Vse elektronske naprave vsebujejo upore kot glavni element. Uporablja se za spreminjanje količine toka v električnem tokokrogu. V članku so predstavljene lastnosti uporov in metode za izračun njihove moči.
Dodelitev upora
Uporniki se uporabljajo za regulacijo toka v električnih vezjih. Ta lastnost je opredeljena z Ohmovim zakonom:
I=U/R (1)
Iz formule (1) je jasno razvidno, da nižji kot je upor, močnejši je tok, in obratno, manjša kot je vrednost R, večji je tok. Prav ta lastnost električnega upora se uporablja v elektrotehniki. Na podlagi te formule so ustvarjena tokovna vezja delilnika, ki se pogosto uporabljajo v električnih napravah.
V tem vezju je tok iz vira razdeljen na dva dela, obratno sorazmerna z uporom uporov.
Poleg regulacije toka se v delilnikih napetosti uporabljajo upori. V tem primeru se ponovno uporabi Ohmov zakon, vendar v nekoliko drugačni obliki:
U=I∙R (2)
Iz formule (2) sledi, da z naraščanjem upora napetost narašča. Ta lastnostuporablja se za izgradnjo tokokrogov delilnika napetosti.
Iz diagrama in formule (2) je jasno, da so napetosti na uporih porazdeljene sorazmerno z upori.
Slika uporov na diagramih
Po standardu so upori prikazani kot pravokotnik z dimenzijami 10 x 4 mm in so označeni s črko R. Moč uporov je pogosto označena na diagramu. Slika tega indikatorja je izvedena s poševnimi ali ravnimi črtami. Če je moč večja od 2 vata, je oznaka izvedena z rimskimi številkami. To se običajno naredi za žične upore. Nekatere države, kot so ZDA, uporabljajo druge konvencije. Da bi olajšali popravilo in analizo vezja, je pogosto navedena moč uporov, katerih oznaka je izvedena v skladu z GOST 2.728-74.
specifikacije naprave
Glavna značilnost upora je nazivni upor Rn, ki je prikazan na diagramu v bližini upora in na njegovem ohišju. Enota upora je ohm, kiloom in megaohm. Upori so izdelani z uporom od delčkov ohmov do sto megaomov. Obstaja veliko tehnologij za proizvodnjo uporov, vse imajo tako prednosti kot slabosti. Načeloma ni tehnologije, ki bi omogočala popolnoma natančno izdelavo upora z dano vrednostjo upora.
Druga pomembna značilnost je odstopanje upora. Meri se v % nazivnega R. Obstaja standardno območje odstopanja upora: ±20, ±10, ±5, ±2, ±1 % in naprej dovrednosti ±0,001%.
Naslednja pomembna značilnost je moč uporov. Med delovanjem se segrejejo od toka, ki teče skozi njih. Če izguba moči preseže dovoljeno vrednost, naprava ne bo delovala.
Upori pri segrevanju spremenijo svoj upor, zato je za naprave, ki delujejo v širokem temperaturnem območju, uvedena še ena značilnost - temperaturni koeficient upora. Meri se v ppm/°C, to je 10-6 Rn/°C (milijonska Rn za 1°C).
Serijska povezava uporov
Upore je mogoče povezati na tri različne načine: zaporedno, vzporedno in mešano. Ko je povezan zaporedno, tok poteka po vrsti skozi vse upore.
Pri takšni povezavi je tok na kateri koli točki v vezju enak, lahko ga določimo z Ohmovim zakonom. Skupni upor vezja je v tem primeru enak vsoti uporov:
R=200+100+51+39=390 Ohm;
I=U/R=100/390=0, 256 A.
Zdaj lahko določite moč, ko so upori povezani zaporedno, izračuna se po formuli:
P=I2∙R=0, 2562∙390=25, 55 W.
Moč preostalih uporov se določi na enak način:
P1=I2∙R1=0, 256 2∙200=13, 11 torkov;
P2=I2∙R2=0, 256 2∙100=6,55W;
P3=I2∙R3=0, 256 2∙51=3, 34W;
P4=I2∙R4=0, 256 2∙39=2, 55 torkov.
Če dodate moč uporov, dobite celoten P:
P=13, 11+6, 55+3, 34+2, 55=25, 55 tor.
Vzporedna povezava uporov
V vzporedni povezavi so vsi začetki uporov povezani na eno vozlišče vezja, konci pa na drugo. S to povezavo se tok razveja in teče skozi vsako napravo. Velikost toka je po Ohmovem zakonu obratno sorazmerna z uporom, napetost na vseh uporih pa je enaka.
Preden najdete tok, morate izračunati skupno prevodnost vseh uporov po dobro znani formuli:
1/R=1/R1+1/R2+1/R3 +1/R4=1/200+1/100+1/51+1/39=0, 005+0, 01+0, 0196+0, 0256=0, 06024 1/Ohm.
Upor je recipročna prevodnost:
R=1/0, 06024=16,6 ohmov.
Z uporabo Ohmovega zakona poiščite tok skozi vir:
I=U/R=100∙0, 06024=6, 024 A.
Poznavanje toka skozi vir, poiščite moč uporov, povezanih vzporedno s formulo:
P=I2∙R=6, 0242∙16, 6=602, 3 tor..
Po Ohmovem zakonu se izračuna tok skozi upore:
I1=U/R1=100/200=0,5A;
I2=U/R2=100/100=1 A;
I3=U/R1=100/51=1, 96A;
I1=U/R1=100/39=2, 56 A.
Za izračun moči uporov v vzporedni povezavi lahko uporabite nekoliko drugačno formulo:
P1=U2/R1=100 2/200=50W;
P2=U2/R2=100 2/100=100W;
P3=U2/R3=100 2/51=195,9W;
P4=U2/R4=100 2/39=256, 4 tor.
Če vse seštejete, dobite moč vseh uporov:
P=P1+ P2+ P3+ P 4=50+100+195, 9+256, 4=602, 3 tor.
Mešana povezava
Sheme z mešano povezavo uporov vsebujejo serijsko in vzporedno povezavo hkrati. To vezje je enostavno pretvoriti z zamenjavo vzporedne povezave uporov z zaporednimi. Če želite to narediti, najprej zamenjajte upora R2 in R6 z njihovim skupnim R2, 6, z uporabo spodnje formule:
R2, 6=R2∙R6/R 2+R6.
Na enak način sta dva vzporedna upora R4, R5 zamenjana z enim R4, 5:
R4, 5=R4∙R5/R 4+R5.
Rezultat je novo, enostavnejše vezje. Obe shemi sta prikazani spodaj.
Moč uporov v mešanem povezovalnem vezju je določena s formulo:
P=U∙I.
Za izračun te formule najprej poiščite napetost na vsakem uporu in količino toka skozi njo. Za določitev moči uporov lahko uporabite drugo metodo. Za touporablja se formula:
P=U∙I=(I∙R)∙I=I2∙R.
Če je znana samo napetost na uporih, se uporabi druga formula:
P=U∙I=U∙(U/R)=U2/R.
Vse tri formule se pogosto uporabljajo v praksi.
Izračun parametrov vezja
Izračun parametrov vezja je iskanje neznanih tokov in napetosti vseh vej v odsekih električnega tokokroga. S temi podatki lahko izračunate moč vsakega upora, vključenega v vezje. Preproste metode izračuna so bile prikazane zgoraj, v praksi pa je situacija bolj zapletena.
V resničnih vezjih se pogosto najde povezava uporov z zvezdo in trikotnikom, kar povzroča velike težave pri izračunih. Za poenostavitev takšnih shem so bile razvite metode za pretvorbo zvezde v trikotnik in obratno. Ta metoda je prikazana na spodnjem diagramu:
Prvo vezje ima zvezdo, povezano z vozlišči 0-1-3. Upor R1 je priključen na vozlišče 1, R3 na vozlišče 3 in R5 na vozlišče 0. V drugem diagramu so trikotni upori povezani z vozlišči 1-3-0. Upori R1-0 in R1-3 so priključeni na vozlišče 1, R1-3 in R3-0 na vozlišče 3, R3-0 in R1-0 pa na vozlišče 0. Ti dve shemi sta popolnoma enakovredni.
Za prehod iz prvega vezja v drugega se izračunajo upori trikotnih uporov:
R1-0=R1+R5+R1∙R5/R3;
R1-3=R1+R3+R1∙R3/R5;
R3-0=R3+R5+R3∙R5/R1.
Nadaljnje transformacije so zmanjšane na izračun vzporednih in zaporedno povezanih uporov. Ko najdemo impedanco vezja, najdemo tok skozi vir po Ohmovem zakonu. Z uporabo tega zakona ni težko najti tokov v vseh vejah.
Kako določiti moč uporov po ugotovitvi vseh tokov? Če želite to narediti, uporabite dobro znano formulo: P=I2∙R, z uporabo za vsak upor bomo našli njihovo moč.
Eksperimentalno določanje značilnosti elementov vezja
Za eksperimentalno določitev želenih lastnosti elementov je potrebno sestaviti dano vezje iz resničnih komponent. Nato se s pomočjo električnih merilnih instrumentov opravijo vse potrebne meritve. Ta metoda je delovno intenzivna in draga. Oblikovalci električnih in elektronskih naprav v ta namen uporabljajo simulacijske programe. Z njihovo pomočjo se naredijo vsi potrebni izračuni in modelira se obnašanje elementov vezja v različnih situacijah. Šele po tem je sestavljen prototip tehnične naprave. Eden takšnih pogostih programov je zmogljiv simulacijski sistem Multisim 14.0 podjetja National Instruments.
Kako določiti moč uporov s tem programom? To je mogoče storiti na dva načina. Prva metoda je merjenje toka in napetosti z ampermetrom in voltmetrom. Z množenjem rezultatov meritev dobimo zahtevano moč.
Iz tega vezja določimo moč upora R3:
P3=U∙I=1, 032∙0, 02=0, 02064 W=20,6mW.
Druga metoda je neposredno merjenje moči priz vatmetrom.
Iz tega diagrama je razvidno, da je moč upora R3 P3=20,8 mW. Neskladje zaradi napake pri prvi metodi je večje. Moči drugih elementov so določene na enak način.
