируется кривой ухудшения параметров.

Наряду с влиянием температуры окружающей среды, есть еще несколько факторов, влияющих на изменение номинального значения мощности резистора. Наиболее важные факторы приведены ниже:

Корпус

Скорость теплоотдачи ограничивается из-за установки резистора в корпус прибора. Корпус ограничивает воздушный поток и, следовательно, отвод тепла путем конвекции. Излучаемое тепло будет удаляться неэффективно, потому что стенки корпуса действуют как тепловой барьер. Влияние корпуса на степень потери тепла сильно зависит от размера, формы, материала и толщины стенок.

Принудительное охлаждение

Увеличение теплопередачи посредством принудительной конвекции позволяет получить более высокую рассеиваемую мощность, чем путем обычной естественной конвекции.

Это может быть достигнуто путем создания воздушного потока, или даже жидкостным охлаждением. Некоторые мощные резисторы имеют ребристый корпус, чтобы создать большую поверхность для рассеивания тепла.

Группировка компонентов

На печатной плате резисторы зачастую расположены близко друг к другу. В таком случае тепловое излучение одного резистора будет оказывать влияние на показатель мощности рядом расположенных резисторов.

В заключении хотелось бы отметить, что для большинства электронных схем номинальная мощность резисторов не является ключевым параметром, поскольку эти резисторы рассеивают малое количество энергии от одного ватта и меньше.

Однако в силовой электронике мощность является важной характеристикой. Типичной областью применения мощных резисторов являются источники питания, динамические тормоза, преобразователи мощности, усилители и нагреватели.

Расчет резисторов

Для корректного подбора компонента в цепь потребуется найти значения его ключевых показателей. При разных типах соединений нескольких компонентов параметры будут принимать различные значения.

Последовательное соединение

При использовании последовательной схемы итоговый показатель сопротивления равен сумме отдельных значений для каждого резистора. Пользуясь этим правилом, можно узнать, компонент с каким показателем надо приобрести. Например, требуется получить в цепи 220 Ом, есть устройство на 130 Ом. Следовательно, надо купить второе на 220-130=90 Ом. Ток, идущий в цепи, и ток на каждом резисторном элементе в этом случае имеют одно и то же значение.

Параллельное соединение

Формула для общего сопротивления:

Из нее можно узнавать целевое сопротивление элемента, который надо приобрести. Электроток в неразветвленной части сети в этом случае равен сумме токов отдельных веток.

Важно! В отличие от предыдущего случая, данная схема рекомендуема к использованию, если показатели для отдельных элементов превышают общее требуемое R.

Смешанное соединение

Оно включает в себя сочетания структур двух ранее обозначенных типов. Чтобы посчитать показатели для отдельных резисторов, схему понадобится упростить.

Мощность

Для выбора нужной детали надо знать, как правильно определить мощность резистора. Это можно сделать, опираясь на формулы:

Нужно учитывать, что использование детали с параметром, превышающим рекомендуемый, допустимо, обратный случай – нет.

Маркировка SMD резисторов

В современной электронике один из ключевых факторов при разработке устройства – его миниатюризация. Этим вызвано создание безвыводных элементов. SMD-компоненты отличаются малыми размерами, за счет их безвыводной конструкции. Пусть вас не смущает такой способ монтажа, он используется в большей части современной электроники и отличается хорошей надежностью. К тому же это упрощает конструкцию многослойной печатной платы. Дословная расшифровка с переводом обозначает «устройство для поверхностного монтажа», они и монтируются на поверхность печатной платы. Из-за миниатюрных размеров возникают трудности с обозначением их номинала и характеристик на корпусе, поэтому идут на компромисс и используют методы маркировки по цифрам, с буквами или используя кодовую систему. Давайте разберемся, как маркируются SMD резисторы.

Если на SMD-резисторе нанесено 3 цифры тогда расшифровка производится следующим образом: XYZ, где X и Y – это первые две цифры номинала, а Z количество нолей. Рассмотрим на примере.

Возможно обозначение 4-мя цифрами, тогда всё таким же образом, только первые три цифры, это сотни, десятки и единицы, а последняя – нули.

Если в маркировку введены буквы, то расшифровка подобна отечественным резисторам МЛТ.

И целые отделяются от дробных значений.

Другое дело, когда используется буквенно-цифровая кодировка, такие резисторы приходится расшифровывать по таблицам.

При этом буквой обозначается множитель. В таблице, что приведена ниже, они обведены красным цветом.

Исходя из таблицы, шифр 01C значит:

• 01 = 100 Ом;
• C – множитель 10 2 , это 100;
• 100*100 = 10000 Ом или 10 кОм.

Такой вариант обозначений называется EIA-96.

Информация, которая содержится в символьной или цветовой кодировке поможет вам построить схемы с высокой точностью и использовать элементы с соответствующими номиналами и допусками. Правильное понимание обозначений не избавит вас от необходимости измерения сопротивлений. Все равно лучше проверить его повторно, ведь элемент может быть неисправен. Проверку можно сделать специальным омметром или мультиметром. Надеемся, предоставленная информация о том, какая бывает маркировка резисторов и как она расшифровывается, была для вас полезной и интересной!

Похожие материалы:

• Как проверить резистор в домашних условиях
• Цветовая маркировка проводов
• Как определить емкость конденсатора
• Как правильно выпаивать радиодетали из плат

Расчет мощности резистора

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.

Виды резисторов

Виды резисторов можно разбить на следующие категории:

1. Нерегулируемые (постоянные) — проволочные, композитные, пленочные, угольные и др.
2. Регулируемые (переменные и подстроечные). Подстроечные резисторы предназначены для настройки электрических цепей. Элементы с переменным сопротивлением (потенциометры) применяются для регулировки уровней сигнала.

Отдельную группу представляют полупроводниковые резистивные элементы (терморезисторы, фоторезисторы, варисторы и пр.)

Характеристики резисторов определяются их назначением и задаются при изготовлении. Среди ключевых параметров:

1. Номинальное сопротивление. Это главная характеристика элемента, измеряется в омах (Ом, кОм, МОм).
2. Допустимое отклонение в процентах от указанного номинального сопротивления. Означает возможный разброс показателя, определяемый технологией изготовления.
3. Рассеиваемая мощность — предельная мощность, которую резистор может рассеивать при долговременной нагрузке.
4. Температурный коэффициент сопротивления — величина, показывающая относительное изменение сопротивления резистора при изменении температуры на 1°С.
5. Предельное рабочее напряжение (электрическая прочность). Это максимальное напряжение, при котором деталь сохраняет заявленные параметры.
6. Шумовая характеристика — степень вносимых резистором искажений в сигнал.
7. Влагостойкость и термостойкость — максимальные значения влажности и температуры, превышение которых может привести к выходу детали из строя.
8. Коэффициент напряжения. Величина, учитывающая зависимость сопротивления от приложенного напряжения.

Применение резисторов в области сверхвысоких частот придает важность дополнительным характеристикам: паразитной емкости и индуктивности.

Типы резисторов

Существует несколько различных типов резисторов, отличающихся по номинальной мощности, размерам, эксплуатационным качествам и стоимости. Наиболее распространенные типы — чип-резисторы (SMD-резисторы), выводные резисторы для монтажа в отверстия, проволочные резисторы, шунты (токочувствительные резисторы) для измерения тока, термисторы и потенциометры. Ниже, для каждого типа резисторов представлены основные характеристики, наиболее подходящие приложения, а также информация о корпусных исполнениях и примеры конкретных серий.

Экспериментальное определение характеристик элементов схемы

Для экспериментального определения нужных характеристик элементов требуется собрать заданную схему из реальных компонентов. После этого с помощью электроизмерительных приборов выполняют все необходимые измерения. Этот метод трудоёмкий и дорогостоящий. Разработчики электрических и электронных устройств для этой цели используют моделирующие программы. С помощью них производятся все необходимые вычисления, и моделируется поведение элементов схемы в различных ситуациях. Только после этого собирается опытный образец технического устройства. Одной из таких распространённых программ является мощная система моделирования Multisim 14.0 фирмы National Instruments.

Как определить мощность резисторов с помощью этой программы? Это можно сделать двумя методами. Первый метод – это измерить ток и напряжение с помощью амперметра и вольтметра. Перемножив результаты измерений, получают искомую мощность.

Из этой схемы определяем мощность сопротивления R3:

P₃=U∙I=1,032∙0,02=0,02064 Вт=20,6 мВт.

Второй метод – это непосредственное измерение мощности при помощи ваттметра.

Из этой схемы видно, что мощность сопротивления R3 равна P₃=20,8 мВт. Расхождение из-за погрешности в первом методе больше. Точно так же определяются мощности остальных элементов.

Резистор и сопротивление

Теория

КОМПОНЕНТЫ

• Адресуемая светодиодная лента
• Геркон
• Диод
• Зуммер
• Кнопка
• Кварцевый резонатор
• Конденсатор
• Макетная плата
• Резистор
• Реле
• Светодиод
• Светодиодные индикаторы
• Сервопривод
• Транзистор

ARDUINO

• Что такое Arduino?
• Среда разработки Arduino IDE
• Онлайн-сервис TinkerCAD – эмулятор Arduino
• Сравнение плат Arduino. Какую выбрать?
• Как прошить плату Arduino с помощью другой Arduino (ArduinoISP)

ИНТЕРФЕЙСЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

• Интерфейс I2C (IIC)

1 кОм = 1000 Ом,
1 МОм = 1000 кОм,
1 ГОм = 1000 МОм

Последовательное соединение резисторов

Это справедливо и для большего количества соединённых последовательно резисторов:

Цепь из последовательно соединённых резисторов будет всегда иметь сопротивление большее, чем у любого резистора из этой цепи.

При последовательном соединении резисторов изменение сопротивления любого резистора из этой цепи влечёт за собой как изменение сопротивления всей цепи так и изменение силы тока в этой цепи.

Мощность при последовательном соединении

R = 200 + 100 + 51 + 39 = 390 Ом

Учитывая напряжение в цепи, равное 100 В, по закону Ома сила тока будет составлять

I = U/R = 100 В/390 Ом = 0,256 A

На основании полученных данных можно рассчитать мощность резисторов при последовательном соединении по следующей формуле:

P = I 2 x R = 0,256 2 x 390 = 25,55 Вт

Таким же образом можно рассчитать мощность каждого отдельно взятого резистора:

P₁ = I 2 x R₁ = 0,256 2 x 200 = 13,11 Вт;
P₂ = I 2 x R₂ = 0,256 2 x 100 = 6,55 Вт;
P₃ = I 2 x R₃ = 0,256 2 x 51 = 3,34 Вт;
P₄ = I 2 x R₄ = 0,256 2 x 39 = 2,55 Вт.

Если сложить полученные мощности, то общая Р составит:

Р_общ = 13,11 + 6,55 + 3,34 + 2,55 = 25,55 Вт

Параллельное соединение резисторов

Расчет параллельного сопротивления двух параллельно соединённых резисторов R₁ и R₂ производится по следующей формуле:

Параллельное соединение трёх и более резисторов требует более сложной формулы для вычисления общего сопротивления:

Сопротивление параллельно соединённых резисторов будет всегда меньше, чем у любого из этих резисторов.

Параллельное соединение резисторов часто используют в случаях, когда необходимо сопротивление с большей мощностью. Для этого, как правило, используют резисторы с одинаковой мощностью и одинаковым сопротивлением. Общая мощность, в таком случае, вычисляется умножением мощности одного резистора на количество параллельно соединённых резисторов.

Мощность при параллельном соединении

1/R = 1/200 + 1/100 + 1/51 + 1/39 ≈ 0,06024 Ом
R = 1 / 0,06024 ≈ 16,6 Ом

Используя значение напряжения 100 В, по закону Ома рассчитывается сила тока

I = U/R = 100 В x 0,06024 Ом = 6,024 A

Зная силу тока, мощность резисторов, соединенных параллельно, определяется следующим образом

P = I 2 x R = 6,024 2 x 16,6 = 602,3 Вт

Расчет силы тока для каждого резистора выполняется по формулам:

На примере этих сопротивлений прослеживается закономерность, что с уменьшением сопротивления, сила тока увеличивается.

Существует еще одна формула, позволяющая рассчитать мощность при параллельном подключении резисторов:

P₁ = U 2 /R₁ = 100 2 /200 = 50 Вт;
P₂ = U 2 /R₂ = 100 2 /100 = 100 Вт;
P₃ = U 2 2/R₃ = 100 2 /51 = 195,9 Вт;
P₄ = U 2 2/R₄ = 100 2 /39 = 256,4 Вт

Если сложить полученные мощности, то общая Р составит:

Р_общ = 50 + 100 + 195,9 + 256,4 = 602,3 Вт