Типы проводников
Проводимость веществом электрического тока связана с наличием в нем свободных носителей заряда. Их количество определяется по электронной конфигурации. Для этого необходима химическая формула вещества, при помощи которой можно вычислить их общее число. Значение для каждого элемента берется из периодической системы Дмитрия Ивановича Менделеева.
Электрический ток — упорядоченное движение свободных носителей заряда, на которые воздействует электромагнитное поле. При протекании тока по веществу происходит взаимодействие потока заряженных частиц с узлами кристаллической решетки, при этом часть кинетической энергии частицы превращается в тепловую энергию. Иными словами, частица «ударяется» об атом, а затем снова продолжает движение, набирая скорость под действием электромагнитного поля.
Процесс взаимодействия частиц с узлами кристаллической решетки называется электрической проводимостью или сопротивлением материала. Единицей измерения является Ом, а определить его можно при помощи омметра или расчитать. Согласно свойству проводимости, вещества можно разделить на 3 группы:
- Проводники (все металлы, ионизированный газ и электролитические растворы).
- Полупроводники (Si, Ge, GaAs, InP и InSb).
- Непроводники (диэлектрики или изоляторы).
Проводники всегда проводят электрический ток, поскольку содержат в своем атомарном строении свободные электроны, анионы, катионы и ионы. Полупроводники проводят электричество только при определенных условиях, которые влияют на наличие или отсутствие свободных электронов и дырок. К факторам, влияющим на проводимость, относятся следующие: температура, освещенность и т. д. Диэлектрики вообще не проводят электричество, поскольку в их структуре вообще отсутствуют свободные носители заряда. При выполнении расчетов каждый радиолюбитель должен знать зависимость сопротивления от некоторых физических величин.
Ряд Е96
Обладает в два раза более широким спектром номиналов, чем Е48. В сравнении с другими, ряд Е96 обладает такими отличительными особенностями:
- погрешность элемента, изготовленного по стандарту этого номинала, может отличаться не более чем на 1% от паспортного значения, к примеру, резистор на 100 Ом не выйдет за пределы 99 или 101 Ома;
- цветовое обозначение точности на корпусе радиодетали будет иметь коричневую полоску;
- на практике используется в сборке печатных плат, устанавливается в цепях управления, релейной защиты, телемеханики и т.д.
Существенным недостатком является относительно более высокая себестоимость , в сравнении с менее точными резисторами.
Последовательное подключение
Для удобства при изображении разветвлённой электрической цепи все сопротивления чертят в виде прямоугольников, которые являются резисторами. У любого такого элемента можно выделить два вывода. Один является началом, а другой — концом. С учетом сказанного можно сформулировать определение для последовательного соединения проводников: подключение, при котором конец предыдущего элемента соединён с началом последующего, называют последовательным.
Любой проводник обладает электрическим сопротивлением. Целью преобразования является замена чередующейся последовательности одним резистором. При этом по своим электрическим свойствам он должен не отличаться от всей цепочки. Простыми словами это можно пояснить так: если взять два чёрных ящика, у которых есть по паре выводов, причём один будет содержать всю электроцепь, а другой быть её эквивалентом, то определить, в каком из них находится схема, а где эквивалент, будет невозможно.
При последовательном соединении происходят следующие явления. Пусть имеется прямая цепочка, содержащая n резисторов: R1 + R2 + … +Rn. Сила тока — это величина, которая равняется заряду, протекающему за единицу времени. Можно представить, что в первом резисторе значение электротока будет больше, чем во втором. В результате возникнет «пробка», и скорость движения зарядов замедлится.
В точке соединения элементов произойдёт накопление электронов, что приведёт в ней к росту напряжения. Соответственно, сила тока на первом резисторе будет уменьшаться, а на втором, наоборот, увеличиваться. Это приведёт к выравниванию количества проходящих через резисторы зарядов, поэтому сила тока практически за мгновение во всей последовательной цепи станет одинаковой.
Напряжение — это работа, выполняемая по переносу заряда. По закону сохранения энергии общее её значение равняется их сумме на различных этапах. Общую разность потенциалов можно будет определить, сложив напряжения на каждом элементе. Такой вид подключения описывается следующими выражениями:
- I = I 1 = I 2 = … = In;
- U = U1 + U2 + … +Un.
Как определить по внешнему виду
На принципиальной электросхеме выделена, необходимая мощность резисторного элемента — тут все ясно. Но как вычислить мощность по визуальному виду на плате для печати? В общем, чем огромнее корпус, тем больше он может рассеивать тепла.
На российских сопротивлениях рядом с цифрами ставят букву В и все. А в зарубежных указывают W. Но эти символы есть не всегда. В иностранных может выделяться V или SW перед цифрами. Еще в импортных может также красоваться буква B, а в российских МЛТ может быть пустота или буква W. Сложно что-то понять, конечно. Подробнее о буквенной маркировке резисторов, читайте тут.
Еще есть небольшие замкнутые резисторные устройства, на которых и номинал невозможно поместить. В зарубежных он нанесен цветовыми полосами. Как в таком случае вычислить мощность рассеивания, насколько важен цвет? В старом ГОСТе была табличка соответствий габаритов и мощностей. Отечественные резисторные элементы по-прежнему изготавливают в соответствии с ней. Импортные, кстати, тоже, но они по габаритам уступают нашим. Однако и с ними можно разобраться.
Если не можете решить, к какой группе причислить определенный экземпляр, лучше считать что он слабый в плане мощности. Тогда компонент точно не сгорит.
Определение мощности SMD-резистора по размерам
Так же, как и иные детали, SMD-резисторы рассчитаны на конкретную мощность рассеивания. Но, как её вычислить? Мощность стандартных чип-резисторов, которых сейчас много, можно определить исходя из их размерных характеристик.
Ниже, будет показана табличка №1, в которой выделено соответствие типоразмера СМД-резисторного компонента и его мощности. Также там выделен типовой размер резисторов в дюймовой системе маркировки, а реальные размерные хар-ки указаны в мм.
Так сделали, потому что самой популярной считается система маркировки типоразмера чип-резисторных компонентов в дюймах. Её все эксплуатируют: изготовители, люди занимающиеся поставками и магазины. А для того, чтобы вычислить типовой размер и мощность выделяемую на резисторе, вы должны определить длину и ширину с помощью линейки. Таблица №1.
| Типовой размер (дюймы) | Параметры мощности (PR at 70°C) | Мощность, Ватт. | Длина (L) /Ширина (W), мм. |
| 0075 | 1/50W | 0,02 Ватт | 0,3/0,15 |
| 01005 | 1/32W | 0,03 Ватт | 0,4/0,2 |
| 0201 | 1/20W | 0,05 Ватт | 0,6/0,3 |
| 0402 | 1/16W, 1/8W | 0,063 Вт; 0,125 Ватт | 1,0/0,5 |
| 0603 | 1/10W, 1/5W | 0,1 Вт; 0,2 Ватт | 1,6/0,8 |
| 0805 | 1/8W, 1/4W | 0,125 Вт; 0,25 В | 2,0/1,25 |
| 1206 | 1/4W, 1/2W | 0,25 В; 0,5 В | 3,2/1,6 |
| 1210 | 1/2W | 0,5 Ватт | 3,2/2,5 |
| 1218 | 1W; 1,5W | 1 Вт; 1,5 Ватт | 3,2/4,8 |
| 1812 | 1/2W, 3/4W | 0,5 Вт; 0,75 Ватт | 4,5/3,2 |
| 2010 | 3/4W | 0,75 Ватт | 5,0/2,5 |
| 2512 | 1W; 1,5W; 2W | 1 Вт; 1,5 Вт; 2 Ватт | 6,4/3,2 |
Необходимо выделить тот факт, что в колонке (Мощность, PR 70°C) для некоторых типовых размеров указано много значений мощностей. Дело в том, что компании занимающиеся производством, создают разные модели СМД-резисторов. В одних модификациях мощность компонентов для типового размера 0,5 Ватт, а в иной 0,25 Ватт.
К примеру, чип-резисторные элементы серии CRM компании Bourns рассчитаны на макс. параметры мощности: CRM0805 (0,25W), CRM1206 (0,5W), CRM2010 (1W). Эксплуатируются такие в импульсных питательных источниках в виде токовых сенсоров, токоограничительных резисторов, и так далее.
Об этом необходимо помнить, если вы будете эксплуатировать электрический резистор, мощность которого была установлена исходя из типовых размеров. Еще придется остановиться на минимальном значении мощности, взятом из таблички №1. Увеличить нельзя.
Данные в табличке №1 можно отнести лишь к стандартным SMD-резисторам. Чаще всего, это чип резисторные компоненты на базе толстенькой плёнки. Они недорогие и самые популярные.
Уже давно известно, что есть немало специальных SMD-резисторов, которые выделяются своими фишками. К таким можно причислить элементы, которые функционируют при высоких температурных нагрузках (до 230°C), в агрессивных условиях среды, миллиомные чип резисторы, СМД резисторы-перемычки.
Их хар-ки, в том числе и мощность рассеивания, может быть отличной от значений, которые указаны в табличке №1 и считаются типовыми для обычных СМД-резисторов, количество которых в электронном графическом документе бывает огромным.
Источник
Подключение светодиодов
Зная основы двух типов подключения элементов в цепи, можно понять принцип создания схем различных электроприборов. Рассмотрим пример. во многом зависит от напряжения источника тока.
При небольшом напряжении сети (до 5 В) светодиоды подключают последовательно. Снизить уровень электромагнитных помех в данном случае поможет конденсатор проходного типа и линейные резисторы. Проводимость светодиодов увеличивают за счет использования системных модуляторов.
При напряжении сети 12 В может использоваться и последовательное, и параллельное подключение сети. В случае последовательного подключения используют импульсные блоки питания. Если собирается цепь из трех светодиодов, то можно обойтись без усилителя. Но если цепь будет включать большее количество элементов, то усилитель необходим.
Во втором случае, то есть при параллельном подключении, необходимо использование двух открытых резисторов и усилителя (с пропускной способностью выше 3 А). Причем первый резистор устанавливается перед усилителем, а второй — после.
При высоком напряжении сети (220 В) прибегают к последовательному подключению. При этом дополнительно используют операционные усилители и понижающие блоки питания.
Здравствуйте.
Сегодня мы будем рассматривать последовательное и параллельное соединение сопротивлений. Тема очень интересная и касающаяся нашей повседневной жизни. Как правило, именно с этой темы начинается любого объекта. В прочем, обо всём по порядку.
Для начала разберемся почему «сопротивление». Синонимами этого определения могут быть: нагрузка или резистор. Поскольку мы с вами говорим об электрической сети, стало быть, по проводам протекает ток. Как бы хорошо не протекал ток по проводам, и из каких бы материалов не изготавливали провода, все равно на ток действует, своего рода сила трения. То есть, ток встречает некое сопротивление и в зависимости от материала, поперечного сечения и длины провода это сопротивление сильнее или слабее. Так, в русском языке был принят термин «сопротивление», обозначающий некий элемент цепи, создающий ощутимое препятствие для прохождения тока, а позже появился народный термин «нагрузка», то есть, нагружающий элемент, а из английского языка пришел термин «резистор». С понятиями разобрались, теперь можно приступать к практике. А начнём, пожалуй, с параллельного соединения сопротивлений просто потому, что мы им пользуемся практически повсеместно.
Параллельное соединение сопротивлений
Параллельное и последовательное соединение отличаются расчетом сопротивлений ее элементов. При параллельном соединении ток разветвляется. Это увеличивает проводимость цепи (уменьшает общее сопротивление), которая будет равна сумме проводимости ветвей.
Если несколько резисторов, имеющих одинаковую величину, соединены параллельно, то суммарное сопротивление цепи будет меньше одного резистора во столько раз, сколько их включено в схему.
Последовательное и параллельное соединение проводников имеют ряд особенностей. В параллельном подключении ток обратно пропорционален сопротивлению. Токи в резисторах не зависят друг от друга. Поэтому выключение одного из них не отразится на работе остальных. Поэтому множество электроприборов имеют именно этот тип соединения элементов цепи.
Последовательное подключение
При последовательном соединении резисторы нужно подключить в цепь друг за другом – правый вывод одного резистора к левому второго, правый второго – к левому третьего и так далее в зависимости от количества соединяемых элементов.
При последовательном соединении ток, не изменяя своей величины, течет через все резистивные элементы.
Сопротивление при последовательном соединении проводников
Последовательное соединение проводников – это когда к одному проводнику мы соединяем другой проводник и так по цепочке. Это и есть последовательное соединение проводников. Их можно соединять с друг другом сколь угодно много.
последовательное соединение резисторов
Чему же будет равняться их общее сопротивление? Оказывается, все просто. Оно будет равняться сумме всех сопротивлений проводников в этой цепи.
Получается, можно записать, что
формула при последовательном соединении резисторов
Пример
У нас есть 3 проводника, которые соединены последовательно. Сопротивление первого 3 Ома, второго 5 Ом, третьего 2 Ома. Найти их общее сопротивление в цепи.
Решение
Rобщее =R1 + R2 + R3 = 3+5+2=10 Ом.
То есть, как вы видите, цепочку из 3 резисторов мы просто заменили на один резистор RAB .
показать на реальном примере с помощью мультиметра
Видео где подробно расписывается про эти соединения:
Сила тока через последовательное соединение проводников
Что будет, если мы подадим напряжение на концы такого резистора? Через него сражу же побежит электрический ток, сила которого будет вычисляться по закону Ома I=U/R.
Получается, если через резистор RAB течет какой-то определенный ток, следовательно, если разложить наш резистор на составляющие R1 , R2 , R3 , то получится, что через них течет та же самая сила тока, которая текла через резистор RAB .
сила тока через последовательное соединение проводников
Получается, что при последовательном соединении проводников сила тока, которая течет через каждый проводник одинакова. То есть через резистор R1 течет такая же сила тока, как и через резистор R2 и такая же сила тока течет через резистор R3 .
Напряжение при последовательном соединении проводников
Давайте еще раз рассмотрим цепь с тремя резисторами
Как мы уже знаем, при последовательном соединении через каждый резистор проходит одна и та же сила тока. Но вот что будет с напряжением на каждом резисторе и как его найти?
Оказывается, все довольно таки просто. Для этого надо снова вспомнить закон дядюшки Ома и просто вычислить напряжение на любом резисторе. Давайте так и сделаем.
Пусть у нас будет цепь с такими параметрами.
Мы теперь знаем, что сила тока в такой цепи будет везде одинакова. Но какой ее номинал? Вот в чем загвоздка. Для начала нам надо привести эту цепь к такому виду.
Получается, что в данном случае RAB =R1 + R2 + R3 = 2+3+5=10 Ом. Отсюда уже находим силу тока по закону Ома I=U/R=10/10=1 Ампер.
Половина дела сделано. Теперь осталось узнать, какое напряжение падает на каждом резисторе. То есть нам надо найти значения UR1 , UR2 , UR3 . Но как это сделать?
Да все также, через закон Ома. Мы знаем, что через каждый резистор проходит сила тока 1 Ампер, мы уже вычислили это значение. Закон ома гласит I=U/R , отсюда получаем, что U=IR.
Следовательно,
UR1 = IR1 =1×2=2 Вольта
UR2 = IR2 = 1×3=3 Вольта
UR3 = IR3 =1×5=5 Вольт
Теперь начинается самое интересное. Если сложить все падения напряжений на резисторах, то можно получить… напряжение источника! Он у нас равен 10 Вольт.
Получается
U=UR1+UR2+UR3
Мы получили самый простой делитель напряжения.
Вывод: сумма падений напряжений при последовательном соединении равняется напряжению питания.
Электрические соединения резисторов
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬHОЕ соединение pезистоpов — это такое соединение, пpи котоpом конец пеpвого pезистоpа соединяется с началом втоpого, конец втоpого — с началом тpетьего и так далее. Hа пpинципиальных электpических схемах последовательное соединение pезистоpов изобpажается таким обpазом.
Пpи последовательном соединении pезистоpов их общее сопpотвление, т. е. эквивалентное сопpотивление цепи, состоящей из последовательно соединенных pезистоpов pавно сумме сопpотивлений включенных pезистоpов.
R общ. = R1 + R2 + R3 + … + Rn.
ПАРАЛЛЕЛЬHОЕ соединение pезистоpов — это такое соединение, пpи котоpом начала всех pезистоpов соединяются в одной точке, называемой узлом, а концы всех pезистоpов соединяются в дpугой точке, в дpугом узле.Hа pис. 4 показано паpаллельное соединеие pезистоpов на пpинципиальной схеме.
Величина, обpатная сопpотивлению pезистоpа, называется пpоводимостью. Пpоводимость
Пpи паpаллельном соединении pезистоpов складываются пpоводимости. Общая пpоводимость нескольких паpаллельно соединенных pезистоpов pавна
Тогда, эквивалентное общее входное сопpотивление цепи будет pавно
Hапpимеp, общее или эквивалентное сопpотивление двух паpаллельно соединенных pезистоpов можно pассчитать по фоpмуле
Если же известно общее сопpотивление двух паpаллельно соединенных pезистоpов и величина сопpотивления одного из них, то сопpотивление втоpого pезистоpа pасчитывается по фоpмуле
Пpи паpаллельном соединении pезистоpов к каждому из них пpиложено одно и то же напpяжение. Однако, токи, пpотекающие чеpез каждый из pезистоpов, неодинаковы и зависят обpатно пpопоpционально от величины сопpотивления каждого из pезистоpов.
В pадиоэлектpонных цепях помимо последовательного и паpаллельного соединения встpечается и комбиниpованное, где одновpеменно могут пpисутствовать оба вида соединений. Кpоме пеpечисленных видов соединений в pадиоэлектpонных цепях pезистоpы, как, впpочем, и дpугие двухполюсники, могут включаться по схеме «тpеугольник» /pис. 5 / и по схеме «звезда» / pис. 6 /.
|
Рис. 5. Соединение pезистоpовпо схеме «тpеугольник». |
Рис. 6. Соединение pезистоpовпо схеме «звезда». |
Соединение pезистоpов, включенных по схеме тpеугольник, можно пpеобpазовать в эквивалентное соединение pезистоpов по схеме звезда. Эквивалентность такой замены пpедполагает неизменность токов, входящих в каждый из тpех узлов, пpи одинаковых напpяжениях между одноименными узлами тpеугольника и звезды. Для пpеобpазования тpеугольника в звезду сопpотивления pезистоpов стоpон тpеугольника R12, R13, R23 должны быть пеpесчитаны в сопpотивления pезистоpов лучей эквивалентной звезды R1, R2, R3 по фоpмулам:
Сопpотивление pезистоpа луча звезды pавно пpоизведению сопpотивлений pезистоpов пpилегающих стоpон тpеугольника, деленному на сумму сопpотивлений pезистоpов тpех стоpон тpеугольника.
Для обpатного пpеобpазования звезды в тpеугольник сопpотивления pезистоpов пеpесчитываются по фоpмулам:
Сопpотивление pезистоpов стоpон тpеугольника pавно сумме сопpотивлений pезистоpов двух пpилегающих лучей звезды и их пpоизведения, деленного на сопpотивление pезистоpа тpетьего луча. Схемное пpеобpазование тpеугольника в звезду или обpатное пpеобpазование звезды в тpеугольник бывает необходимо пpи pасчете электpических цепей и pасчете величин токов, пpотекающих чеpез каждый из pезистоpов.
